磁共振掃描簡介

磁振造影於醫學診斷上四大利器的簡介

 

磁共振掃描簡介

放射診斷科系 廖漢弘 何能貴 吳茂昌、主任萬永亮、林坤榮校閱

磁共振造影(MRI)使用已有多年歷史,在最近10年來才逐漸普遍,而成為重要診斷工具主要原因,是有良好的組織對比、多切面的影像、又不具侵襲性、且應用多個互相作用參數,獲取有效訊息影像品質。

磁共振造影檢查雖然費用比較昂貴,運用在臨床方面將會較廣泛,因為它具有的特性是電腦斷層、血管攝影、超音波造影術所不及。除一般MRI的禁忌外,均可做檢查。先簡略介紹MRI的構造及原理如下:

什麼是磁共振造影?

磁共振影像掃描,簡稱為MRI (magnetic resonance imaging),這個名稱大多數的人很陌生;簡單說,就是一個大磁場(magnetic)、共振(resonance)與影像(imaging)所組成。 1.大磁場:就是得到信號的能源。 2.共振:為所激發偵測的原理。 3.影像:是信號轉為影像的方式。

這是近年來放射診斷醫學,實際應用於臨床診斷上一個重要影像工具,因其可得到高解析度的影像及非傷害性的掃描方式,已成為各大醫院必需設備之一。在大磁鐵內,有像隧道式的空洞,運用超導體原理產生高強度均勻磁場,磁鐵內含有各式線圈,足夠容納掃描病患人體的空間。

MRI是一種最新醫學影像檢查工具,除了一般解剖形態上的應用,還可利用影像切面,垂直或平行於人體的長軸,提供三種切面空間、軸切面(axial)、冠切面(coronal)、及矢切面(sagittal)、與良好功能的分析,且不具侵襲性或游離輻射的產生。

MRI 如何產生?

磁振造影不同於一般的X光攝影或電腦斷層,它並不是利用X光來形成影像。其成像原理頗為複雜,以下簡單介紹MRI如何產生:

物質的基本單位是原子,身體是由很多原子所組成,原子內含有原子核與電子。人體內含有水(H2O)、脂肪、蛋白質等,而每18公克的水含有2x6x1023個氫原子,所以人體有無數個氫原子,而每個氫原子核只含有一個質子(proton),質子帶有電荷,並且不斷旋轉,電荷旋轉就像電磁鐵運動,會產生感應電流一樣,既然每一個氫原子核都像個小電磁鐵,那麼組合起來就很大。在正常情形,人體內原子核的旋轉排列是沒有一定方向,一旦將人體放入一個靜磁場內,氫原子排列變成相同方向的旋轉便具有磁性,如果在利用外加磁場垂直於靜磁場方向的無線電波,使原子核吸收能量改變排列方向,當關閉外加磁場後,原子核就會恢復原來的排列狀態,同時釋放出吸收的能量。激發後吸收的能量,會放出電磁波信號,由接收器收集、電腦分析,再經過傅立葉轉換,計算成磁振影像掃描圖形。

掃描過程需要準備什麼?

在磁振造影掃描檢查前,如沒有任何特別狀況,可按照平日作息、飲食習慣即可。而以下幾點是掃描過程必須注意事項:

1.進入檢查室前,為避免傷害人體及影響檢查結果,檢查前必須取下身上任何金屬及有磁性物品,例如髮夾、手錶,及含有磁帶的銀行卡、信用卡,切勿攜入檢查室。

2.在MRI櫃台前,你必須先填寫一份檢查例行問卷表,要確實填寫病史,若有接受任何手術,請務必先告知工作人員,例如心律調整器、金屬夾鉗住動脈瘤、骨釘等,檢查時須穿著檢查服及頭套、耳塞。

3.掃描的過程非常簡單,你只要躺在掃描台上,身體保持不動狀態,直到檢查完畢為止,每次檢查的時間大約需要45分鐘左右,視檢查部位而定。大部份的檢查是不需要注射顯影劑,只有在少數情況下,必須由靜脈注射顯影劑,才能使病變特徵更加清楚以利診斷。MRI所用的是順磁性顯影劑(GD-DTPA),和一般含碘顯影劑不同,極少會引起過敏現象,是一種很安全,而且不會有危險的檢查。

4.進入磁場內,在檢查過程中,你會聽到一些噪音,這些都是電流在主磁場內受到推擠,所產生類似馬達發動的聲音,你不用害怕。

5.本科醫師會將您檢查後的結果,寫成報告轉交給您的主治醫師,讓他對您的病情作一個最適當最正確的診斷及治療。

那些人不適做MRI檢查?

