【影響世界的專利】磁共振成像

磁共振成像

磁共振成像專利圖 

1946年斯坦福大學的弗萊利克斯.布洛赫（Flelix Bloch）和哈佛大學的愛德華.珀塞爾（Edward Purcell）各自獨立發現了核磁共振現象。在恆定磁場中的具有自旋的原子核受射頻幅射照射，當射頻頻率等於原子核在恆定磁場中的進動頻率時產生的共振吸收現象。美國人雷蒙.達曼迪安（Raymond Damadian）於1972年3月17日提出了專利申請，並在1974年2月5日獲得了美國第3789832號專利，將核磁共振用於醫學臨床檢測，發明了磁共振成像技術（MRI），也稱核磁共振成像技術。它利用核磁共振激發所選擇的人體組織原子核處於高能狀態，當高頻電磁場去除后，其返回平衡狀態時就會產生射頻脈沖信號，用探測器檢測這些信號，並將其輸入計算機，經過處理轉換，在屏幕上顯示重建圖像。

雷蒙.達曼迪安1936年生於紐約州的森林山，是一位醫學博士，專長於癌症研究，並且具有深厚的物理學功底。在1970年，他發現了在磁激條件下，核磁共振對健康細胞和癌症細胞原子核的影響是不同的，它們從高能狀態返回平衡狀態時，癌細胞原子核所用的時間要長的多。這一發現為提出上述專利申請奠定了基礎。

上述專利的發明名稱是“探測組織中癌症的設備和方法”。它的摘要是這樣闡述的，“一種將組織樣本置於核磁感應裝置中的設備和方法，借此，通過核磁共振激發所選擇的原子核從平衡狀態成為高能狀態，當被激發的原子核變回平衡狀態時，借助於測量自旋-點陣弛豫時間和自旋-自旋弛豫時間，並將這些弛豫時間與已知正常的和惡性組織的相應值進行比較，從而能說明癌症組織是否存在和惡性程度。”他的三個發明目的，一是提供量化檢測組織中癌症的方法和設備，以及一種在診斷實驗室和外科手術室對切取小腫瘤組織樣本進行快速掃描成像設備﹔二是提供確定所選擇癌症組織惡性程度的標准﹔三是提供不需要進行外科切取，而是直接在人體外對癌症進行探測的方法和設備。

根據上述專利的說明書記載的主要內容：一、檢測癌症的方法概括為：步驟1，測量哺乳動物，如正常人體標志性核，例如細胞水氫核和已確診為有癌症異常特征的標志性核的核磁共振自旋-點陣弛豫時間以及自旋-自旋弛豫時間，並將這兩者作為標准值﹔步驟2，測量有疑問的組織的相應核的核磁共振自旋-點陣弛豫時間以及自旋-自旋弛豫時間，以便確定其標志性核的異常特征情況﹔步驟3，將步驟2測得的值與步驟1得到的標准值進行比較。二、從組織中認別癌症細胞的具體方法：步驟1，將組織樣本置於兩個相互重直的磁場源的設備中﹔步驟2，將第一個磁場激磁，以便樣本處於該恆定磁場中﹔步驟3，將第二個磁源激勵，以使樣本位置具有所選擇頻率的磁照射，從而使標志性核從振蕩磁場中通過核磁共振獲取能量，從平衡狀態轉化成高能狀態﹔步驟4，在預定時間段后終止第二磁源﹔步驟5，當該核從高能狀態返回平衡狀態時，測量自旋-點陣弛豫時間和自旋-自旋弛豫時間﹔步驟6，將這兩個弛豫時間與預先確定的正常組織和癌症組織相對應的標准值進行比較，該比較表明癌組織是否存在和它的惡性程度。三、測定體組織中癌細胞的設備包括：1.含有一個形成磁場空間的恆定磁場源和一個振蕩磁場源的核磁感應裝置，上述振蕩磁場的振蕩效率調節裝置，以便振蕩的頻率適應於所選擇的核的核磁共振條件﹔2.在恆定磁場空間中選擇樣本或人體位置的裝置﹔3.在磁場空間中適宜固定人體的裝置﹔4.聚集振蕩磁能成束的裝置﹔5.當人體置於照射區域時，求出人體組織細胞中選擇核的自旋-點陣弛豫時間的裝置﹔6.當人體置於照射區域時，求出人體組織細胞中選擇核的自旋-自旋弛豫時間的裝置﹔7.存儲含有選擇核的標准自旋-點陣弛豫時間和自旋-自旋時間參照表裝置﹔8.將照射區域中選擇核的自旋-點陣弛豫時間和自旋-自旋弛豫時間與它們相應的選擇核的正常組織標准進行比較的裝置，以及如果弛豫時間比相應標准長的話，那麼顯示在照射區域所測的人體存在癌細胞的裝置。

雷蒙.達曼迪安的上述發明后來在他的美國專利4354499中又加以改進，並不斷有后繼專利。在1977年在他命名的“Indomitable”的設備中完成了第一幅人體全身磁共振成像。1978年他創立了FONAR公司，使他的發明市場化，生產磁共振掃描設備，並於八十所代初獲美國國家食品管理局批准。他的專利權也曾受到被侵權的困擾，為此，他不得不與通用電氣公司（GE）打起了官司，官司從1992年打起，到1997年才最終由美國聯邦最高法院判決GE公司侵犯了US3789832的專利權，並獲得1.28億美元的損失賠償，這對於他的FONAR公司的每年收益相比是巨大的。他有一個很大的遺憾是，他對磁共振成像技術的重大貢獻並沒有成為2003年因磁共振領域的研究而獲得當年諾貝爾醫學獎的獲獎者之一，而當年這項被美國的英國的兩位科學家分享。

磁共振成像提供的信息量大，圖像清晰、精細、分辨率高、對比度好，能進行定量分析，特別對軟組織層次顯示很好，還可以直接作橫斷的、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會產生偽影，不需注射造影劑，對機體沒有不良影響。目前，已普遍地應用個臨床，對一些疾病的診斷成為必不可少的檢查手段。（陳仲華）

發明人： 雷蒙.達曼迪安

Raymond Damadian（1936-?），出生於美國紐約。他1956年獲得數學專業的理學士，接著轉向醫學並在1960年獲得愛因斯坦醫學院的醫學博士。后來進入美國紐約下城醫學院，在這裡他對活體細胞中鈉和鉀的研究引導他開始第一個用到核磁共振的試驗，並最終在1977年制成第一台核磁共振人體掃描儀，對世界科學和醫學做出了重大貢獻。