2016年7月3日星期日

核磁共振成像技术(MRI)

伦琴(Wilhelm Röntgen)
伦琴(Wilhelm Röntgen,1845年3月27日-1923年2月10日)于1895年发现X射线,发布其夫人的左手骨骼相片,震惊世人。隔年,爱迪生即推出商用X光机,供医疗诊断之用。然而核磁共振现象虽然早在1938年就由美国物理学家拉比(Isidor Rabi)发现,却等了将近四十年,才首度用于扫描人体。

拉比当初是让原子束或分子束通过变化的磁场,而发现原子核的磁距、角动量会跟著改变,与磁场共振,因此称之为核磁共振(NMR - Nuclear Magnetic Resonance)。1946年,瑞士物理学家布洛赫(Felix Bloch)与美国物理学家伯塞尔(Edward Mills Purcell)各自独立发现在液体与固体上也能產生核磁共振的方法,两人因而共同获得1952年的诺贝尔物理奖。不过当时都只用来分析化学元素,直到1969年,美国医师达玛狄恩(Raymond Damadian)才率先主张肿瘤组织与健康组织在核磁共振下的反应有所不同。

七○年代初,美国化学家罗特堡(Paul C. Lauterbur)因为学校的核磁共振仪老是无法产生均匀一致的磁场,而尝试再外加一个可改变强度的磁场作为补偿,结果反而可以藉由磁场梯度的变化测出样品的空间位置,而得到三度空间的影像,成为实现核磁共振摄影(Magnetic Resonance Imaging, MRI)的关键。但罗特堡只拿来拍蚶蜊与老鼠,尚未用人体试验,不过他成功区分出一般水与重水就极具意义,因为人体有70%都是水。
核磁共振成像技术(MRI)
有了罗特堡的技术,达玛狄恩著手打造专门诊断肿瘤的核磁共振仪。1977年的今天,他的病人成为史上第一位接受核磁共振扫描的人。然而他的机器并不实用,花了将近五个小时才拍出只有160个三维像素的胸部照片。

这个问题有待英国物理学家曼斯菲尔德(Peter Mansfield)解决。他在1977年开发出「回波平面造影术」,利用数学演算法将磁场梯度变化产生的资料快速转换为影像,不但可得到解析度更高的人体器官影像,还能应用于侦测血液流量与血氧浓度。

MRI是非侵入性的扫描方式,而且不像X光或电脑断层那样会产生游离辐射(ionizing radiation),没有辐射伤害的疑虑,既快速又安全,如今已是现代医学不可或缺的诊断工具。而这都得感谢罗特堡与曼斯菲尔德的贡献,他们两人也因此共同获颁2003年诺贝尔生理或医学奖的肯定。



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