核磁共振成像（MRI）[ 3 ] 一种不同的共振

pkuchao

核磁共振成像（mri）

[ 3 ] 一种不同的共振

    第二次世界大战的爆发中断了对核磁共振的研究工作，但战后的几年中对于该领域的研究却取得了突破性的进展。在美国，两组物理学家分别开始开发一种更简单的办法用于观察在液体和固体中分子的原子核的核磁共振现象，取代了rabi的在真空状态下的观察核磁共振现象的实验。在哈佛大学有edward purcell领导的包括了henry torrey和robert pound的小组。在斯坦佛大学有由felix bloch领导的包括了wiiliam hansen和martin packard的团队。

    1945年，两个独立的研究小组——一个由哈佛大学的edward purcell领导，另一个由斯坦佛大学的felix bloch领导——检测到在浓缩物质中的核磁共振现象。1952年，bloch和purcell因为他们具有划时代意义的实验而共享诺贝尔物理奖。

    purcell和bloch都选择研究氢原子(h)的质子和原子核。 因为氢原子核是由单个的质子组成，因此其磁力矩非常显著。另一方面，氢元素由于其卓越的核特性，在地球无所不在以及在人体中作为水(h2o)的一部分而大量存在这三个特点而成为磁共振成像技术研究中的首选元素。purcell的小组使用两磅固体石蜡作为氢元素的来源；bloch的小组则使用装在一个玻璃球中的几滴水作为氢元素的来源。两个研究小组将样品放到一个磁场中，然后等待它们的原子核达到温度和磁力均衡的状态。处于这种磁化状态下时，与外界磁场相平行的原子核自身磁力线比相排斥的磁力线要稍微多一些。然后，像rabi的研究小组曾经做过的那样，研究小组用无线电波来让样品中的原子核磁力矩发生偏转。prucell和bloch希望能通过观察旋转的原子核所吸收的能量或当共振条件被满足时被释放到无线电频率磁场中的能量来检测到核磁共振的发生。

    1945年，在先后的两个星期里，两个小组都设法创造出了适合观察这一现象的外界条件。他们的实验演示了在技术上被称为在浓缩介质中的核磁共振(现在的缩写为nmr)。这实际上是对rabi的实验发现——分子束核磁共振的延伸。1952年，bloch和purcell因为上述实验而共同获得诺贝尔物理奖。

    对核磁共振的研究现在又获得了飞跃性的发展。prucell和bloch身边的研究人员迅速开始使用核磁共振波谱学来探索物质的化学组成和物理结构。在一系列工作中的第一个进展是被称为张弛周期的用于测量数值的成果——t1和t2。t1是实验样品中的原子核恢复初始状态磁力线所需要的时间；t2是样品发出的磁力信号的持续时间。purcell的第一批研究生中的nicolaas bloembergen在该项研究中与pound和purcell一同扮演了重要的角色。nicolaas bloembergen于1946年从荷兰来到哈佛大学，他是第一个精确测量张弛时间的研究人员，同时在与purcell和pound的合作中，他还测量了这些原子如何在大量不同的液体和固体中发生变化。对于未来研究和技术应用来说非常幸运的是，张弛时间可以以秒或更短的时间单位进行计算，这使得核磁共振成为一种可行的研究工具。

    1948年，bloembergen、purcell和pound发表的一篇论文在物理学的多个学科都造成了深远的影响。控制张弛时间在化学和生物学领域为分析分子结构提供了一种极其有效的办法。而后来的研究人员还发现，这种办法对于人体结构内组织成像所需要产生的高对比度也是极其重要的。