露骨 醫學造影檔案 儀器系統組 博一 李隆財

Outline 電腦斷層攝影 ( CT , Computerized Tomography ) 磁振造影 ( MRI , Magnetic Resonance Imaging ) 正子放射斷層掃瞄攝影 ( PET ) ( Positron Emission Tomography ) 超音波 ( Ultrasonic ) 造影科技的優、缺點以及用途 Reference

完美的切面-電腦斷層攝影 Tomography一字即代表斷層或切片圖的意義 ，在傳統放射診斷中，早已被用來描述各種 剖面影像。 Computerized Tomography是指以電腦資訊重 建的方式，所建立的物體剖面圖，簡稱為CT。 CT是最早發明可以真正直接看到人體 內部的儀器，也是最重要的儀器。 現在的醫院都配置一台CT，尤其急診 室。因為只有靠CT才能看到頭部外傷 的患者有無顱內出血，中風患者是出 血性或梗塞性中風。

CT技術的先鋒(1) 1.布瑞思威爾(Bracewell)於1956年發表論文， 利用傅立葉轉換將一連串資料重建成二維 影像，以繪製太陽黑子位置。 2.歐登道夫(Oldendort)1958年建立一部不需要 電腦的電腦斷層掃瞄儀模型。以後向投影 技術(Backproject)重建二維空間影像方式。 3.柯馬克(Cormack)於1963年用電腦將實驗性的掃瞄儀資料，重 建影像並發表結果。線積分問題-以數學方法測量人體非均 勻組織對X射線的吸收能力。 4.庫爾(Kuhl)於1966年發表論文公布第一張胸部穿透影像。這 是有史以來第一張發射放射線穿越活體，到達對邊的偵測 器，所得到的體內切面影像。

CT技術的先鋒(2) 合起來，做出第一台商業CT掃瞄器。1971年10月1日 安布洛思跟郝殷斯費終於掃瞄了第一位女性病人， 5.英國的郝殷斯費(Hounsfield)真正把理論和應用結 合起來，做出第一台商業CT掃瞄器。1971年10月1日 安布洛思跟郝殷斯費終於掃瞄了第一位女性病人， 影像顯示顱內長一個腫瘤，而且隨後由手術證實。 這次掃瞄總共發了15小時才完成。 6.1972年科藝百代公司(EMI)在美國展示第一部CT掃瞄 儀，造成轟動。當時EMI的資金主要來自於披頭四唱 片的熱賣，結果，披頭四的成功，加上EMI的研究補 助，再加上一名工程師的天才，終於有了CT的發明 ，也扭轉了醫學的風貌。 7.CT發明人郝殷斯費及柯馬克獲得1979年諾貝爾生理 醫學獎。

CT掃瞄系統(1) 第一代掃瞄系統 是一種單偵測、平移旋轉的掃瞄系統 ，每次平移獲取一路徑資訊，每次旋轉 則獲取一角度資訊。 第二代掃瞄系統 平板上擁有許多個偵測器，就X光源 與平板距離而言，除了正對X光源的偵 測器外，其餘各偵測器分別與X光源有 不同夾角。因此系統每平移掃瞄一次， 等於同時獲取了許多角度的資訊。

CT掃瞄系統(2) 第三代掃瞄系統 第四代CT掃瞄方式 以凹形面的偵測器排列，代替了平板式的 偵測器，因此第三代CT掃瞄不再有平移的操 作；每次曝光便獲取多路徑的資訊，而每次 旋轉則獲取一角度的資訊。 第四代CT掃瞄方式 呈環狀排列的偵測器，不再隨X光源旋轉 ；其掃瞄方式與第三代極為相似，但對資訊 的處理卻大異其趣。每次曝光時，藉著改變 接收X光之偵測器的數量，第四代CT可以決 定每次究竟同時收集幾個角度的訊息，使系 統發揮最大功效。

CT掃瞄系統(3) 第五代CT掃瞄方式 1989年螺旋CT登場，原本CT掃瞄診斷時間在30分鐘 與第四代CT 相似，但X光源被置於偵測 器的外環；而且為了加快掃瞄速度，採用 多管X光源，依序以不同位置之X光對剖面 曝光，以取代旋轉功能。系統掃瞄速度因而 大大提升，足以掃瞄心跳等動態的剖面圖。 1989年螺旋CT登場，原本CT掃瞄診斷時間在30分鐘 到1小時之間，但螺旋CT掃瞄則把時間縮減為5至10 分鐘。在急診室裏，甚至只需要 20秒鐘。它的主要 優點是速度快，但鑑別率較差。

微妙的切面-磁振造影 MRI是目前製作醫學影像的 儀器中，最昂貴而且影像最 清晰的檢查工具。 CT是靠X射線取得影像，但 MRI的前身是核磁共振(NMR) ，是化學家用來分析化學成 分的工具。

