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談二○○三年諾貝爾生理及醫學獎

☉許英昌、鄭慧正 

  長久以來,人類一直在尋找一種最安全且最精確的醫學影像,以清楚顯現人體內部的組織與器官,達到偵測疾病的目的。這樣的夢想終於實現,核磁共振影像(MRI)至二○○二年,全球已有二萬二千部核磁共振影像儀(MRI),每年有超過六千萬人次受惠於此項檢查。二○○三年諾貝爾生理及醫學獎頒給美國伊利諾大學勞特柏(Paul Lauterbur)博士及英國諾丁罕大學曼斯菲德(Peter Mansfield)博士,肯定兩位學者於研發核磁共振影像上傑出的貢獻。

  自一九五二年來,核磁共振(NMR)已三次獲得諾貝爾獎(包括一九五二年物理獎和一九九一年及二○○二年化學獎),今年是核磁共振第四次再獲諾貝爾評審委員會的肯定。一九七○年代,MRI尚未問世前,醫生仰賴X光檢查器官及組織,但X光有輻射傷害。核磁共振影像完全無輻射且非侵入性,諾貝爾評審委員會譽為「超越其他醫學影像」。此研究成果應用於臨床診斷及醫學研究上,有助於腦部、脊髓等器官的檢查及癌症診斷,提供醫學界一安全且快速無痛的診斷方式。

  勞氏於一九六二年獲匹茲堡大學化學博士。一九六九年於紐約州立大學石溪分校時,開始利用核磁共振儀(NMR)研究分子結構,發現將原子置於磁場中,核內的原子,如氫,表現有如一磁鐵,排列方向和磁場方向吻合,當瞬間發射無線電波後,將干擾核內的排列,然而電波一旦瞬間關閉後,原子迅速回復到原來排列方式,同時也將釋放出一可偵測的電磁波,即核磁共振的訊息,訊息經由電腦搜集後,可了解分子內原子所在位置的結構。一九七三年,他首先發現將受測物質予以梯度磁場(gradient field),能偵測出物體內部的二次元影像,重點在於磁場強度的大小決定原子核吸收及釋放不同頻率的波長,他利用此技術,檢測將一含重水的毛細管置於含一般水中的燒杯中,磁場逐一移動,產生一組影像,並將此結果投稿「自然」雜誌,先被退稿,經解釋後再被接受,刊登於一九七三年的「自然」雜誌上。一開始,勞氏相信可利用此技術做活體上檢測,但進度仍相當緩慢。

  另一方面,曼氏於一九六三年獲倫敦大學物理博士後,有兩個重要成就:第一、在磁場中,給予特殊頻率的無線電波後,可顯現出物理二次元的結構。第二、他利用技術及數學計算方式,發展回波平面影像(EPI),每秒可掃描數十張影像。曼氏的成果,使醫學研究人員能觀察快速運動的心臟。在功能性MRI的應用上,更能使醫生了解腦部血流情形。兩人的研究成果,加速核磁共振影像的研發應用。

  核磁共振影像有助於醫生檢查大腦及脊髓等疾病,大部份腦部病變皆導致組織內水份含量的改變。只要水含量改變超過百分之一,即可偵測出病變所在。以多發性硬化症為例,核磁影像可偵測出神經系統中何處發炎、其嚴重性及治療結果。在癌症檢測、治療方式的選擇及預後觀察上,有其卓越功能,最重要的莫過於提供一減少病人疼痛的檢查方式。

  總而言之,兩位學者的研究成果,成功地應用高科技於醫療用途上,提供醫學界更新的資訊於診斷及治療上,增加治癒的成功率並減少病人的疼痛。科學是許多經驗的累積,從X光、電腦斷層、核磁共振影像到PET掃描,皆有其特殊的應用成果。基礎醫學研究並非僅侷限於DNA或蛋白質或細胞上,而是多方面智慧經驗的嘗試與整合。今年諾貝爾獎強調基礎研究於醫學診斷上的應用,有其特殊意義。勞氏、曼氏歷經三十年的努力,造福世人無數,獲此殊榮,可謂實至名歸。

  (作者許英昌╱英騰生物科技公司、國防大學醫學院兼任副教授;鄭慧正╱台北榮總榮科醫學影像中心主治醫師、陽明大學放射線科兼任副教授)

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