2003年诺贝尔生理学及医学奖授予了将核磁共振（NMR）成像技术应用于医学诊断的两位科学家：美国物理学家保罗·劳特布尔（Paulc Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）。核磁共振检查与CT（计算机辅助体层摄影术）是当今最普遍的临床检查技术，已被广大医务工作者和广大患者所接受。但是什么是核磁，什么是核磁共振，什么是磁共振成像（MRI），对普通人来说是一种比较深奥的科学技术知识。
众所周知，从我国古代发明指南针以后，人们开始对磁和磁性进行长期的探索。经过科学家们的努力，先后发现了三大类磁性物质，第一大类就是铁磁体，或称强磁体，例如铁、钴、镍；第二大类是亚铁磁体，其中主要包括结晶体和液体；第三大类称为抗磁体，它的抗磁性存在于所有物质的内部。从20世纪20年代至30年代，科学家们又发现了第四大类的磁性物质，这就是核磁，这是一种从原子核中发射出来的磁性物质。
虽然早在电磁学理论的首创者和电动力学的奠基人之一、法国着名物理学家安培（A.M.Ampere，1775～1836年）的时代，他就思考过如何去发现物质粒子中因旋转电流而产生的磁性问题。他提出来的这个假说，后来确实为物理学家用分光镜对强磁场中的光源进行研究时所证实。但是当人们开始研究磁场对电子（当时人们把电子看成原子内部电流的代表）运动的影响时，就出现了困难，因为电子并不服从当时已经证实了的电动力学定理。
1920年，施特恩（O.Stern）和他的同事在德国法兰克福做了一次巧妙的实验：在一只用电加热的真空炉壁上钻了一个小孔，通过此孔灌入一股极细的蒸汽流。结果发现这种被他称之为“原子束”或“分子束”中的分子都向同一方向偏移，而且彼此互不相撞。他用探测器把这一现象记录了下来，说明分子束是不受非均一磁场影响的。施特恩把它称之为“玻尔磁子”（玻尔是他的恩师）。他在此现象的基础上提出了所谓的“有向的或空间的量子说”。
1923年，施特恩担任了汉堡大学物理学实验室主任后，便全力以赴地来完善分子束技术，同时他把电子和原子核所具有的自己旋转的特性称为“自旋”，并把他的研究对象又扩大到当时发现的中子和质子。1933年他利用分子束技术测定了质子所释放的核磁函数，其值约为当时理论推算出来的值的10.5倍，从而荣获了1943年诺贝尔物理学奖。
但是这时遗留下来一个问题是原子如何与磁场发生反应？根据当时英国数学家拉尔摩（Larmor）的计算，这种反应应归因于部分电子和原子核在磁力方向进行中的旋进运动（简称“进动”）。如果磁场的力能够测定，那么粒子的磁函数也就能够计算，结果拉比（I..Rabi）把它精确地算了出来。他在磁场中放入一圈电线，接通至示波器的电路上，而且其频率是可调的。如果原子束通过磁场，而且原子仅受示波器中电流通过时粒子旋进的影响，那么这种影响即可以从示波器的图像中表示出来。拉比成功了，他把原子核的这种“飞跃”（SalRo）称为“量子跃进”。此外，他还证实了，这种“量子跃进”效应是可以观察到的，因为检测器记录了最小的共振，从而他荣获了1944年诺贝尔物理学奖。
美国物理学家珀塞尔（E.M.Purcell）在二战期间进行军事雷达的研制和改进，战后来到哈佛大学从事教学和科研工作，在这里他首次提出了射电天文望远镜的基础理论，同时他又发现了物质的NMR现象。即在给定外磁场后，如果把一个样品置于由周围线圈产生的射频场中，则该样品中特定的原子核组成将呈现共振吸收态，某些特征频率被吸收，从而可以测定粒子磁性的精确数值，即所谓的“原子核磁力测量法”。1952年珀塞尔获得诺贝尔物理学奖时的三项贡献中的一项就是上述射电天文望远镜的基础理论（1951年），另外两项则都是关于MR的：首先他利用了螺线管法研究了弱磁场中的MR，这种方法对于彻底地、绝对地测定核磁力矩具有极大意义。其次，他设计了一项饶有兴趣的实验，即利用在副磁共振形成一种独特的状态中，原子核的状态相当于绝对温度计的低温，从而开辟了物理学的一个崭新的领域——核磁共振能谱学（又可译为“波谱学”）。
