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核子醫學科技–提升疾病控制.促進人類健康

臺灣地區每10分鐘就有一人被診斷為癌症患者,癌症已連續20年蟬聯國人十大死亡原因首位。核子醫學科技應用放射線與同位素的示蹤性,創造追蹤癌細胞的新方法,使人類對抗癌症的信心受到鼓舞。
 
 
 
臺灣地區每10分鐘就有一人被診斷為癌症患者,癌症已連續20年蟬聯國人十大死亡原因首位,面對如此強悍的殺手,我們能夠做的最有效方法仍是「早期發現早期治療」。慶幸的是,核子醫學科技結合應用「放射性同位素藥物」與「正電子電腦斷層掃描術(positron emission tomography, PET) 」、「電腦斷層攝影術(computed tomography, CT)」,創造了追蹤癌細胞的新方法,使人類對抗癌症的信心受到鼓舞。

對於其他重症如腦病變、心臟血管疾病、腎臟疾病等,核子醫學也都有所貢獻。而且,不光只是醫學界,放射線與同位素亦已廣泛地應用在漁業、農業、社會科學與宇宙研究上。至於輻射是否對人體有害,目前在低輻射生物效應的科學研究上尚無定論,但從實際面看,人類從出生到死亡,一直都被充斥於大自然中的輻射線照著,這情形有如刀能救人亦能傷人一樣,該如何拿捏分寸?每個人心中自有答案。

從放射線的特性出發

放射線是一種比可見光的波長短、能量高的電磁波,會釋出放射線的「放射性同位素標幟化合物」,像螢火蟲的尾巴發光一樣,在科學應用上顯示放射線的「示蹤性」;放射線能夠從大老遠的宇宙穿過大氣層來到我們面前,可見它有很強的「穿透性」;放射線會和物質作用產生化學、物理或生物變化,表示它具有「與物質作用性」。核醫科技就從放射線的示蹤性、穿透性、與物質作用性等三種特性出發,而後配合醫療需求,積極創造出許多新方法,使核醫科技成為提升疾病控制能力、促進人類健康的一項高科技。

核醫科技結合放射性同位素藥物及放射線示蹤性,協助醫生診斷或追蹤病情;利用X光的穿透性,讓體內器官組織病變在底片上顯示;紫外光與物質作用時具有殺菌力;醫院為癌症病患做放射線治療,即是一種透過鈷-60加瑪(γ)射線或電子加速器產生X射線殺死癌細胞的治療方法。

至於如何產生放射線呢?從X光儀器所產生的X光線是一種人造放射線;從反應器或迴旋加速器製造出來的放射性同位素亦會釋出人造放射線。在科學上,放射線有自己的名稱,如阿爾伐(α)粒子、貝他(β)粒子、加瑪(γ)射線,其中加瑪射線的穿透力最高。

自放射性同位素中取得人造放射線

該用什麼方法得到我們需要的放射線呢?當我們不需要的時候,又有什麼辦法讓它消失?在探討這些問題以前,必須先對「穩定同位素」與「放射性同位素」有一些認識。

大自然中有氮、氫、氧、碳……等多種元素,這些元素分別有不同的原子序數與質量數。凡原子序數相同、質量數不同的元素都稱為同位素,各同位素的化學性質仍相同,只是物理性質不一樣。例如:氫有三個同位素,氫一叫氫,氫二叫氘,氫三叫氚,原子序都是1,但其質量數,氫是1,氘是2,氚是3,質量數的不同,使物理性質也不同。若從物理上觀察:氫的個性穩定,不會釋出放射線,稱為氫的「穩定同位素」;氚的個性不穩定,會釋出β負粒子放射線,稱為氫的「放射性同位素」。

由此可知,當我們需要放射線的時候,可以先製造一個不穩定的放射性同位素,由於它會釋出不同能量的粒子與放射線,也因此,放射性同位素成為人造放射線的主要來源之一。

前面提過,放射性同位素可釋出不同能量的放射線,當它不斷釋出放射線時,內含的活度會慢慢減弱,最後消失不見,在科學上,我們用「半衰期」來表示使放射性活度減弱一半所需要的時間。例如,氚會釋出β負粒子放射線,半衰期為12.3年,也就是說,過了12.3年以後,氚釋出放射線的活性會減弱一半。

