零游離輻射 安全性高 磁振造影帶動醫學進展

諮詢╱郭萬祐（台北榮民總醫院放射線部主任、陽明交通大學醫學院教授）
撰稿╱黃靜宜

磁振造影的出現，最早可追溯到1930年代，美國物理學家伊西多．拉比（Isidor Isaac Rabi, 1898-1988）發現並創造了「核磁共振」（nuclear magnetic resonance，NMR）此一名詞及現象，他也因此獲得了1944年的諾貝爾物理學獎。他發現在磁場中，原子核會沿磁場方向呈正向或反向，有秩序地平行排列；而給予無線電波之後，原子核的自旋方向會發生翻轉。這是首次的發現。

 

多位科學家接力 發展出磁振造影

後來又有許多科學家針對此一物理現象進行相關研究；而將核磁共振應用在醫療上的臨門一腳，則是1973年美國化學家保羅．勞特伯（Paul Lauterbur）提出的核磁共振現象的平面成像技術，與1977年英國科學家彼得．曼斯菲爾德（Peter Mansfield）運用前項研究發展的梯度磁場理論。他們兩位的突破，使原子共振的差異能夠更精確地轉化為視覺可見的影像，成為現今磁振造影發展的基礎，兩位科學家也因此在2003年獲頒諾貝爾生醫獎。

事實上，歷年來的諾貝爾獎得主，至少有6位的成就都與核磁共振或磁振造影有關，所以磁振造影的發明難以歸功於單一科學家，而是許多科學家前仆後繼、再接再厲、一棒接一棒的成果。

磁振造影如何用來檢查人體？

人體有70%是水，也因此人體內有許多帶有正電的氫原子核，這些氫原子核就像一個個小磁鐵一樣，在自然情況下是凌亂的排列，如果在強大的磁場下，這些氫原子核就會跟著磁場做有秩序的排列。

科學家又發現，如果用電磁波照射，使之共振，然後分析所釋放的電磁波，由於不同的組織會產生不同的電磁波訊號，經電腦處理，就可得知構成這一物體的原子核的位置和種類，據此繪製成物體內部的精確立體圖像。

因人體各種組織與器官的氫原子數不同，如果有腫瘤等病灶，其氫原子分布也與正常組織有所不同，藉由MRI取得人體結構影像後，醫師即可據此做出診斷。

在實際操作上，針對民眾欲檢查的特定部位（如腹部或頭部等），工作人員會於該部位包覆一組線圈，當機器給予人體電磁波時，人體氫原子核會試著跟大磁場方向背道而馳，之後會把剛剛接收到的能量釋放出去，這組線圈就是用來吸收這個人體釋放的能量；電腦接收到這些訊號後，進行收集、運算，最後呈現影像。

磁振造影的結構

目前常用的MRI是採用低溫超導技術來產生巨大磁場。其原理是，在儀器宛如甜甜圈的結構內有一特殊可產生強力磁場的主線圈（Main Magnetic Coils）及以同心圓方式排列在主線圈內的勻磁線圈（Shim Coils）及梯度線圈（Gradient Coils），主線圈通電後就會產生磁場。然而，線圈充電會產生熱量，會有電阻，磁場無法拉高。為了產生強力磁場，科學家們於是把線圈浸泡在液態氦的環境裡（攝氏-269度），在如此低溫下，通電後的線圈不會產生熱及電阻，因此可以把電流拉到很高而產生強力磁場，這就是所謂低溫超導線圈的技術。

MRI的磁場究竟有多強？不同機型有不同的磁場強度，磁場愈強，影像的解析度就愈好。常用的是1.5 T及3T（Tesla, T, 特斯拉）的MRI。特斯拉和高斯（Gauss, G）都是歷史上著名物理學家的名字，也是磁場強度的單位，1特斯拉等於1萬高斯。若以地球背景磁場約0.5高斯來看，1.5特斯拉的MRI，其主線圈中心磁場的強度等於是地球的3萬倍之多！也因此，若MRI儀器周遭有金屬或磁性物質，一下子就會被吸過去，就連一支遠在3英呎外的扳手，也會立即被吸入。

另有一種MRI產生磁場的方式是使用永久性磁鐵，因磁鐵很重、體積又大，這種MRI磁力頂多0.5T（但也相當於地球磁場的一萬倍）。永久性磁鐵所產生的磁場不像低溫超導磁鐵那麼強，影像解析度也相對遜色，所以可能慢慢會被低溫超導淘汰。

 

►磁振造影室外貼有警示標誌

磁性強大 金屬物質需清空

採用低溫超導線圈技術的MRI，其線圈會浸泡在液態氦裡，只要接上電流，通電後就會產生磁場，這個過程叫充磁或立磁。MRI建立磁性之後，不管有沒有開機運轉，任何時間磁場都在，所以周遭不能有金屬或磁性物質，千萬不要以爲機器在待機狀態或沒做檢查時就沒有磁力。人員或設備若沒有清空金屬或磁性物質就進入檢查室，就可能發生意外。也因此，MRI儀器裝機過程中，只要完成充磁或立磁的步驟後，掃描室門上就會貼有強力磁場環境的警示標誌。

例如某國外媒體於2021年10月17日報導，一名60多歲的先生在醫院接受磁振造影檢查時，攝影室內一個金屬氣瓶疑似沒有固定好，被MRI儀器產生的強大磁力吸引，重砸到他胸口上，因傷勢過重不治死亡。

在網路搜尋引擎上鍵入磁振造影或MRI關鍵字，也可以看到許多意外案例，包括椅子、病床、輪椅等，被強大的磁場吸入，除了損害儀器，還會導致傷亡。前述媒體報導的意外案例，重點其實不在於金屬製氧氣瓶沒有固定好，而是根本就不該將此氣瓶放在檢查室內。

