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分子影像在長庚
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分子影像在長庚

醫放系 王俊杰助理教授

  相較於二十世紀初,二十一世紀人類的平均壽命已提高了許多,然而「癌症」、「老化 」、和「感染 ( 以病毒和各種抗藥性細菌為主 ) 」等問題,仍是人類提高平均壽命的最大障礙,也在人們今日極力追求生活品質的最大絆腳石。

  二十一世紀人類有兩大重要進展,大幅地影響到醫療科技的進步,一項是「分子生物的突破」 ,另外一項是「電腦的發明」。結合這兩項重要技術,不但帶動了醫療知識的全面更新,更帶動了醫療市場的革命。

  分子影像為目前蓬勃發展的技術,與傳統將活體解剖觀察生理現象相比,分子影像主要是以一種非侵入式的方法,利用在生物體內分子的各種功能性表現使得影像成像,以目前在醫學上常應用的技術,有磁振造影 ( Magnetic Resonance Imaging,MRT )、超音波 ( Ultrasound )、核子醫學 ( Nuclear medicine ) 等。

  在這些影像中,磁振造影為近年來快速發展的一種醫學影像技術,其為非侵襲性的診斷技術,除了對組織細胞不具游離性輻射傷害外,也提供良好的解剖結構影像,對病灶有靈敏的偵測力。

  本校醫學影像暨放射科學系有鑑於醫學影像處理人才的缺乏,這方面的研究整合工作尚處於起步階段,且由於這方面人才在國內外均是熾手可熱,招聘不易,長庚 體系豐富而先進的醫療影像器材資源如 CT、MRI、PET、SPECT 等,因此計劃進行國內醫學影像科技人才的培育,以整合醫學影像科技,提升診斷品質以及相關研究範疇。

  • 磁振造影的歷史沿革

  磁振造影技術首先由史丹福大學的 Felix Bloch 教授提出,帶電自旋的粒子可以產生磁場的觀念,而發展核磁共振。此實驗使得 Felix Bloch 在1952年獲得諾貝爾獎,他在核磁共振中,所看到的圖像只是種頻譜,且在當時僅被應用於化學以及生物化學的分析方法上。直到1973年,紐約大學石溪分校的 Lauterbur 教授發表第一個以水為樣本的二維質子核磁共振影像,並逐漸引導磁振造影朝向新的境界發展。

  在邁入分子醫學的時代,利用磁振造影來顯示分子或細胞層次的生化功能已在動物實驗上獲得成功。目前科學家正在嘗試應用於人體,觀察人體中各元素組成,例如:蛋白質、氫、氮,期望能夠在疾病初期便能早期偵測到生化上的異常變化,以便早期 治療。

  磁振造影最大的特色,就是其訊號可利用不同脈衝序列的設計,標示出體內不同的生理功能及組織特性。Lauterbu 教授發現利用磁場梯度,就能造出三度空間影像。他只要分析這種射出的無線電波特性,就可以判定它們的起源,這可說是磁振造影技術研發的關鍵。1973 年,他發表研究,描述如何把梯度磁體添加到主磁體中,可看到沉浸在重水中的裝有普通水的試管的交叉截面。通過引進梯度磁場,可以逐點改變核磁共振電磁波頻率,通過對發射出的電磁波的分析,可以確定其信號來源。這就是磁振造影中空間編碼的基礎。

  Mansfield爵士發明瞬間影像技術,使得磁振造影可以測量血流、血氧濃度等生理方面的訊息,使其臨床應用更廣泛。在1993年他因而被英國女王授封為「爵士」。他的研究 結果顯示,可以有效地偵測質子訊號,利用數學方式可以分析訊號、轉換成影像,讓影像更清晰,在極短的時間內利用正負快速交替的梯度磁場成像, 此即所謂的回波面掃描( echo-planar imaging ),從快速的梯度變化呈現極快速的掃描影像。 

  2003年美國化學家 Lauterbu 教授,以及英國物理學家 Mansfield 爵士,以致力研究核磁共振掃描為醫療檢驗帶來革命,也因此榮獲諾貝爾醫學獎。

  Mansfield 爵士快速掃描技術的研究與應用,將使傳統磁振造影成像方法掃描病人的時間由幾分鐘、十幾分鐘縮短至幾十毫秒,使因器官運動對圖像造成的影響忽略不計;磁振造影血流成像,利用流空效應使磁振造影圖像上,把血管的形態鮮明地呈現出來,測量血管中血液的流向和流速;磁振造影波譜分析,可利用高磁場實現人體局部組織的波譜分析技術,從而增加幫助診斷的信息;腦功能成像,利用高磁場共振成像,研究腦的功能及其發生機制,是腦科學中最重要的課題。 

  而這項進展,使得磁振造影在冠狀動脈血管攝影 ( Coronary magnetic resonance angiography )、血流灌注磁振造影 ( perfusion MRI )、功能性磁振造影 ( functional MRI ) 皆有重大突破。預期分子影像磁振造影 將在十年內將成功移轉至臨床應用上,主要應用於癌症、心血管疾病及退化性腦部病變之早期診斷及治療追蹤。

  分子影像為分子醫學領域中一項新興的研究,目前大學內部分子醫學中心即設有動物用磁振造影儀,其設置的目的是提供最先進的技術和儀器,來整合內部 各核心實驗室的研究工作,使這些核心實驗室的研究成果,快速的在動物上得到成果,並且能加快進入臨床一期的研究工作。

  • 國際研討交流

  為發展長庚醫療體系分子影像之特色,以及傳承國內分子影像技術及研究,本校工學院將於在 2008年的1月份,特別邀請英國倫敦大學工學院副院長暨應用醫學物理 Roger Ordidge 教授 ( Joel Professor of Physics Applied to Medicine, University College London ),進行一場磁振造影的演講。Ordidge教授是 Mansfield 爵士的學生,兩人共享榮獲諾貝爾獎的回波面掃描技術的專利權,且 Ordidge 教授為國際磁振造影學會會士和醫學科學學院院士,並為國際知名期刊 Journal of Magnetic Resonance Imaging 以及 Current Medical Imaging Reviews 編審委員。2008年2月2日長庚醫院與本校將共同舉辦第二屆動物分子影像國際研討會。本次大會主要的目的是將國外利用動物分子影像在臨床前之應用經驗,分享給國內同好和先進,因此,特別邀請國外9位知名專家 ( 包含動物用正子斷層攝影及磁振造影儀發明者 Simon Cherry 教授以及獲得 2007年 NIH 小型動物影像計劃第一名 John Gore 教授、癌症動物影像專家 Robert J. Gillies 博士 ) 來 演講,屆時歡迎大家參加。

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