核磁共振(NMR) 1952年美國的兩位物理學家薄賽爾及布洛赫因，計算出大量物 質的NMR的方法，獲得諾貝爾物理獎。 他們發現，帶奇數個質子或中子的原子核，一旦暴露在強大磁 場下，就會自我排列，如果給一個射頻(它的共振頻率)開啟交 流磁感應，則原子內的中子就會與之共振。 當磁場一改變，質子就會製造出交流磁信號，傳給接收器。信 號一關閉，質子便會鬆弛下來，回復到原本狀態。 NMR可以記錄兩種信號：T1及T2。T1是外磁場方向分量的鬆弛 時間，T2則是與該磁場垂直分量的鬆弛時間。T2永遠不會大過 T1。點到點之間的T1和T2差，可以顯示鄰近組織間的細微差異 。這就是NMR實驗一向所製造的基本數據。

MRI的發展 最早想把NMR利用在醫學上的人是美國的達麥玎， 1970年代就利用NMR來探測自老鼠身上取下的腫瘤 碎片，發現癌細胞與正常細胞組織不同。 1980年代早期，MRI的硬體大部分都已經發展出來， 至於MRI如何製造人體內影像的理論建樹有三個： 1. 勞勃特利用單行投影數據，由NMR數據中取得影像。 2. 恩斯特應用數學上的傅立葉變換，引進二維的數據。 3. 曼斯菲爾德應用了回聲平面，十年後導致實用的或是 說更快的MRI。

NMR為什麼會改名為MRI？ 原因可能有二： 1.NMR帶有「核」(nuclear)一詞，放射線科醫師 擔心會被核醫學科搶去這部機器的擁有權。 2.NMR的N帶有「原子核」的字眼，為了避免一 般民眾誤解，乾脆就去掉N，而在後面加上 影像(Imaging)，取名MRI。

MRI在台灣的使用狀況 MRI的機器在1980年之後就逐漸成熟，台灣最 早裝機為1989年底，台中榮總裝了一部Picker 1.0T超導體MRI。 台北榮總1999年裝了一部3特士拉的機器，是 國內醫院磁場最大的MRI。 磁性的強度可以用高斯或特士拉來計算，地球 磁場強度為1/2高斯，而1特士拉等於1萬高斯。 到目前為止，4特士拉磁場強度看起來似乎還 蠻安全。

MRI的特色 MRI影像是一種非侵入性，且無傷害性的診斷系統，此點已優於X光CT。

MRI的用途 MRI目前用得最多的是在腦部、脊椎、骨骼關節、 骨盆腔，也可運用於心臟，對於肺部及腹部的用 途較少，因為CT及超音波對胸腹部的診斷效果不 比MRI差，而價格又便宜許多。 MRI除了可以做清晰的影像之外 ，新型的MRI也可以做MRI血管 攝影與MRI頻譜分析。

由內往外-正子放射斷層掃瞄攝影 後，由電腦去組成影像，屬於穿透科技。 核醫學則是注入放射性同位素，同位素會跑 CT 、MRI都是由外加X射線、磁性產生信號 後，由電腦去組成影像，屬於穿透科技。 核醫學則是注入放射性同位素，同位素會跑 到特殊的位置及病照灶處，發出信號，再做 成影像，屬於放射造影技術。 PET的目的是用來追蹤代謝功能，醫生利用 它，能看到血液的流速，或是追蹤劑在心臟 或肺臟中的位置。還能追蹤思考過程中，腦 中哪些部位在使用能量。

PET的研發 PET的研發是兩種不同科技結合成的： 1.創造出可供吞嚥、吸入或注射進體內，而且 安全又有效的放射性追蹤劑，這方面赫維西 是開山始祖，也贏得1943年的諾貝爾化學獎。 2.第二種科技則比前者晚了約25年，在於建造 出能偵測出生物體內放射源，並且能把這些 信號整合成斷層攝影圖片的新儀器。第一台 單光子放射電腦斷層攝影儀(SPECT)在1968年 問世。

SPECT SPECT是利用電腦斷層掃瞄的技術，建立核 種在體內的剖面影像，以便觀察核種的三度 空間分佈。 ，它的空間鑑別率只有PET的一半，無法用來 繪製較為細緻的器官。 售價比較便宜，臨床操作簡便，使用率高。 使用在腦部、心臟、肝臟血流追蹤，急性心 肌梗塞的偵測。

PET的工作原理 在PET系統中，放射性同位素因衰變而放 出正子，正子是電子的反粒子，質量和 電子相同，正子歷經極短距離的運動， 與電子結合而發生毀滅作用，釋出兩個 方向呈180度反向運動的光子。PET系統 是藉著放射性同位素發射此種光子訊號 ，以建立剖面核子影像。

