觀察人體氫原子 MRI讓癌現形

中國時報 B4/科學周報 2008/11/16

【時報】
  核磁共振造影是目前用於癌症檢驗的利器,雖然它的原理可上溯至 1800年,但200年來,經過無數理論、儀器、電腦設備以及放射性藥物的發展與推進,才使「MRI」的功能與應用走到現今這一步。
  核磁共振造影(簡稱磁振造影或核磁共振,英文為Magnetic Reso nance Imaging,縮寫MRI)原理的始祖是18世紀後期的法國科學家J ean-Baptiste Fourier(1768-1830),他是當時數學界的大師,也是法皇拿破崙的密友,因為他於1800年前後演算出的「Fourier trans formation」(傅葉爾轉換公式),才有後世的核磁共振造影。在MRI的發展史上,1952及2003年分別產生了4位諾貝爾物理獎與醫學獎得主 (見附表)。
  MRI因名稱中的「核」字,一度使世人因對核爆威力的懼怕,而使 MRI的推廣與應用頗費了一番功夫。其實,MRI是由強力磁場與無線電波之間的交互作用,產生生物影像,與核子射線無關。
  簡單來說,MRI的原理是觀察人體中氫原子的狀態,達到診斷目的。人體的70%為水,無論正常或異常組織中,都帶有氫原子,因此,以氫原子的狀態作為診斷指標,是一個相當聰明的觀念與做法。
  「氫原子的狀態」是MRI應用的關鍵,台大醫院影像醫學部心肺影像診斷科主任張允中說,在正常組織中,氫原子的運動方向很自由,各種方向都有,如果以MRI發出的強大磁場與電磁波產生「干擾」,氫原子就會朝同一個方向運動;但當這個外力消失時,氫原子又會回到各自當初的位置。在回到當初位置的過程中,正常組織與異常組織中的氫原子回復的速度與放出的能量不同,因此產生不同的影像,也就是MRI機器上顯示的明亮或黑暗的對比,成為醫師診斷的依據。
  核醫藥界對這個過程有一個生動而有趣的比喻。在一個教室中(人體),學生(氫原子)坐姿各異,忽然一個美女(組織變異)走過,學生都轉頭欣賞而不聽課了。於是,老師(強力磁場與無線電波)大喝一聲,嚇得好學生(正常組織)紛紛坐正(氫原子回復原有姿勢),壞學生( 異常組織)仍戀戀不捨的看美女。「好學生」與「壞學生」坐正與回頭聽課的速度不同,因此區別出人體中的正常或異常組織。
  利用影像進行檢查的醫學儀器不只MRI,還有X光攝影與超音波檢查,三者各擅勝場。以台灣婦女癌症中發生率第一的乳癌為例,X光攝影應用最久、可偵測到0.5毫米以下的微鈣化組織,相當於零期乳癌,適用於40歲以上婦女。但X光有放射性的問題,且檢查時要把乳房壓扁到3公分的厚度、容易引起不舒服的感覺,而東方女性的乳腺組織又較緻密,這些都是X光攝影的缺點。
  超音波檢查和MRI都沒有放射性的問題,且超音波適用於緻密形組織,但看不到癌變的微鈣化,脂肪較多的乳房也會影響成像效果,不利早期發現。
  MRI則對緻密或脂肪型乳房的檢查靈敏度都很高,尤其對曾隆乳的婦女,雖然乳房部位有外植異物,但絲毫不影響MRI的造影效果。不過MRI費用高,健保不給付,因此不適用於第一線的檢查。
  1988年德國先靈藥廠推出第一個強化顯影劑、以及日後藥廠陸續發展出適合不同組織使用的顯影劑後,MRI更有如神助,目前對乳癌的偵測率高達92%,對肝癌、大腸直腸癌、神經系統腫瘤等,都可以大幅提高早期發現、早期診斷的功能,甚至對非癌症疾病如心率不整的心血管疾病、多發性硬化症的診斷與治療監控,也發揮了重要輔助功能。