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文/陳志宏
(台大醫工所所長、台大電機系教授、台大跨院際磁共振實驗室主任
《2003諾貝爾獎系列•醫學之旅》   MRI的美麗新境界
2003.11.16 中國時報

曼斯菲爾德的貢獻

最先提出線性梯度之外,曼斯菲爾德所在的諾丁罕大學,在MRI 上亦有長期而重要之貢獻。現今使用的超快速成像方法迴波平面成像(Echo Planar Imaging, EPI),乃由曼斯菲爾德於1977年提出。此一理論整整領先科技達20年,直至90年代末,工業科技才有能力將其構想呈現出來。在梯度技術方面,曼斯菲爾德於1986年提出主動遮蔽梯度系統,可說是現在MRI能夠快速而準確測量許多物理參數之重要基石。其他如應用在三度成像之迴波立體成像(Echo Volumar Imag ing, 1989)及無噪音之MRI系統,至今均仍走在現代科技的前端;其在諾丁罕的實驗室與另一個亞伯汀大學的實驗室,亦可說是全球MRI 產業人才的搖籃與進步動力。

MRI的應用

MRI自勞特布爾發表第一篇的論文後,歷經另一個十年的軟硬體發展期,於1980年初方才有臨床之儀器上市。直至今日,MRI仍在快速的蛻變中,硬體不斷創新、功能不斷增加。整個MRI領域絲毫未見任何發展之遲滯。簡單說來,MR之應用由早期1980年代之T1、T2及密度影像開始,發展至1986年左右之流場分布影像,研究者可以在不注射顯影劑下,將身體內部的血液流速場V(X, Y, Z, t)顯示出來。同時為配合醫生的診斷,亦發展出MR之血管攝影。

1987~1989年,為縮短病人之檢查時間,MRI在於軟硬體方面均有長足的改進,一方面使用快速成像方式,一方面也從事如前所述更精確之梯度波形儀器設計。其同時之研究則以擴散係數(Diffusion Coefficient)影像之應用為最,得以藉此從事腦中風之早期診斷。此外,MR溫度影像亦同時發展,今天醫師已可以在熱治療中觀察病人之即時溫度影像,以觀測組織之加熱治療效果。

1990年後,MR又進入了一個新的紀元,總的來說,由靜態進入動態,由解剖進入功能;成像不斷加速,內容不斷功能化。1990年開始的功能性影像(fMRI)將MRI的影響,由醫學帶入認知科學界,全球由1995年開始進入fMRI之熱潮。直至今日,MRI的就業市場一直處於居高不下的人才需求狀態。超快速的影像儀使用曼斯菲爾德在1977年所提出的EPI方法,將成像時間大幅縮短,連跳動中的心臟及位於其上之冠狀動脈,都得以在1995年之後直接呈現出來,MRI幾乎已成為醫學影像中之透視V8攝影機。

一方面,結合NMR分析光譜與MRI成像於一體之光譜MRI(Spectroscopic MRI)也大幅提昇MRI之功能面,得以在人體上直接觀察到特定組織的生化反應及異常組織的範圍。其他如MR彈性影像、MR壓力影像、MR電流場之影像,均正在發展中。即時監測之手術用影像系統(MR Intervention)亦開始使用,其影像本身不但使用在手術前的計畫,更直接應用在手術中,以得到即時之反饋。如此之手術,傷口更小,癒合亦快,住院時間也跟著縮短,加上其手術成功率高,業已成為未來手術房之新面貌。

著基因體的發展,21世紀的MRI已進入一個嶄新的紀元。生醫分子影像得以在活體上直接觀測到特定的基因表現與蛋白質表現;新的多通道成像MRI(Multi-channel Parallel Imaging)將再向下縮短既有的成像時間;生醫分子影像對空間解析度、時間解析度及信號雜訊比的需求,預期將使MRI在可見的未來內,產生劃時代的改變;除了醫用MRI系統將不斷成長,配合生技製藥使用的小型MRI系統亦將不斷推陳出新,朝微米級、微機電、及可攜帶式之MRI來發展。

對國內研究的期許

析國內三大MR研究中心,榮總以大腦科學為主;台大以創新科技為主軸,未來將與台大醫院加強臨床研究;而中研院生醫所則以生技為其特色。這三大研究中心各有其發展重點,唯規模均小,且缺乏完整架構,目前雖已於特定領域領先,但很難與國外之大中心做全面競爭。我們最近與國外相關學者接觸,一方面感受到國外著名實驗室對我們成果的高度興趣與肯定,一方面也為國內如何繼續更上一層樓而思索。

人的一念之間,造就了MRI之美麗新境界。如何為後人創造更好之環境,實為我們今天之當務之急。

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