淡江大學『化學與生活--化學、醫藥與社會』

核磁共振攝影可協助癌症熱治療

作者：駐美國台北經濟文化代表處科技組　現職：駐美國台北經濟文化代表處科技組

文章來源：自然雜誌(Nature)

發佈時間：97.11.03

依據自然雜誌(Nature)報導，一項新的改良技術讓醫生可以利用核磁共振攝影(magnetic resonance imaging、MRI)，不必使用針頭或是探針就可以量測病人身體內部組織的準確溫度。人體內腫瘤的癌細胞如果經過熱處理，會對放射線治療比較敏感，也會對抗癌藥物比較有反應(van der Zee, J. Ann. Oncol. 13, 1173–1184, 2002). 但是在用熱源治療腫瘤的時候最重要的就是要確保熱只灼熱腫瘤，而不會導致組織過熱而燙傷或是壞死，因此如果能有非侵入性的局部組織體溫測量，而且能夠全面性監測該部位的溫度而非只是幾個點的溫度，是確保熱治療成功與否非常關鍵的技術。現有的核磁共振攝影(MRI)技術只能監測溫度的變化，而無法給出溫度的絕對值。而且如果偵測的目標區內磁場大小不均等的話，也會影響核磁共振攝影的溫度監測，而人體因為每個組織跟器官的構造很不相同，因此磁場也很不一樣，因此大大影響了核磁共振攝影溫度測量的結果。核磁共振攝影(MRI)是使用強磁場(0.15-2.0 Telsa)來讓身體器官組織水分中的氫原子核被沿著磁場磁化，然後用射頻波(radio-frequency pulses、RF pulse)輻射脈衝來持續改變氫原子核在磁場中的指向(alignment)，使得氫原子核產生一個轉動的磁場(rotating magnetic field)，再用儀器來偵測氫原子核產生的磁場。而且可以透過改變外加的磁場，來獲取更多的數據以便建構身體內部器官和組織的電腦影像。核磁共振攝影(MRI)被廣泛用於腦部、腫瘤、胎兒等檢查。美國杜克大學(Duke University in Durham, North Carolina)的研究團隊改良了MRI技術，使得MRI可以用來偵測溫度，比現行所有的非侵入性量溫技術都準確5-10倍，這個發明發表在科學(Science)雜誌(Galiana, G., Branca, R. T., Jenista, E. R. & Warren, W. S. Science 322, 421-424, 2008)。

核磁共振攝影(MRI)偵測組織器官溫度的原理，是依據當組織溫度改變時，水分子震盪的頻率會改變，水分子的射頻(radio frequency)會因此改變，不過這種方法只能量測改變的溫差，沒有辦法測量溫度的絕對值。杜克大學研究團隊是利用MRI的射頻波(radio-frequency pulses、RF pulse)同時測量組織的水分子和脂肪中氫原子的振動，然後再比較兩者共振頻率(resonant frequency)的差異，因為共振頻率的差值和溫度的絕對值有關，因此可以藉此推算出組織的體溫。這個選定的射頻波組合稱為HOT(HOMOGENIZED with Off-resonance Transfer)。通訊作者化學教授Warren S. Warren指出，例如當你發現該組織中水和脂肪的共振頻率差是950 Hz時，那就代表該組織是40.2C。研究者拿活的胖老鼠來做測試，因為胖老鼠體內的脂肪和水的比例跟人類女性乳房很類似。研究者將利用緊貼著老鼠的熱水管來讓老鼠的體溫上升，從28.6C增加到39C。結果新改良的MRI可以準確地量測出老鼠體內溫度的變化。而且透過同時比較水分跟脂肪氫原子的共振頻率，也可以剔除許多因為磁場不均勻產生的背景干擾。其它科學家覺得這是個有趣且實用的發明，不過解析度和精確度可能需要進一步提升才能對癌症等治療更有用。Warren教授指出，這項新技術目前正在進一步修正，半年內將配合一項乳癌的臨床熱治療試驗進行治療追蹤和偵測，未來這項技術相信可以對癌症治療更有助益。