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核磁共振與磁振造影技術

2015/10/28
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最近,研究人類大腦的科學計畫,剛剛獲得歐盟提供10億歐元的巨額研究經費。描繪大腦地圖–或者說透過大腦掃描,得到清晰的腦神經分布圖–這項技術,近來也引起大眾和國際媒體的注意。科學家到底是用什麼方法,不需要動手術,就能掃描頭蓋骨裡的大腦?請聽科學三分鐘,為您分享「核磁共振與磁振造影技術」。

關於「大腦掃描」,2005年的台灣,在陽明大學腦科學研究中心林清波教授的研究室,已經用新型的磁振造影技術,或說「核磁共振成像技術」,描繪出人類腦神經的分布圖。因此,台灣是這項技術的先驅與發展者之一。

2012年,美國麻省理工學院附設醫院,以伍登醫師為首的研究團隊,也持續發展這項技術,並在知名的國際學術期刊《科學》(Science)上,發表了新的研究結果。

透過這個技術,伍登醫師的團隊希望更了解人類心智運作的方式,以及心智發生問題的時候,腦部所呈現的樣貌。雖然有科學家質疑,伍登團隊發表的腦神經分布圖,其中的線條並非真實反映神經網絡,更無法代表人類心智的運作,但科學界仍然肯定,清晰的腦部掃描,對於大腦疾病的預防及診斷將會大有貢獻。那麼,實現這項掃描的技術:磁振造影,到底是什麼呢?

要說明磁振造影的原理,必須先解釋什麼是「核磁共振」。簡單地說,您可以想像一個原子的結構,是在中心有一個很小的原子核,週圍有電子。不同的元素,它的原子核裡,會有不一樣數目的質子與中子,質子與中子數量的總和,稱為「質量數」。一個原子,只要原子核的質量數是奇數,比如是1, 3, 5, 7……的時候,當原子在強力磁場的作用下,原子核外圍電子的「磁矩」的「總向量和」,就會順著磁場方向來排列。這個時候,如果向原子照射適當的電磁波,原子核就會吸收其中的特定波長或能量的電磁波,被激發到比較高的能階,這個過程稱為「核磁共振」。

為了容易理解,我們打個比方,原子核被電磁波激發到高的能階,就像用馬達把水從一樓抽到二樓。原子核會自然從高的能階掉回低的能階,就像水會自然地從二樓流回一樓。而當原子核從高能階掉回低能階的時候,它會放出電磁波,於是就產生了核磁共振的信號,也就是用來做磁振造影的信號。

我們可以用儀器偵測這些信號。比方說,生物體內含有許多水,水分子是由氫原子和氧原子組成的,氫原子的質量數是1,我們就可以使用核磁共振的設備,讓它產生信號,並且偵測。醫學界發現,利用這個方法,不必動手術接觸人體,就可以獲取體內水分子分布的資訊,從而精確繪製人體內部的結構,這就叫做磁振造影。

磁振造影適合用來檢查像人腦這種軟組織,還可以自由選擇掃描的方向、角度,得到立體影像,所使用的低頻電磁波對人體無害。這個技術經過改良,還可以追蹤水分子的移動,麻省理工學院附設醫院伍登醫師發表的研究結果,他們就是透過追蹤水分子移動,描繪出大腦的神經鏈結。在台灣,陽明大學的林清波教授是技術的開創者,並且已經完成許多研究成果。

今天的科學關鍵字,就是

磁振造影 Magnetic resonance imaging(簡稱MRI

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【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-03-03 16:55:00播出
 
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磁振造影(9)MRI(8)
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