彼得·曼斯菲尔德（英国物理学家）

彼得·曼斯菲尔德爵士，FRS（英语：Sir Peter Mansfield，1933年10月9日－），英国物理学家，皇家学会会员，诺丁汉大学教授。由于在核磁共振成像的研究，他与美国科学家保罗·劳特布尔一起获得了2003年的诺贝尔生理学或医学奖。

人物经历

曼斯菲尔德1933年出生于英国伦敦，

1959年获伦敦大学玛丽女王学院理学士，

1962年获伦敦大学物理学博士学位。

1962年担任美国伊利诺伊大学物理系助理研究员，

1964年到英国诺丁汉大学物理系担任讲师，现为该大学物理系教授。除物理学之外，曼斯菲尔德还对语言学、阅读和飞行感兴趣，并拥有飞机和直升机两用的飞行员执照。他进一步发展了有关在稳定磁场中使用附加的梯度磁场的理论，为核磁共振成像技术从理论到应用奠定了基础。

2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就。他们的成就是医学诊断和研究领域的重大成果。

学术生涯

1959年，伦敦大学玛丽女王学院理学士

1962年，伦敦大学物理学博士 1962－1964年，美国伊利诺伊大学物理系，副研究员

1964年，英国诺丁汉大学物理系，讲师

1968年，英国诺丁汉大学物理系，高级讲师

1972－1973年，海德堡马普医学研究院高级访问学者

1979年，英国诺丁汉大学物理系，教授.

获得荣誉

1983年，医学磁共振学会金奖

1984年，威尔康姆奖章

1987年，皇家学会会士

1988年，欧洲磁共振奖

1990年，穆拉德奖章

1993年，英国放射医学院荣誉院士

1993年，授勋

1995年，欧洲放射医学大会和欧洲放射医学协会金奖

主要贡献

科研概况

保罗·劳特布尔（PaulLauterbur）和英国科学家彼得·曼斯菲尔德（PeterMansfield）在核磁共振成像技术领域取得了突破性成就，他们的成就是医学诊断和研究领域的重大成果。 正确而及时的诊断对于患者而言至关重要。核磁共振成像技术的普及挽救了很多患者的生命。这种方法精确度高，可以获得患者身体内部结构的立体图像。根据现有实验结果，它对身体没有损害。2003年诺贝尔生理学或医学奖表彰的就是这一领域的奠基性成果。这两位获奖者在如何用核磁共振技术拍摄不同结构的图像上获得了关键性发现，这些发现导致了在临床诊断和医学研究上获得突破的核磁共振成像仪的出现。

原理

核磁共振现象为成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，而原子的主要部分是原子核。如果把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，然后分析它释放的电磁波就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。如果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要的诊断工具。

瑞典卡罗林斯卡医学院把2003年诺贝尔生理学或医学奖授予保罗·劳特布尔和彼得·曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就。诺贝尔奖评选委员会认为，用一种精确的、非入侵的方法对人体内部器官进行成像，对于医学诊断、治疗和康复非常重要。这两位科学家的成果对核磁共振成像技术的问世起到了奠基性的作用。

原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们可以在磁场中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋转的频率和方向。在磁场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴时琴弓与琴弦的共振一样，因而被成为核磁共振。1946年美国科学家费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔首先发现了核磁共振现象，他们因此获得了1952年的诺贝尔物理学奖。核磁共振现象为成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，而原子的主要部分是原子核。如果把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，然后分析它释放的电磁波就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。如果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要的诊断工具。

核磁共振成像技术

然而从原理到实际应用往往有漫长的距离。20世纪70年代初期，核磁共振成像技术研究才取得了突破。1973年，美国科学家保罗·劳特布尔发现，把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上一个不均匀的磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个截面的内部图像。随后，英国科学家彼得·曼斯菲尔德又进一步验证和改进了这种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制图像奠定了基础。 在这两位科学家成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于20世纪80年代初问世。后来，为了避免人们把这种技术误解为核技术，一些科学家把核磁共振成像技术的“核”字去掉，称为其为“磁共振成像技术”，英文缩写即MRI。

核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。

目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及，已成为最重要的诊断工具之一。2002年，全世界使用的核磁共振成像仪共有2.2万台，利用它们共进行了约6000万人次的检查。