其實,大自然中存在著許多天然放射性同位素,如大海與河川裡均含有放射性同位素氚。只是,核子醫學所應用的放射性同位素的半衰期較短,因此,大部分從人造放射性同位素中取得。正因如此,製造同位素的時候,我們可依照需求來選擇其活性與半衰期。例如,用來追蹤癌細胞的核醫藥物氟-18,半衰期為109分鐘,所以,醫院必須掌握檢查時間,否則過了1小時49分鐘以後,藥物裡的放射活性將消失一半而不便檢查。

放射性同位素是百變魔術師

放射性同位素猶如一位百變魔術師,經常在我們四周扮演著千變萬化的角色。例如,家中天花板上的煙霧器中就有放射性同位素,當它偵測到高溫濃煙時,會發出警告聲音。而在臺北捷運工程建造期間,工程人員曾使用「銥-192放射性同位素照相儀」,因為銥-192會放射加瑪射線,透過加瑪射線的穿透性,橋梁內部結構是否有裂縫,會清楚地顯示在底片上,這是它在工業上的應用。

在農業上,則大都用於殺菌目的。藥廠製造藥物前會先用輻射殺死藥材上的細菌,美國政府曾批准使用輻射照射來殺死牛肉中的大腸桿菌,美國太空人在太空中吃的食品亦是用鈷-60來照射殺菌。在太空探險中,當太空船需要緊急發電時,亦利用鈽-238放射性同位素電池供電。

有趣的是,當我們剛從地下挖出一批古物時,在短時間內,考古學家便能說出古物所屬年代。為什麼?原來,古物中含有的天然放射性同位素透露了古物的年齡。我們以含有碳-14天然放射性同位素的古物為例,由於碳-14的半衰期是五千七百三十年,會釋出β負粒子放射線。所以,只要分析古物中的碳-14含量,就可推算所屬的年代,這是天然放射性同位素應用在社會科學上的例子。大自然真是太神奇了,不是嗎?

追蹤癌細胞的新方法

根據行政院衛生署民國九十一年三月發布的癌症調查報告指出,臺灣每年新增加的癌症病人高達五萬一千人,而且,每四人當中就有一人死於癌症。然而,無論醫學科技如何進步,對抗癌症最有效的方法仍是早期發現早期治療,而在早期發現的眾多診斷方法中,核醫科技利用「會釋出放射線的去氧葡萄糖結合PET、CT追蹤癌細胞」,已有令人欣慰的成果。

針對癌細胞具有的分裂迅速、新陳代謝旺盛、必須吸收大量葡萄糖做為細胞分裂能源等的特性,首先利用迴旋加速器製造放射性同位素氟-18,再在製造核醫藥物的設備中,把氟-18標幟在葡萄糖上,製成一種會釋出放射線追蹤癌細胞的核醫藥物-去氧葡萄糖(F-18FDG葡萄)。當此藥物注入人體,並隨血液傳送到身體各部位時,如果發現癌細胞,去氧葡萄糖將有如鐵針遇到吸鐵石般,快速向癌細胞聚集,此刻,掃描儀上便出現光影,經過電腦斷層攝影確認位置後,即可提供醫生做為醫療診斷上的參考。

失去兔耳朵的巴金森氏症

正常人的腦部基底核裡均有充足的「多巴胺腦神經分子」,它們在核醫造影掃描儀上看起來像兔子的一對耳朵。但是,萬一人體腦部出現病變,腦神經會萎縮,變成缺乏或沒有多巴胺細胞。此時,出現的影像不再是兔耳朵形狀,這表示,此人罹患了巴金森氏症。

核醫科技與毒品古柯鹼之間有一段有趣的小故事。由於古柯鹼具有「會跑到人體腦部破壞腦細胞」的特性,所以,各國法律均禁止吸食古柯鹼。但是,經常從不同角度思考事情的科學家卻從「會跑到人體腦部」這個特性找到了切入點,他們從古柯鹼中分離出一種化合物,再將放射性同位素鎝-99m標幟在化合物上,製成一種具有追蹤造影功能的「多巴胺轉運體核醫造影藥物」。當此藥物注入人體後,會跑到人體腦部基底核紋狀體上,倘若受檢者腦部正常,在掃描儀上可見到如兔耳朵影像,如果兔耳朵不見了,或影像形狀減弱了,很可能此人已罹患巴金森氏症。

