【科學史上的今天】7/3——首次人體核磁共振攝影（MRI）

侖琴於1895年發現X射線，發布其夫人的左手骨骼相片，震驚世人。隔年，愛迪生即推出商用X光機，供醫療診斷之用。然而核磁共振現象雖然早在1938年就由美國物理學家拉比（Isidor Rabi）發現，卻等了將近四十年，才首度用於掃描人體。

拉比當初是讓原子束或分子束通過變化的磁場，而發現原子核的磁距、角動量會跟著改變，與磁場共振，因此稱之為核磁共振（NMR）。1946年，瑞士物理學家布洛赫（Felix Bloch）與美國物理學家伯塞爾（Edward Mills Purcell）各自獨立發現在液體與固體上也能產生核磁共振的方法，兩人因而共同獲得1952年的諾貝爾物理獎。不過當時都只用來分析化學元素，直到1969年，美國醫師達瑪狄恩（Raymond Damadian）才率先主張腫瘤組織與健康組織在核磁共振下的反應有所不同。

七○年代初，美國化學家羅特堡（Paul C. Lauterbur）因為學校的核磁共振儀老是無法產生均勻一致的磁場，而嘗試再外加一個可改變強度的磁場作為補償，結果反而可以藉由磁場梯度的變化測出樣品的空間位置，而得到三度空間的影像，成為實現核磁共振攝影（Magnetic Resonance Imaging, MRI）的關鍵。但羅特堡只拿來拍蛤蠣與老鼠，尚未用人體試驗，不過他成功區分出一般水與重水就極具意義，因為人體有70%都是水。

有了羅特堡的技術，達瑪狄恩著手打造專門診斷腫瘤的核磁共振儀。1977年的今天，他的病人成為史上第一位接受核磁共振掃描的人。然而他的機器並不實用，花了將近五個小時才拍出只有160個三維像素的胸部照片。

這個問題有待英國物理學家曼斯菲爾德（Peter Mansfield）解決。他於1977年開發出「回波平面造影術」，利用數學演算法將磁場梯度變化產生的資料快速轉換為影像，不但可得到解析度更高的人體器官影像，還能應用於偵測血液流量與血氧濃度。

MRI是非侵入性的掃描方式，而且不像X光或電腦斷層那樣會產生游離輻射，沒有輻射傷害的疑慮，既快速又安全，如今已是現代醫學不可或缺的診斷工具。而這都得感謝羅特堡與曼斯菲爾德的貢獻，他們兩人也因此共同獲頒2003年諾貝爾生理或醫學獎的肯定。