PET的工作原理(續) 如果以適當方法將放射性同位素注入 體內，並在其四周環以適當 之偵測器 如右上圖，則同位素在體內衰減產生 的光子，經偵測計算位置後，便可建 立同位素分佈的PET剖面核子影像。 僅以一環偵測器偵測光子，則只能獲 得一個剖面影像；如果以右下圖所示 之多環偵測器偵測，則一次便可獲得 多層影像。

PET的用途 PET的腦部掃瞄威力強大，如癲癇、腦部 抽搐、柏金森氏症、艾滋海默氏症等腦部 病變之診斷。 1979年，放射性藥劑FDG(去氧葡萄糖)被 製造出來用於人體，PET才開始用於偵測 早期的癌症。 台中中山附設醫院於1999年裝了三部PET ，並配備迴旋加速器自製同位素。

超音波 超音波診斷的優點： 非侵入性、無幅射性、價位低廉、檢查方便、 及時成像、影像解析度高。 利用超音波( ＞ 20KHz )傳導、反射、散射之掃瞄 回音原理及影像處理系統，呈現人體組織結構或 估算血流速度，提供醫學檢查之有效工具。 從二維超音波發展到最近的三維度卜勒(Doppler) 功率成像，讓組織與血液的顏色都能以立體彩色 描繪。

超音波掃瞄儀影像系統 目前臨床上的超音波儀是利用回音成像。 音波透過 transducer 射向人體的組織或血管時，部分 反射波會回到換能器，反射回來的訊號(振幅、相位) 能提供相當多關於該組織的訊息。 回音訊號的表示方式 1. A-模式(Amplitude Mode)：以振幅來表示 2. B-模式(Brightness Mode)：在螢幕上以亮度點來表示 3.M-模式(Motion Mode) ：以時間為橫軸，記錄回音 群動態的位置變化 4.連續波(CW)及脈衝波(PW)度卜勒技術

超音波的用途 超音波被利用最廣的是腹部及骨盆腔，尤其 懷孕過程胎兒發育的監視。 度卜勒超音波心臟檢查發展成為先天性、心 瓣膜及冠狀動脈心臟病不可或缺的檢查工具。

無法獲得所有器官及組織的影像游離輻射、無法獲得後方骨骼的影像。 骨折、胸部/肺結核、癌症、乳房攝影、牙科診療。   造影源 優點 缺點 一般用途及特別用途 X射線 低成本 侵入性小 無法獲得所有器官及組織的影像游離輻射、無法獲得後方骨骼的影像。 骨折、胸部/肺結核、癌症、乳房攝影、牙科診療。 X射線透視 即時造影 隨暴露時間延長，游離輻射量增加。無法獲得細部影像。 器官系統動態研究，包括： 腸胃道、腸道、循環系統、腎臟、膽囊及血管攝影。 超音波 聲波 非侵入性 無法獲得肺臟附近的影像。 影像不清晰。 胎兒、心臟、乳房、早產兒、腎臟。 CT 掃描 快速、 掃描硬骨及軟骨。 高成本、應用範圍有限、只能用於有限的組織、游離輻射。 血塊、骨折、腦瘤、 手術房/急診室。

腦下垂體瘤、多發性硬化症/髓鞘質惡化、軟組織、膝蓋。   造影源 優點 缺點 一般用途及特殊用途 MRI 磁場 軟組織、 骨組織內部、 非侵入性。 高成本、 無法獲得骨骼影像、 耗時。 腦部疾病/腫瘤、 腦下垂體瘤、多發性硬化症/髓鞘質惡化、軟組織、膝蓋。 核醫學 放射性同位素 功能器官影像、幫助確定占有空間的腫瘤、使用核發生器製造鎝。 無法做為解剖影像、放射性可觀。 腦部、腎臟、腹部、肺臟、心臟特定部位。 SPECT 評估功能、即時造影、 血流/代謝造影、使用現成的放射性同位素。 耗時、無法獲得空間資訊、只能使用有限種類的同位素。在放射性同位素下，暴露時間可達24小時。 骨癌、腦部/心臟/肝臟血流、偵測急性心肌梗塞。 PET 評估代謝功能、 即時造影、 使用多種放射性追蹤劑。 高成本、研究導向、空間資訊少、複雜、需要迴旋加速器。 癲癇/抽搐、惡性腫瘤、癌症、柏金森氏症、艾滋海默氏症、腦部功能定位研究。

Reference 天下文化書坊，2000年12月20日。 1. 凱維勒斯著，楊玉齡譯，“露骨-醫學造影檔案” ， 2. 凱維勒斯著，楊玉齡譯，“露骨-X射線檔案” ， 3. 楊順聰編著，”臨床高等醫療儀器系統-原理與應用“