本院MRI使用磁場範圍,都在於1.5特斯拉(Tesla)內,對一般人體而言,並沒有傷害危險。

對於體內使用心律調整器、腦部血管有金屬夾鉗住動脈瘤、眼部有鐵屑、裝有助聽器者、與無法維持不動者且無法用安眠劑、和需要維生系統維持者,以及不堪運送的病患,以上這類的病人不適宜作磁共振檢查。

磁共振造影對人體絕對無傷害,不含放射線而且檢查過程安全,在不需移動病人的情況下,就能夠提供非常清晰的二度或三度空間切面影像,能提供醫師獲得更多早期病變資料,以利早期治療、節省或減低一些不必要的診斷性手術。

磁振造影掃描可應用於人體那些部位?

磁振造影可應用於人體部位,可分為腦與脊椎、骨骼肌肉系統、胸腔及心臟血管系統、腹部、耳鼻喉科及眼科等。

1.顱內及脊椎病變除急性外傷用電腦斷層攝影比較便捷外,用MRI 因多切面及有良好組織對比,所得到資料很多,對診斷幫助很大。

2.MRI真正應用在骨骼肌肉系統,最主要關鍵是能夠對軟組織、韌帶、關節、骨骼內病變、軟骨。有良好的對比效應與好的解析度,此外對一些較常見不尋常的腫瘤作正確的評估,而對於轉移性的骨變化,具有極高的貢獻。

3.MRI的硬體及軟體發展極迅速,新的MRI對心臟血管系統造影有十分良好且非侵襲性檢查,主要是利用軟組織與流動血液間的訊號對比,做定量的分析與多切面的選擇。尤其對心臟內及心臟旁的腫塊、先天性心臟疾病與大血管(如主動脈)異常,在不需要注射含碘的照影劑,即可明顯表現出更多訊息,來幫助診斷。

4.MRI對縱隔腔腫塊的評估。也可以應用於偵測內臟器官的病變和癌症的分期,如肝臟、胰臟、膽道、腎臟、前列腺、卵巢、子宮等。

5.MRI對耳鼻喉病灶(如顱底、顱內的侵犯)診斷,及軟組織的解析度比較能辨認,如腺體、脂肪、肌肉等。在顱底與鼻咽腔旁的腫瘤,通常需注射順磁性顯影劑(Gd-DTPA),來強化腫瘤訊號強度與肌肉、軟組織間區別。

6.磁振造影應用於眼科領域,主要是對於眼眶內解剖結構、病理變化,均可清楚顯示出來。

MRI未來發展方向及目標

以提昇MRI研究及臨床的應用:

1.功能性磁振造影(functional MRI): 觀察人體腦部活動的真實情況,用於腦部手術前釐清掌管重要功能的腦部組織,與欲切除病灶(如腫瘤或癲癇病灶)的關係,藉以評估手術的危險性和可行性。各種腦部功能的研究,包括視覺、嗅覺、聽覺、語言、記憶,以及成人或小孩腦部功能運作的差異等。

2.擴散磁振造影(diffusion imaging): (1)應用於早期診斷腦梗塞(及缺血性腦中風)。 (2)評估腫瘤的治療效果,可以區分存活的腫瘤、壞死的組織、周圍的水腫,以及良性的水泡。

3.灌流磁振造影(perfusion imaging): 臨床應用大約包括,測量腦部血流的供應情況,評估病人是否需要接受腦血管繞道手術,應用於梗塞嚴重程度的評估;股骨頭壞死接受活股移植後,評估移植部位血液灌流的情況;測量腫瘤造成不正常血管增生的程度,藉以評估腫瘤的分期及治療效果。

4.磁振頻譜(magnetic resonance spectroscopy): 磁振頻譜使得醫師不必動手術取出人體組織,就可利用磁振掃描儀測得特定部位組織的代謝化合物含量。

各種不同的腦部疾病,會造成各種代謝化合物不同程度的改變。可以利用磁振頻譜,在疾病早期測出組織代謝的異常變化,並且可以長期、連續監測代謝化合物的變動情形,藉此了解疾病的進展以及治療的效果。