二战以前就曾与珀塞尔一起研究过NMR的布洛赫（F.Bloch）战后回到了斯坦福大学，也继续研究他的NMR。他与珀塞尔一起分享了1952年诺贝尔物理学奖，他的获奖项目起初受到泡利1924年对谱线的超精细结构所做的解释的启发，这一解释是谱线的超精细结构的原子核具有自旋角动量及其平行的磁矩，但是作为一个理论物理学家的布洛赫竟然大胆地作了一项重大的试验，按照诺贝尔基金会主持人的说法，是十分出乎人们意料的。本文限于篇幅不能详述这项实验，但从这位主持人的颂词中可以窥得一斑：在您的实验工具箱中有一个超常值的工具，您有一个可使中子束磁极化的方法，您掌握的极好的思路真是无法估量，您的实验设计及其操作本身简直是完美无缺。这项实验结果最好不过地说明了中子磁矩的精确测量值。这是当今最困难的一项工作，而且也是当今核物理学中一项最重要的任务。这里指的实验设计及操作方法就是布洛赫1945年完成的被称为“核感应”的高精度测量核磁矩的方法，其数学公式被称为“布洛赫方程”。
诺贝尔基金会1952年授奖时给这两位科学家的正式评语中是这样写的：“表扬他们开发了核磁精密测量的新方法以及有关的一系列发现”。
核磁共振在被列入1952年诺贝尔物理奖的授奖项目之前，这一科学现象及其应用主要局限在物理学领域，但此后便为化学界所瞩目，该现象及其技术应用在化学领域崭露头角，这是因为NMR技术精确度高，尤其适用于微量物质的研究，化学家们纷纷尝试将它用于物质的分子结构（特别是处于溶液状态中物质的分子结构）的测定上，同时，NMR技术为测定磁场力度，特别是为检测磁场所具有的极小的不均匀性提供了一个新的途径。
2003年诺贝尔生理学奖得主，美国纽约州立大学石溪分校物理学家劳特布尔（Paulc.Larterbur）实现了核磁共振成像在临床医学诊断中的应用。他对前人达马迪安（R.Damadian）关于NMR用于诊断的做法有着不同的设想，即先在均一的强磁场之中小心地安置一个弱磁场梯度，在这个梯度磁场中，处于一个具有特定旋转数的原子位置便可能产生一种图像。在设计中应用的是氢原子，氢原子组成的是普通的水，因而它会产生很强的NMR信号。而如用氘（重氢）取代H2O中之H，则会形成重水。然后将两个毛细管装上普通水，放置在重水的大试管中，在其周围设置了梯度磁场环境，这样本来无法从影像中区别的水和重水便能够被区别。
他将这种方法用于人体内各种组织的测定，因为不同组织的生理部分与病理部分含水量都有至少1%的差别，而这样差别小的影像则可以用NMR技术区别开来。他将一种移动得很慢的海蛤放在重水中做了一段时间NMR试验。结果表明，海蛤组织的影像十分清晰，而且仍然存活。这表明NMR成像技术对于生物的生命是不具创伤性的，而且可对生物整体进行测定，从而可代替活体检查中使用的组织切片。
一位15岁就退学当了印刷工人的英国人曼斯菲尔德（Peter Mansfield），后经过预备班的补习考上了伦敦大学玛丽皇后学院，1959年毕业后，27岁获得物理学哲学博士学位。他在一系列论文中解决了在梯度磁场中将某一特定对象的二维切片变成特定图像的问题，所应用的方法是释放一股特定频率的射频波，这种由NMR引起的成像被称为“核磁共振成像”，后简称为“磁共振成像（MRI）”。
曼斯菲尔德发明的MRI仪具有商用价值，不仅可以发现体内（特别是颅内）实质性器官与组织的病变，而且可以呈现诸如心脏搏动、血流之类瞬间即变的图像，所以对心脑血管疾病的诊断十分有用。在进一步进行磁信号的电子计算机分析后，MRI图像精确度很高。在以后十年的时间里，他又极大地提高了MRI的速度，这种提高速度的技术被称为“梯度振荡”，或“回声-平面扫描”法。
由于MRI技术应用的是磁特性，所以病人体内不应带有磁性金属，如心脏起搏器等。此外，患有一种被称为幽闭恐怖的精神病患者，也不能进行MRI检查。人们也许要问，既然有了CT（电子计算机辅助体层摄影仪）这样类似的无创性体内病变的检测方法，为什么医院还要添置更为昂贵的MRI检测仪呢？在大多数场合，这两类检测仪是通用的，但是对一部分疾病的诊断，MRI检测仪有其独特的优势。除了心脑血管疾病诊断以外，对于多发性硬化症的诊断有其优势，该病多见于神经系统，有关组织因为发生炎症而硬化，其含水量便明显降低，所以特别适用于MRI的检测。MRI不仅可以测定炎症存在的部位、严重性，还可以观察它的变化趋势，即炎症是在减轻，还是在加重。这也适用于对硬化症疗效的判定。最令人感兴趣的是，它还可用于常见慢性下背部疼痛的鉴别与诊断。该病病因复杂，不同病因导致的类似症状治疗方法迥然不同，这时便突出了MRI检测仪的优势所在。
曼斯菲尔德还创造了将二维图像发展成三维图像的全新技术，使MRI的用途有了进一步扩大。因为在切除被正常组织包围着的癌组织时，最好获得三维图像，以便尽可能多地保护健康组织不被切除，这在颅脑等重要器官中进行显微外科手术时，显得特别重要。还有像在帕金森病中为了在脑核中放置电极以除去或减轻震颤，也是必须借助MRI检测仪不可的。