个人成就

奖项：诺贝尔生理学或医学奖

获奖时间：2003年

如何用核磁共振技术拍摄不同结构的图像上获得了关键性发现，这些发现导致了在临床诊断和医学研究上获得突破的核磁共振成像仪的出现。

核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理，故常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H ）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。

瑞典卡罗林斯卡医学院6日宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就。他们的成就是医学诊断和研究领域的重大果。

按照惯例，卡罗林斯卡医学院诺贝尔奖评选委员会秘书汉斯·约恩瓦尔在新闻发布会上用瑞典语、英语、法语和德语宣布了获奖者的名字及获奖理由。两位科学家将分享共为130万美元的奖金。他说，诺贝尔生理学或医学奖的两位获奖者在如何用核磁共振技术拍摄不同结构的图像上获得了关键性发现。这些发现导致了在临床诊断和医学研究上获得突破的核磁共振成像仪的出现。

获奖后，曼斯菲尔德对瑞典电台说：“我想每个科学家都希望有一天，他们可以被挑选出来获得这样一个荣誉。但我必须承认，就个人而言，几年前我就很想得到它了，但总是擦肩而过。”

核磁共振概述

核磁共振成像术，在石油人中并不陌生，在医学领域应用之前，石油工业就引进了这项技术，核磁测井、核磁共振测岩心、核磁共振磁力仪等，在石油行列中应用相当普及，就是在石油医院也有核磁共振检测人体的仪器，笔者就曾接受过脑部的核磁共振成像。 核磁共振成像术的基本原理是将被检测的物体置于均匀的强磁场中，用无线电射频脉冲激发物体内的氢原子核，引起氢原子核共振并吸收能量，在关闭射频脉冲后，氢原子核按其特有频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被接受器收录、经计算机处理获得立体图像。

核磁共振成像术是美国科学家劳特布尔作为化学和放射性学系教授，执教于纽约州立大学石溪分校期间，于上世纪70年代初发明的。劳特布尔在主磁场内附加一个不均的磁扬，即引进梯度磁场并用无线电波诱发晶体物质内的氢原子核共振，最终获得二维的核磁共振图像，尔后又推广应用到生物化学和生物物理学领域；英国科学家曼斯菲尔德于1976年率先将核磁共振成像术应用于临床，拍摄下第一个人体核磁共振成像照片。

1982年美国开始正式把核磁共振成像术用于临床医学，并逐渐成为无损的先进快速的医学诊断手段。它有两大优点：一是没有对人体有害的辐射，所谓核，只是诱发人体内氢原子核，而人体是在磁场中，不会受到任何伤害；二是能够对病变进行早期诊断，因为核磁共振现象是通过检测人体内的化学变化而识别人体组织，X射线及X－CT成像技术是通过人体内的物理（形态）变化而识别人体组织，形态变化说明病变已发展到了一定程度。正因如此，核磁共振成像关怀生命，挽救了很多患者，人类受益，获奖是理所当然的。目前，全世界大约有2.2万台核磁共振成像仪用于临床人体检测，每年大约有6000万人次接受核技术检测，核磁共振成像为早期病变的诊断及相应的治疗立下了汗马功劳，深得世人的赞誉。

奖章

核磁共振现象早在1952年就被授予诺贝尔物理学奖，上世纪70年代石油工业就引进了核磁共振技术，在井中利用核磁测井成像术描述储层中的油气水的静态及动态，为油气藏高效勘探开发作出贡献；利用核磁共振磁力仪，在油气勘探中可直接找油气藏，圈闭油气田的面积，确定油气水的界面，提供可靠的油气储量；在实验室中用核磁共振成像术可描述岩心中的展布，为油气开采提高油气采收率献计献策……凡此等等，说明核磁共振成像术的应用领域之广泛，也说明石油工业是吸纳先进技术、人类优秀科研成果的殿堂。当然比之核磁共振成像术在生理学/医学的应用成效来讲，石油工业在应用此项技术还有潜力可挖，更有在应用中也要创新的课题。 从核磁共振成像术获诺贝尔奖可知，应用技术的贡献不可低估，从效益的角度上讲不亚于理论的创新；从劳特布尔和曼斯菲尔德这两位物理学的科学家竟能获得生理学/医学的诺贝尔奖可见，外行的“歪打正着”，意味着发明创新，在当今边缘科学交叉兴盛的今天，边缘学科交叉结硕果的事例也是屡见不鲜的。用精确而无创性的方法进行人体内脏成像对于医学诊断，治疗，跟踪反馈是非常重要的。诺贝尔医学和生理学奖得主在使用磁共振对不同结构成像上作出了开创性的发明。这些发明引领了代表医学诊断和研究突破的现代磁共振成像（MRI）的发展。