可以鑑別腦腫瘤的分期、評估腦腫瘤對治療的反應、鑑別再發性腦腫瘤與放射治療造成的壞死、診斷顳葉癲癇的病灶、診斷阿茲海默氏症、評估頭頸部腫瘤的治療效果等。評估前列腺癌的分期與治療,廣泛應用於酒精中毒、吸毒、頭部外傷後遺症、各種癡呆症、以及腦梗塞等的臨床研究。

磁振造影於醫學診斷上

四大利器的簡介

放射診斷二科主治醫師 許元昱、主任 林坤榮醫師校閱

1946年,Edward Pucell和Felix Block這兩位科學家,分別發表有關核磁共振(nuclear magnetic resonance)的論文,並且因而共同獲得1952年的諾貝爾物理獎。他們的發現不僅對物理和化學界的研究有重要的影響,更促成現代醫學影像學的突破性進展——也就是磁振造影(magnetic resonance imaging; MRI)的出現。事實上,人體橫斷面的磁振影像,是在1977年才首次成功發展出來的,又經歷十多年的研究、改進,磁振造影、電腦斷層和超音波,已成為現代醫學影像的重要診斷利器,是臨床診斷、治療評估以及醫學研究不可或缺的一環。

磁振造影的優點

磁振造影不同於一般的X光攝影或電腦斷層,它並不是利用X光來形成影像。其成像原理簡單來說是利用原子「核」自轉及在「磁」場中「共振」的現象及特性,經由電磁波來形成影像的。物質的基本單位是原子,而原子內有原子核及電子。身體是由很多原子所組成,在正常情形體內的原子核的自轉沒有一定方向。若將人體放入一個靜磁場內,原子核便如小磁棒般,變成相同方向排列並且自轉,如給予垂直於靜磁場方向的無線電波,原子核會吸收能量而改變方向。當無線電波關閉後,原子會恢復原來排列狀態,並釋出所吸收的能量,此時還原的過程中會放出電磁波,而經由接收器收集後,經過電腦分析後就可得到一幅磁振影像圖。

一般看到的磁振影像,即是人體組織內的水分子和脂肪分子,經過磁振造影掃描儀所表現出來的影像。除了不具游離輻射之外,磁振造影還有許多優點,包括:優良的軟組織對比、高的解析度、可同時取得不同切面的影像,且若需要注射顯影劑時,不僅注射量少,而且人體幾乎不會產生過敏反應。

新一代的磁振造影掃描儀,不僅呈像更為清晰,而且更加迅速,可以達到大約50毫秒(millisecond),形成一張影像的速度。由於快速磁振造影技術的成熟,也使得「擴散磁振造影」(diffusion MRI)、「灌流磁振造影」(perfusion MRI)、以及「功能性磁振造影」(functional MRI)的臨床應用成為可能。因此,磁振造影除了顯示詳細的解剖構造之外,更可以提供生理及生化的訊息,正因為磁振造影具有這些優點,而且對人體幾乎無任何傷害性,所以成為臨床診斷以及醫學研究的最佳利器之一。

擴散磁振造影的應用與發展

簡單地來說,在特定的磁場梯度內,活蹦亂跳的水分子會喪失信號,而在磁振造影影像上呈現出灰暗,固定不動的水分子則維持原有的信號,而在磁振影像上較為明亮。藉此,擴散磁振造影可非常敏感地測量組織各部份水分子的擴散特性,並可以定量其擴散係數(apparent diffusion coefficient)。

擴散磁振造影最普通的臨床應用,是早期診斷腦梗塞(即缺血性腦中風)。電腦斷層和一般的磁振造影,最早可在腦梗塞發生約1224小時後,才能確切診斷。而擴散磁振造影可以在腦梗塞發生後3小時,甚至3分鐘內,即顯示出病灶部位、大小,即嚴重程度。這對於進一步發展或評估腦梗塞的治療方法,是非常有幫助的。擴散磁振造影也可用來評估腫瘤的治療效果,可以區分存活的腫瘤、壞死的組織、周圍的水腫、及良性的水泡等。已有研究報告顯示,擴散磁振造影可以準確評估腦部、肝臟以及骨骼腫瘤的治療效果。擴散磁振造影的成像時間短、不需注射顯影劑,非常適合腦梗塞及腫瘤的治療評估和預後追蹤,未來的發展是可預見的。

灌流磁振造影的應用與發展

把少量的顯影劑經由靜脈注入人體,利用快速磁振造影測得顯影劑在血管或組織內造成的信號改變,即可計算特定部位的血流速度和血流量等數據,並可形成影像,這就是灌流磁振造影。另外也有不同的技術,不需注射顯影劑,便可獲得類似的影像和數據。

