※ [本文轉錄自 NTU-Karate 看板] 作者: precession (little-boy) 看板: NTU-Karate 標題: 轉貼文章--多麼強烈的對比! 時間: Fri Mar 19 10:36:16 2004 多麼強烈的對比! 近年來科學界對X光所達到的嶄新境界 2004.3.14　中國時報 胡宇光（中研院物理所研究員） 最近一期國際權威的科學期刊《自然》（Nature）上有一篇簡短的報導， 標題是「What a contrast!」， 可直譯為「多麼強烈的對比!」， 該文所報導的不是事物的矛盾現象或對比， 而是關於最近幾年科學界對X光的使用所達到的嶄新境界。 這個X光成像的革命，最重要的部分是影像對比機制的更新， 也就是所謂的相對比(phase contrast)的使用。 從X光，到相對比X光 世界上大多數的物質，幾乎都是不透明的。因此，對人的視覺而言，我們 所看到的世界，多半只是事物的表面或表象，也就是二度空間的。但是其實生 命構成的基本結構如胺基酸、蛋白質，直到細胞、組織及器官，都是三度空間 的。如果我們不能透視進去，那麼我們對生命現象的了解，就只能得到片面的 訊息。 觀察深藏於生命內部結構的透視方法，目前為止最被普遍使用的探測源仍 非X光莫屬。X光自一百多年前由Rontgen發現以來，就被用來探索人類肉眼見 不到的神祕內部世界。醫生用來檢查動物體內組織結構的正常與否，保安人員 用來檢查包裝內部是否有危險物品，都是常見的例子。這些應用共通的特點， 就是既要能透視內部，又不損傷物體，這也是X光有別於其他大多數「內視」 觀測技術之處。但以傳統方式利用X光透視，其解析度相當有限。例如在用X光 照相做乳癌篩選時，其所能檢視出的腫瘤大小尺寸越小(越早發現)，可治癒的 機率越高。新的X光成像技術，已較目前醫院用的設備提高數十倍以上，只不過 要使用較佳的X光光源以及較精密的顯微成像設備。 傳統X光成像一直是以物質吸收係數的不同，作為成像的對比基礎。而相對 比X光成像(phase contrast radiology)顯微術，則進一步利用物體對X光的折 射率差異，針對物體的邊緣來加強成像的對比。過去這種成像方式之所以未受 重視，最主要的原因是缺乏合適的高品質光源。一般傳統的X光源缺乏造成干涉 現象所需的光源相干性，但新世代同步輻射光源的發展，已能大幅提高光源亮 度及相干性。於是，研究者乃能使用具有足夠相干性的X光光源，進行相對比成 像的分析與應用。 利用基本光學原理，我們發現絕大部分的邊緣對比強化現象，其成因不是 繞射，卻可以由光束穿過不同折射率物質邊界時的折射現象來解釋。而且由邊 緣折射現象所產生的對比強化，其所需的光源條件比繞射更低--幾乎所有同步 輻射光源皆「合格」而可進行此項應用。 此外，因為對相干性的低度要求，相對比X光成像可使用多色光觀察。這個 特性對使用同步輻射光源特別有利，因為同步輻射光源本身就是屬於多色光。 由於用分光器來選取單色光會大幅降低X光的亮度約一百至一千倍，因此使用多 色光的X光成像技術，遂直接帶來了百倍以上的效益。 台灣、韓國、瑞士團隊建功 前述相對比顯微技術的發展，可歸功於台灣、韓國以及瑞士三地所組成的 研究團隊。這個團隊一方面快速將此顯微技術發展至簡易可行的境界，同時也 與中鋼公司、大同工學院等其他國內外研究單位合作，進一步拓展應用此項技 術於不同的研究領域。相關的研究成果，除已在2002年5月於《自然》雜誌上發 表研究成果外，上星期出版的《自然》雜誌也再度對此項技術在血管造影方面 的貢獻，主動作了相當的報導。 應用優點1.：直接觀察物體內部微小的深層結構 應用簡化的成像機制，再配合同步輻射X光源，除了可大幅提昇X光照相的 解析度外，同時並縮短了取像所需的曝光時間。擷取速度的提升不只是單純的 節省了實驗的時間而已，更重要的是它開啟了許多前所未見、匪夷所思的研究 可能性。由於相對比X光成像可以在極短的曝光時間下(千分之ㄧ秒內)，取得 解析度遠比傳統X光照相高出數千倍的動態影像，故可用以直接觀察物體內部 微小的深層結構。 例如，我們目前成功取得活體細胞三度空間的活動影像、以及幾近即時顯 微斷層重建等，這些都是熟悉X光功能的專家所無法想像的應用。此外，利用 顯微技術透視電鍍槽，也可直接觀察電鍍時鍍膜中微小缺陷的形成過程，發現 針狀的金屬鋅竟然可以在看似不導電的氫氣氣泡表面上成長，而形成鍍層微觀 缺陷。 應用優點2.：高診療準確度、大幅降低輻射劑量 除了提供材料科學研究一個高速、高解析度非破壞性的顯微工具外，相對 比X光顯微技術還有更廣泛的用途。譬如在醫療上，高解析度和高成像對比可以 提前檢測出初期腫瘤及其伴隨的組織變化，以達到高診療準確度及時效性。同 時，這個技術也可大幅降低X光照相和斷層掃描的輻射劑量，這點也是使用同步 輻射光源進行醫療用乳房診斷攝影的主要依據。 應用優點3.：不需注射顯像劑 利用相對比的即時高解析度X光顯微成像技術，我們也證實了優越的相對比 可以直接觀察到動物體內的血管及微血管，而創造了不需顯像劑(contrast agent) 的血管造影術。顯像劑的注射是心臟血管造影術造成病患死亡的最主要原因， 如能避免使用，將可有效降低致命率及病患接受手術時的痛苦。對細微血管的 直接觀察，也對腫瘤診斷、阻截(其形成時會伴隨大量微血管滋生)等醫學研究， 有相當的助益。 在未來幾年間，預期此項研究的重點將在於繼續提高顯微影像的解析度、及 取像的速度。利用尖端的微結構製造方式，製造出具有高解析度以及聚焦放大等 功能的X光透鏡，而可望將X光顯微技術的解析度，再提高十倍以上，達到可直接 觀察奈米結構的程度。將來，配合高速的取像及X光優異的透視功能，可使X光顯 微術進入奈米科技及微觀動態的世界。 -- 曾經滄海難為水 除卻巫山不是雲 取次花叢懶回顧 半緣修道半緣君 --

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 139.223.28.55 --

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 139.223.28.55