用氢认识人体——磁共振造影（MRI） 想透视人体又不造成伤害，清晰度高且不使用放射线的磁共振造影是最佳利器。只要几张 影像配合内科问诊以及其他生理检查，医生很快就能找出异常之处，确定病因。 文／杨嘉慧、徐英豪 审稿／台湾大学电机系教授　锺孝文 　由於科技的进展，现在医生为病人进行检查时，只要透过一部机器，在人体外加磁场， 记录磁场对体内氢原子造成的影响，就能诊断病人，这就是磁共振造影（MRI）的基础概 念。由於人体的组成元素中，总数最多的是氢原子，包括脂肪、蛋白质以及在人体内占了 70%的水都含有氢原子，因此，如果把体内原子想像成驻守在身体各处的情报员，那麽氢 原子提供的信号，例如氢的分布密度等，绝对多过碳、磷、钠等原子。磁共振造影仪便是 一种专门用来激发、侦测单一种原子核讯号的仪器，医疗应用时都是侦测氢原子，原因就 在於人体内氢原子数量多，提供的讯号强，杂讯干扰相对较少，以致得到的影像比较清晰 ，具参考价值。 　　MRI如何激发、侦测氢原子呢？氢原子核是单一质子，它会自旋，即如同自转般的运 动。由於质子带正电，它的自旋会产生磁场（电磁效应），使得每个质子都像个小磁铁一 样（见下图左）。小磁铁的旋转方向与速度会受到附近的强大磁场影响，而磁共振造影仪 就是利用了这项特性。 质子立正站好！ 　台湾大学电机系教授锺孝文指出，磁共振造影首先要让人体带有微弱的磁性，再来是让 质子运动，并接收质子运动所产生的讯号，在此同时也需要将讯号产生的空间位置做编码 ，来形成影像。 　进行磁共振造影时，受测者会被送进中间中空的MRI里，接着人体会被磁化成带微量磁 性的个体。 MRI可看做一个巨大的磁铁，里头有以超导体无电阻线圈环绕而成的回路，产 生大小约地球磁场三万倍的超强「主磁场」，使受测者体内排列不规则的氢原子核将磁轴 转向与主磁场呈近似水平的方向排列，有的与主磁场同向，有的反向（见上图右）。锺孝 文表示，根据统计力学的研究，同向排列会比反向排列多，但每100 万个氢原子中，同向 只比反向多5~6个，因此人体不会因为质子规则排列而变成强大磁铁。 质子运动泄天机 　接下来就要利用19世纪物理学家法拉第观测到的「磁生电」现象侦测氢原子。法拉第发 现，当磁铁通过一个封闭金属线圈时，线圈上会产生感应电流，如果MRI让氢原子核这个 小磁铁运动，外界的封闭线圈就会产生感应电流，进而侦测到氢原子的讯号。 　MRI内有一射频发射器（radiofrequency, RF），负责提供磁力让质子运动。射频发射 器是以交流电制造出旋转磁场，磁力方向不断改变，但始终与主磁场垂直，经由激发质子 ，会出现旋进运动（见右图），即质子自转轴又绕着另一轴旋转。掌握质子的运动轨迹後 ，只要在外界置放感应线圈，就可以由感应电流侦测到氢原子。 　经过射频发射器激发之後，每个氢原子的旋转频率都与主磁场成正比，主磁场强度固定 ，因此可加一个和主磁场方向平行但磁场大小随位置改变的梯度磁场，就可让每一个氢原 子核所造成的感应电流随位置改变，并侦测出是哪个位置的氢原子所造成的感应电流。一 般而言，通常是将人体分成许多切面，接收该切面的讯号後，再运用电脑做空间位置的解 码计算，就可绘出切面上的氢原子分布图。MRI的三维图像，便是由很多张切面图像所构 成，当二维影像看不清楚时，如检测较细微的血管，就可以使用三维影像来呈现。 质子图像找病灶 　目前磁共振造影主要用来诊断软组织病变，在脑神经系统与脊椎病变方面具有独特的诊 断优势，其他如心血管疾病、骨骼肌肉系统、癌症筛检等也都有实际的临床应用价值。医 生拿到影像时，会与正常影像做比对，观察氢原子的分布是否异常。更广泛使用的方式是 ，将氢原子受周围组织特性影响的MRI参数显示在影像中，如果体内出现不寻常的物质， 干扰氢原子的讯号，导致影像变暗或变亮，便可得知病灶的位置与大小，甚至进一步根据 讯号大小判断病灶特性。例如当体内组织出现水肿，导致液体大量蓄积、氢原子数变多， 反应水分子运动情形的图像就会出现异常强的亮信号；又如颅内出血时，会有一些铁离子 聚集该处，铁离子本身具有磁性，会干扰此部份的磁场，造成磁场分布不均，因此反应局 部磁场均匀度的影像也会出现局部黑点。经由磁共振造影图像，配合内科的问诊以及其他 生理检查，医生就可进一步确定病因。 　病患可能也会担心，身体被磁化後，不会影响生理吗？其实只要一离开仪器，那些排列 规则的氢原子核就会因为外在温度，马上恢复零乱的排列状态，所以对人体并不会产生负 面影响。由於磁共振造影不具侵入性，又能快速取得清晰影像，因此它的接受度相当高， 未来应用范围也会越来越广。 MRI的应用与限制 　新光医院磁共振造影中心主任蔡裕丰表示，人体绝大部份都是软组织，因此无论是脑神 经病变、全身癌症，或心血管疾病等，几乎都可以使用MRI检测。MRI对於脑神经系统及脊 髓病变的灵敏度极高，能辨别很小的异常处，尤其对於脑部原发性或转移性肿瘤、中枢神 经感染疾病及退化性白质病变等，都有很高的检出率。 　除了侦测病变，MRI对於功能性的检查也有帮助，可在脑瘤切除前，先评估术後是否会 影响身体的其他功能，甚至可做为冠状动脉狭窄病患癒後追踪。许多国内研究单位更以 fMRI（功能性磁共振造影）观察人类在进行认知作业时的脑部活动，通常是给予受试者不 同的刺激，再以fMRI扫描观察，当不同刺激出现时，脑部神经活动产生的局部血流量变化 为何，进而研究脑部哪些区域负责哪些功能。 　除此之外，MRI也可以应用在农产品、畜产等方面的筛检，例如可扫瞄稻米中淀粉与水 份的分布比例、水果中的含水量等，了解农产品中的含水量，依此进行农产品的研究与改 良。 MRI虽然应用广泛，但仍有限制。人体内若有金属物质，可能形成假讯号，造成磁场分布 不均匀，或是干扰体内仪器运作，所以装有心律调整器、人工金属关节、接受脑血管动脉 瘤结紮，以及脑部留有血管夹、助听器、电子神经刺激器和体内装置各类电击传导器者， 都不适合以MRI进行诊断；而且MRI对钙化不敏感，对病人身体移动则很敏感，容易产生伪 影，因此躁动者、幽闭恐惧症者也都不适用受检。此外，意识不清、重症者需特别照护， 小孩、怀孕妇女则需在MRI专业医师建议下谨慎进行，而由於MRI会造成体温微幅上升，所 以体温调节不良者、高烧、婴儿和老人等，检查时也需要特别注意体温的变化。 -- 本文不含图解 详细请参阅 http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?FDocNo=1210&CL=73 --

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