有關灌流磁振造影的臨床應用非常廣泛,大約包括:測量腦部血流的供應情況,評估病人是否需要接受腦血管繞道手術;可和擴散磁振造影配合,應用於腦梗塞嚴重程度的評估;股骨頭壞死接受活骨移植後,評估移植部位血液灌流的情況;測量腫瘤造成不正常血管增生的程度,藉以評估腫瘤的分期及治療效果。

功能性磁振造影的應用與發展

現代醫學影像學另一令人振奮的發展,即是功能性磁振造影,這項技術使得我們可以利用磁振掃描儀,觀察人體腦部活動的真實情況。當我們右手握拳時,與此動作有關的腦部皮質也會活躍起來,此時局部腦組織的血流會明顯增加,帶來大量的含氧血紅素,超過腦組織活動所消耗的含氧血紅素,因此局部含氧血紅素與去氧血紅素的比值會升高,造成磁振信號的增加,而在影像上顯示出來。

功能性磁振造影的臨床應用仍在起步的階段,大多用於腦部手術前,釐清掌管重要功能的腦部組織,與欲切除病灶(如腫瘤或癲癇病灶)的關係,藉以評估手術的危險性和可行性。此外,有許多醫學中心著力於各種腦部功能的研究,包括:視覺、嗅覺、聽覺、語言、記憶,以及成人、小孩腦部功能運作的差異等。對於人腦這最神祕、難以探究的獨特領域,經由功能性磁振造影的發展,可望在21世紀獲致突破性的成就。

磁振頻譜的應用與發展

磁振頻譜(magnetic resonance spectroscopy)使得醫師不必動手術取出人體組織,就可利用磁振掃描儀測得特定部位組織的代謝化合物含量。磁振頻譜的原理其實和磁振造影是相同的,但是直到1980年代,科學家才成功發展出應用於人體的磁振頻譜。近十年來,尤其是氫原子磁振頻譜,在臨床上的應用更是迅速而廣泛,主要原因包括:氫原子在人體代謝化合物的含量最多、氫原子的磁振信號強、而且氫原子磁振頻譜可在一般的磁振掃描儀上進行。

氫原子磁振頻譜可測得化合物,主要包括N-axetyl aspartate(NAA,與神經元細胞相關的胺基酸)、choline(與細胞膜代謝有關)、creatine(與細胞能量的新陳代謝有關)、以及lactate(與無氧代謝有關)等。各種不同的腦部疾病,會造成各種代謝化合物不同程度的改變,因此可以利用磁振頻譜,在疾病早期測出組織代謝的異常變化,並且可以長期、連續監測代謝化合物的變動情形,藉此了解疾病的進展以及治療的效果。

舉例來說,氫原子磁振頻譜可以鑑別腦腫瘤的分期、評估腦腫瘤對治療的反應、鑑別再發性腦腫瘤與放射治療造成的壞死、診斷顳葉癲癇的病灶、診斷阿滋海默氏症、評估頭頸部腫瘤的治療效果等等。近年來,氫原子磁振頻譜也應用於評估前列腺癌的分期與治療,除了choline和creatine,在正常前列腺的磁振頻譜上可見citrate(由上皮細胞分泌),而前列腺癌的citrate則顯著降低。此外,氫原子磁振頻譜也廣泛應用於酒精中毒、吸毒、頭部外傷後遺症、各種癡呆症、以及腦梗塞等的臨床研究。這許多有關氫原子磁振頻譜學的研究,將有助於暸解造成疾病的生化原因及其結果,進一步增進人們對疾病診斷治療,甚至預防的知識與能力。

其他

磁振造影技術的進展非常迅速,而且可觀,除了以上介紹的項目之外,高磁場磁振造影、介入性磁振造影、磷原子磁振頻譜、氟原子磁振頻譜、以及心臟磁振造影,都是目前各醫學研究中心努力的領域。

展望

現代醫學影像學的快速進步,磁振造影的貢獻功不可沒,它在臨床醫學所扮演的角色也日趨重要。現代醫學提倡早期診斷、早期治療,而且任何診斷或治療的步驟,要求對病人造成的侵害最少,好處最大。磁振造影不具放射性,幾乎無危險性,沒有侵害性,可重複追蹤檢測不傷人體,可迅速獲得解剖學、生理學、生化學等相關資料,提供醫師寶貴的參考數據,以便為病患做最恰當的處置。因此,磁振造影已是現代醫療不可或缺的一環。