國內也曾經發生一起意外。一位病人做完動脈穿刺 X光血管攝影檢查後，以沙袋壓住傷口止血，緊接著去做MRI檢查；結果這位病人一進MRI檢查室，沙袋就脫離病人身上騰空飛起，被吸進MRI隧道裡，原來沙袋內裝的是鐵沙！還好沙袋包覆堅固完整，經數位在MRI室工作的人員全力合作，硬把沙袋拔下來，否則若沙袋破裂，裡面的鐵沙四處散佈緊貼在MRI儀器上，後果真是不敢想像！倘若不幸真的發生這種意外，為了收拾殘局，只得將MRI重新接上高電流充電機器，把電流導掉，讓磁性消失，鐵沙就自動掉落下來了。之後再將檢查室清理好，接上電流，重新立磁，才能重啟機器磁振檢查的功能。

由此可知，MRI檢查本身安全性很高，但切勿讓磁鐵可吸附的金屬物質靠近，以免引發意外。

 

磁振造影解析度高

磁振造影可運用於全身器官的檢查，尤其對人體軟組織有極佳的辨識力，對於腦部、肌肉、關節、韌帶等構造具有比任何醫學影像設備更高的辨識度。它的對比解析度很高，且因為不具游離輻射性，用於生殖系統、膀胱等器官的診斷上也不用擔心。在檢查腦部檢查尤其具有優勢，能夠完整檢查腦部組織及顱內血管的結構，包括腦部腫瘤、腦血管異常（如動脈瘤、動靜脈畸形等）以及腦中風等。

不過，若與核醫（正子攝影）檢查比較，MRI可以清楚呈現腫瘤的解剖位置與它和鄰近器官的相關，但腫瘤細胞本身的惡性度及組織的代謝狀況，MRI無法像正子檢查那般清楚且直接呈現，也就是MRI對於病灶「功能性」方面所能提供的訊息比正子攝影少，但是可清楚提供病灶的解剖資訊。由於不同檢查各有長處，如果要得到最完整的訊息，有時就需結合兩者。

功能性磁振造影檢查 有助腦功能評估

MRI能夠看到病灶解剖位置，又稱為結構性磁振造影，後來又發展出功能性磁振造影（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI），這是一種神經影像學技術，是利用磁振造影來測量腦部神經元活動所引發之血液動力的改變，以偵測大腦的活動、認知與功能，自1990年代起成為很重要的研究工具；科學家用來探索睡眠、失智症、成癮現象等，使大腦認知功能研究有極大的突破。

臨床應用上，對於某些在結構性磁振造影影像上顯示為正常，但明顯腦功能異常的患者，可考慮安排功能性腦部影像檢查，以利手術與治療的評估。例如少數難治型癲癇患者、阿茲海默症、多發性硬化症、思覺失調症、憂鬱症等，亦有應用fMRI做早期診斷的相關研究。

檢查時需克服幽閉恐懼及噪音不適

大部分的MRI儀器是隧道型，有些人有空間幽閉恐懼症，一躺進狹窄的檢查艙裡就渾身不舒服，無法在機器隧道內久留到完成此一檢查。而以永久性磁鐵產生磁場的低磁場MRI儀器的檢查艙是Ｃ字型，有開口，比較不會有壓迫感，不過此機型磁場僅有0.5T，有時可能無法符合檢查所需。

除了處在狹窄空間內會讓有些人難以忍受，檢查時發出的巨大噪音也會讓人感到不適，這是機器對人體發出電磁波的聲音。有些儀器已經有降噪功能，也會讓受檢者戴上耳塞等，但噪音還是無法降到零，只能盡量放鬆、忍耐。

接受MRI檢查一般不需打顯影劑，但若為了加強偵測腫瘤或微小病灶可能需要注射含釓（Gd）的錯合物「對比劑」。一般而言對腎功能正常的人，注射此含釓（Gd）對比劑是相當安全的，絕大多數無任何特殊感覺或不適，極少數受檢者（約萬分之一）可能會有輕微的藥物反應現象，例如：打噴嚏、噁心、嘔吐或蕁麻疹等。

此外，因檢查重點部位不同，受檢者需配合的事項也不太一樣。例如若是針對腹部檢查，需空腹至少4小時；為了讓影像清晰，要配合吸氣閉氣等。不過儀器推陳出新，目前也有檢查時可以自由呼吸的腹部磁振造影儀器，因取像速度很快，所以呼吸不會有妨礙。

一台MRI體積龐大，造價昂貴，所以醫院採購後，一般都希望可以進行全身各部位的檢查，較具效益，但為了特殊檢查所需，現在也有更簡便輕巧的機型問世，例如專做頭部或腳部等特定器官的移動式MRI，因為這樣的MRI磁場不用太高，可以減輕體積及重量，又較具機動性。

事實上，磁振造影的技術仍不斷在發展中，應用的範圍也愈來愈廣，相信未來還會有更先進的儀器或更多附加功能問世，破解更多「人體密碼」，造福大眾。

 

磁振造影檢查注意事項
◎體內有心律調節器、人工心臟瓣膜或任何人工金屬置入物，如血管支架、人工關節或人工耳等，不適合受檢；若需受檢，務必與醫師討論。
◎進入檢查室前務必清空身上的金屬及磁性物質。
◎檢查當日不要化妝，以免化妝品內含微量金屬影響影像品質。
◎身上有刺青者，因刺青也可能含微量金屬，檢查時可能會生假影，影響影像判讀。