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功能磁共振成像的工作原理

:斯蒂芬妮·沃森

南希·r·希夫/赫尔顿档案馆/盖蒂图片社

近年来,医学技术发展得如此之快,以至于成像扫描可以将人体解剖成极薄的图像,并创建器官和组织的三维模型,以发现异常情况并诊断疾病。然而一种相对较新的扫描方式叫做功能磁共振成像功能磁共振成像)让这项技术更进一步。它不仅可以帮助诊断疾病大脑——它也可能使医生能够深入我们的心理过程,确定我们的想法和感觉。fMRI甚至可以检测我们是否在说真话。

功能磁共振成像是基于和磁共振成像核磁共振成像)——一种利用强磁场和无线电波生成身体详细图像的非侵入性测试。但功能磁共振成像不像核磁共振成像那样生成器官和组织的图像,而是观察来检测大脑活动区域。这些血流的变化被电脑捕捉到,帮助医生更多地了解大脑是如何工作的。

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核磁共振成像的概念早在20世纪初就出现了。20世纪30年代初,哥伦比亚大学的物理学家伊西多尔·艾萨克·拉比(Isidor Isaac Rabi)做了一个实验原子.他发现,与无线电波结合的磁场会导致原子核“翻转”,这一特性现在被称为核磁共振.1944年,拉比被授予诺贝尔奖以表彰他在物理学方面的开创性工作。

20世纪70年代,纽约州立大学的化学教授保罗·劳特布尔和英国诺丁汉大学的物理学教授彼得·曼斯菲尔德分别利用磁共振作为基础,开发了一种新的诊断技术,称为磁共振成像。第一台商用核磁共振扫描仪于1980年问世。

然后在20世纪90年代初,一位名叫小川正治的物理学家在当时的新泽西州贝尔实验室工作,他在进行动物研究时发现了一些东西。他发现贫氧血红蛋白(血液中携带氧气的分子)与富氧血红蛋白受磁场影响的程度不同。小川意识到他可以利用这些血氧反应的对比来绘制正常核磁共振扫描的大脑活动图像。

小川的发现背后的基本想法实际上是半个多世纪前由化学家莱纳斯·鲍林提出的。20世纪30年代,鲍林发现富氧血液和缺氧的血液磁场的拉力相差20%之多在功能磁共振成像技术中,通过精确定位这些差异,科学家们可以确定大脑的哪些部分最活跃。