【影响世界的专利】磁共振成像

磁共振成像

磁共振成像专利图 

1946年斯坦福大学的弗莱利克斯.布洛赫（Flelix Bloch）和哈佛大学的爱德华.珀塞尔（Edward Purcell）各自独立发现了核磁共振现象。在恒定磁场中的具有自旋的原子核受射频幅射照射，当射频频率等于原子核在恒定磁场中的进动频率时产生的共振吸收现象。美国人雷蒙.达曼迪安（Raymond Damadian）于1972年3月17日提出了专利申请，并在1974年2月5日获得了美国第3789832号专利，将核磁共振用于医学临床检测，发明了磁共振成像技术（MRI），也称核磁共振成像技术。它利用核磁共振激发所选择的人体组织原子核处于高能状态，当高频电磁场去除后，其返回平衡状态时就会产生射频脉冲信号，用探测器检测这些信号，并将其输入计算机，经过处理转换，在屏幕上显示重建图像。

雷蒙.达曼迪安1936年生于纽约州的森林山，是一位医学博士，专长于癌症研究，并且具有深厚的物理学功底。在1970年，他发现了在磁激条件下，核磁共振对健康细胞和癌症细胞原子核的影响是不同的，它们从高能状态返回平衡状态时，癌细胞原子核所用的时间要长的多。这一发现为提出上述专利申请奠定了基础。

上述专利的发明名称是“探测组织中癌症的设备和方法”。它的摘要是这样阐述的，“一种将组织样本置于核磁感应装置中的设备和方法，借此，通过核磁共振激发所选择的原子核从平衡状态成为高能状态，当被激发的原子核变回平衡状态时，借助于测量自旋-点阵弛豫时间和自旋-自旋弛豫时间，并将这些弛豫时间与已知正常的和恶性组织的相应值进行比较，从而能说明癌症组织是否存在和恶性程度。”他的三个发明目的，一是提供量化检测组织中癌症的方法和设备，以及一种在诊断实验室和外科手术室对切取小肿瘤组织样本进行快速扫描成像设备；二是提供确定所选择癌症组织恶性程度的标准；三是提供不需要进行外科切取，而是直接在人体外对癌症进行探测的方法和设备。

根据上述专利的说明书记载的主要内容：一、检测癌症的方法概括为：步骤1，测量哺乳动物，如正常人体标志性核，例如细胞水氢核和已确诊为有癌症异常特征的标志性核的核磁共振自旋-点阵弛豫时间以及自旋-自旋弛豫时间，并将这两者作为标准值；步骤2，测量有疑问的组织的相应核的核磁共振自旋-点阵弛豫时间以及自旋-自旋弛豫时间，以便确定其标志性核的异常特征情况；步骤3，将步骤2测得的值与步骤1得到的标准值进行比较。二、从组织中认别癌症细胞的具体方法：步骤1，将组织样本置于两个相互重直的磁场源的设备中；步骤2，将第一个磁场激磁，以便样本处于该恒定磁场中；步骤3，将第二个磁源激励，以使样本位置具有所选择频率的磁照射，从而使标志性核从振荡磁场中通过核磁共振获取能量，从平衡状态转化成高能状态；步骤4，在预定时间段后终止第二磁源；步骤5，当该核从高能状态返回平衡状态时，测量自旋-点阵弛豫时间和自旋-自旋弛豫时间；步骤6，将这两个弛豫时间与预先确定的正常组织和癌症组织相对应的标准值进行比较，该比较表明癌组织是否存在和它的恶性程度。三、测定体组织中癌细胞的设备包括：1.含有一个形成磁场空间的恒定磁场源和一个振荡磁场源的核磁感应装置，上述振荡磁场的振荡效率调节装置，以便振荡的频率适应于所选择的核的核磁共振条件；2.在恒定磁场空间中选择样本或人体位置的装置；3.在磁场空间中适宜固定人体的装置；4.聚集振荡磁能成束的装置；5.当人体置于照射区域时，求出人体组织细胞中选择核的自旋-点阵弛豫时间的装置；6.当人体置于照射区域时，求出人体组织细胞中选择核的自旋-自旋弛豫时间的装置；7.存储含有选择核的标准自旋-点阵弛豫时间和自旋-自旋时间参照表装置；8.将照射区域中选择核的自旋-点阵弛豫时间和自旋-自旋弛豫时间与它们相应的选择核的正常组织标准进行比较的装置，以及如果弛豫时间比相应标准长的话，那么显示在照射区域所测的人体存在癌细胞的装置。

雷蒙.达曼迪安的上述发明后来在他的美国专利4354499中又加以改进，并不断有后继专利。在1977年在他命名的“Indomitable”的设备中完成了第一幅人体全身磁共振成像。1978年他创立了FONAR公司，使他的发明市场化，生产磁共振扫描设备，并于八十所代初获美国国家食品管理局批准。他的专利权也曾受到被侵权的困扰，为此，他不得不与通用电气公司（GE）打起了官司，官司从1992年打起，到1997年才最终由美国联邦最高法院判决GE公司侵犯了US3789832的专利权，并获得1.28亿美元的损失赔偿，这对于他的FONAR公司的每年收益相比是巨大的。他有一个很大的遗憾是，他对磁共振成像技术的重大贡献并没有成为2003年因磁共振领域的研究而获得当年诺贝尔医学奖的获奖者之一，而当年这项被美国的英国的两位科学家分享。

磁共振成像提供的信息量大，图像清晰、精细、分辨率高、对比度好，能进行定量分析，特别对软组织层次显示很好，还可以直接作横断的、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生伪影，不需注射造影剂，对机体没有不良影响。目前，已普遍地应用个临床，对一些疾病的诊断成为必不可少的检查手段。（陈仲华）

发明人： 雷蒙.达曼迪安

Raymond Damadian（1936-?），出生于美国纽约。他1956年获得数学专业的理学士，接着转向医学并在1960年获得爱因斯坦医学院的医学博士。后来进入美国纽约下城医学院，在这里他对活体细胞中钠和钾的研究引导他开始第一个用到核磁共振的试验，并最终在1977年制成第一台核磁共振人体扫描仪，对世界科学和医学做出了重大贡献。