醫生的眼晴–放射線診斷

十九世紀末,居禮夫人發現放射性鐳之後,放射醫學即不斷地發展與造福人群。從最早期的X光檢查到電腦斷層掃描,都屬於X光照相的一種,主要都在檢查體內器官組織結構性的變化。但是,較晚出現的核醫診斷卻與前兩者不同,它是應用核醫藥物的示蹤性協助診斷,主要在查看受檢者體內是否出現生化性或功能性變化。無論哪一種診斷,均可協助醫生發現病人體內異狀,只不過,應用在生化性、功能性診斷為主的核醫科技,對疾病的預防有不錯的貢獻。

疾病的發生通常分為三階段,第一階段會先出現生化性、功能性變化,如頭痛或腰酸背痛等不舒服現象,而所有重症如惡性腫瘤、心血管疾病等,在發病前亦先出現生化性、功能性變化,此階段屬於疾病徵兆期,可透過核醫診斷掌握治癒時機。萬一進入第二階段,也就是體內組織發生變化時,一張X光片或一次電腦斷層掃描便可看到身體組織的解剖性變化。萬一病情更惡化,器官亦發生變化,即進入第三階段,此時,照X光或電腦斷層掃描可見到器官轉移性病變,只是,這個時候才開始治療的人將付出較大代價。

從不同的思考角度看核醫科技

根據紀錄顯示,利用核醫科技追蹤診斷癌細胞的精準度達82%,比傳統電腦斷層掃描的52%高了許多,有一派人士認為,推動核醫科技全身健康檢查是個值得鼓勵的想法。而在癌症治療上,根據二○○三年美國核醫雜誌報導,某些醫生改用去氧葡萄糖與PET、CT診斷病人後,發現有27%的癌症患者需要變更原先的治療方法,該份報導亦鼓舞了這一派人士對核醫科技的信心。

另一派人士比較著重於實際面的問題,例如,由於核醫設備與高科技技術成本居高不下,致使核醫診治費相對地昂貴,非一般人負擔得起。又如在某些狀況下,核醫診斷的假陽性、假陰性反應,易導致誤判,也使得另一派人士對核醫科技的應用趨於保守。

以大腸癌診斷為例,當出現腫瘤標記時,醫生在了解病人病史後,通常先做最基本的肛診與硬式直腸檢查(成功率50%),或血清檢查(成功率約60%),如果仍未獲得結果,但腫瘤標記仍持續增高時,就做電腦斷層或核磁共振檢查,檢查費從幾百元到一萬元不等,但都在健保給付項目內。萬一仍無所獲,醫生也會建議病人採核醫科技檢查,費用二萬元至五萬元不等,為自費型檢查,此時,病人將有經濟上的壓力。

又如,遇到某些特殊體質者,雖然組織正常卻有豐富的代謝能力,或雖然沒有癌細胞,但體內組織已發炎,這些狀況亦會在核醫儀器上出現影像,此為假陽性反應,須請放射診斷醫師協助研判,或繼續做其他檢查才能獲得較正確的資訊。也有某些病人有癌症病徵,但是在核醫儀器上仍無影像出現,這是假陰性反應。對於需要正確參考資料為病人診治的醫生而言,假陽性、假陰性反應,使他們對核醫診治這件事保持較保守心態。

正如所有新科技一樣,積極支持與保守觀察的兩派人士,各從不同角度思考,因而影響他們對於核醫科技的信心。至於何時或在哪些情況下該採用它,兩派人士則一致認為,依照病人實際情況做決定最恰當。

投入核醫科技行列向高難度挑戰

為迎接二十一世紀的後基因體醫學時代,核醫科技在非侵襲性活體基因體與蛋白體的研究、活體生物系統細胞與分子行為研究、精確診療及新藥的發現與發展、核醫分子診斷與分子藥物的研究中均扮演了重要角色。核醫科技是一項跨越化學、物理、藥學、醫學的研究領域,加入這個行列,將有寬廣的創新空間及造福人類的機會,這樣的研究工作是不是極富挑戰性呢?
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