原子核在强磁场中以由磁场强度所决定的频率旋转。如果它们吸收同频率的电磁波，能量将增加（共振）。当原子核回到原先的能级时，就要发射电磁波。这些发现被授予1952年的诺贝尔物理学奖。在接下来的数十年中，磁共振主要被用在物质的化学结构研究方面。在1970年代初，诺贝尔奖得主作出了先驱性的贡献，引领了以后的磁共振在医学成像上的应用。

磁共振成像，MRI，现在是医学诊断中的常规方法了。全球每年超过6千万MRI检测，这种方法仍在迅速发展中。MRI通常比其它成像技术要高明，并显著地改善了许多种疾病的诊断。MRI已经淘汰了好几种有创性的检查，由此降低了许多病人的风险和不便。

氢原子核

水构成了人体质量的三分之二，这么高的水含量解释了磁共振成像已在医学上广泛适用的原因。各种组织和器官中的水含量都不同。在许多疾病中，病理过程导致水含量的改变，这反映在磁共振成像中。

水分子由氢氧原子组成。氢原子核能发挥精微指南针的作用。当人体被置于强磁场中，氢原子核们将有序排列－－就像军训中的“立正”一样。当射入电磁波脉冲时，原子核们的能量分布发生改变。脉冲过后，原子核们发出共振波并回到以前的状态。

原子核们振动中小的差异会被探测到。通过先进的计算机处理，一个三维图像能被建成，且能反映组织的化学结构，包括水含量和水分子运动的不同。这样会产生一幅非常详细的人体被检测区域的组织和器官图像。这种方式能将病理改变记录下来。

几个诺贝尔奖

共振现象由磁场强度和电磁波频率之间的简单关系所支配。对于质子中子组合不同的每一种类型原子核，通过一个精确的常数能由磁场强度的函数来确定波长。这种现象在1946年被用质子（也就是最小的原子核，氢原子核）试验证明，美国的费利克斯.布洛赫和爱德华.米尔斯.珀塞尔因此获得1952年度诺贝尔物理学奖。 还有关于磁共振的基本发现在近年获得两项诺贝尔化学奖。1991年，瑞士的理查德.恩斯特由于他发展高分辨率核磁共振光谱方法的贡献而获奖。2002年，也是瑞士的库尔特.维特里希由于对溶液中生物大分子三维结构测定的核磁共振光谱方法的发展而获奖。

对医学重要的发明

诺贝尔医学和生理学奖授予有医学重要性的应用发展历程中至关紧要的贡献。在1970年代初，他们作出了发展不同结构成像技术的开创性发明，这些发现为将磁共振发展成一种有用的成像方法奠定了基础。

保罗.劳特布尔发现引入磁场梯度使不能通过其他方法做到的结构二维成像成为可能。1973年，他描述了，在主磁场中加入梯度磁场，是如何使管道横截面成像显示出被重水包围的普通水成为可能。其它的成像方法均不能区别普通水和重水。

彼得.曼斯菲尔德为了更精确地显示共振中的差异，使用了磁场梯度。他说明了被探测的信号是如何迅速而有效的被分析转换成图像。这是获得实用方法的关键一步。曼斯菲尔德还说明了通过很快的梯度变化（回波平面扫描）能做到多么极速地成像。这项技术在10年后的临床实践中变得有用。

医学内的快速发展

磁共振成像的医学用途已经发展得很快了。第一台MRI卫生设备用于1980年代初。在2002年，全世界大约有22000台MRI照相机，实施了超过6千万次MRI检测。

MRI的巨大优点是迄今所知，它是无害的。此方法不使用电离辐射，这与普通的X射线（1901年诺贝尔物理学奖）或计算机X射线断层摄影术（1979年诺贝尔医学和生理学奖）检测形成对比。然而，体内有磁性金属或戴起搏器的病人由于强磁场（的干扰）不能用MRI来检测，有幽闭恐怖症的病人在采用MRI时也许会有困难。

价值

今天，MRI几乎用于检测所有的人体器官。这项技术对大脑和脊髓的详细成像尤其有价值。几乎所有的大脑失调都会导致反映在MRI图像上的水容量变化。少于1%的水容量差异都足以探测出病理改变。 在多发性硬化中，有MRI的检测对于疾病的诊断和跟踪反馈都是很好的。与多发性硬化联系的症状是由大脑和脊髓的局部发炎引起的。有了MRI，神经系统发炎的位置，强度和疗效就能确定。

另一个例子是病人痛苦大社会代价又高的长期腰背痛。在这种情况下，能区分肌肉疼痛和神经脊髓上的压力引起的疼痛是很重要的。MRI已经能取代以前那些令病人讨厌的方法。有了MRI，椎间盘突出是否挤压神经就能清楚，是否需要手术就能决定。

重要的外科手术前工具

既然MRI给出详细的三维图像，人们就能得到损伤位置的确切信息。这样的信息在手术前是很重要的。例如，某些显微外科脑手术中，外科医生能在MRI图像指导下作手术。图像精细得足以容许在大脑中枢核心放置电极，以便治疗严重的疼痛或帕金森病中的运动失调。

癌症诊断的改进

MRI检测对于癌症的诊断，治疗，跟踪反馈是非常重要的。图像能精确地揭示肿瘤的界线，这有益于更加精确的外科和辐射治疗。外科手术前，知道肿瘤是否已渗入周围组织中是非常重要的。MRI能比其它方法更精确的区分组织，因此对改进外科手术有贡献。

MRI亦能提高确定肿瘤阶段的准确性，这对选择治疗方法很重要。例如，MRI能确定组织中的结肠癌渗透得有多深，该处的淋巴结是否已被感染。

减轻病人痛楚

MRI能取代先前的有创性检测，因此减轻了许多病人痛楚。一个例子是，胰腺和胆管的检查使用注入对比介质的内诊镜。这在某些情况下导致严重的并发症。今天，MRI就能得到相应的信息。

诊断用的关节内窥镜（用光学器件插入关节）检查能被MRI取代。MRI能详细地完成膝盖中关节软骨和十字韧带检查。由于MRI的无创性，感染的危险被排除了。

回忆叙述

当我第一次用磁场来观察晶体时，彼得·曼斯菲尔德从未料到自己会在30年后摘得世界医学桂冠上的明珠。“从来没有企及诺贝尔奖，从来没有料到自己会帮助亿万患者，”当瑞典卡罗林斯卡医学院6日宣布曼斯菲尔德和美国科学家保罗·劳特布尔共获2003年诺贝尔生理学或医学奖时，这位英国科学家表现出这样的实在。 在英国诺丁汉大学堆满资料的一间办公室内，从事了一辈子物理研究的曼斯菲尔德表现出自己的坦然。“回头看走过的路，我从没有想过会有数亿人借助我们的研究而得益。每天你所需要考虑的事情，仅仅就是工作。”这位70岁的老人语速缓慢地说。“我从来没有想过要涉足医学界，”曼斯菲尔德说，他儿时的愿望是制造火箭，可惜15岁那年就辍学打工。所幸的是后来又上了大学，此后就一直对火箭抛光术深感兴趣。

上世纪70年代中期，曼斯菲尔德开始利用磁场研究晶体。他还记得自己那时曾经有一段时间痴迷于观察固体的纵切面影像，“那确实就是我后来将研究转向医学的开始。”

此后，曼斯菲尔德及其工作组便将观察对象转向动物组织的切片影像。当时，他们中没有人有任何的生物基础或经验，一切从尝试开始。“我想，如果是今天，没有人会同意我们在动物身上进行这样的实验，毕竟，它有损健康，无论是实验员还是试验品，”曼斯菲尔德说，当时几乎没有医疗器械厂家愿意为他们制造设备，因此，他们自行研制的许多机器后来都获得了专利权，也为工作组创造了良好的经济效益。

而30年后的今天，利用核磁共振技术拍摄不同结构的图像已经广泛成为人体内部器官诊断的最安全手段之一。截至2002年，全球共有6000万人接受了核磁共振检查。