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2010-07-21
影音》光電所跨足生醫 跨領域展現學術成果
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心磁圖診斷心臟病 準確率近9成
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腦磁圖診斷癲癇 增加手術治療成功率
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磁減量免疫檢測法 快速檢驗阿滋海默症

  【7/21校園記者國文100黃德欽、公關室胡世澤報導】臺師大光電科技所教授洪姮娥率領的研究團隊跨足生醫,研發能量豐沛,結合臺大醫院進行「心磁圖」的臨床實驗研究,診斷過程不到3分鐘,不但能提早診斷心臟病,準確率高達8成8,比傳統心電圖更簡單、快速、準確;此外,開發以「磁性奈米粒子」為試劑及磁減量免疫檢測儀,可於約1小時內完成驗血篩檢,可診斷阿滋海默症與早期肝癌、大腸癌等疾病,準確率也更高。

  洪姮娥教授是本校物理系59級畢業校友,民國71年從美國愛荷華州立大學取得物理博士學位,民國76年至80年間,國科會首次補助大學進行整合型研究,她擔任高溫超導研究計畫北區召集人,94年更獲頒第48屆教育部學術獎(工程及應用科學類),研究成果受高度肯定,89年至90年擔任總統府科技諮詢委員會委員,94年擔任台灣產業科技推動協會理事,為國家推動高科技產業提供學者建言。

  洪教授返國20多年來,長期鑽研電、磁、光等方面的物理研究,民國85年起,展開跨領域應用,包括光電元件、超導電子元件、磁性流體、奈米科技,並進一步結合將成為21世紀明星產業的生技醫學領域,多年來已有豐碩成果。

  在光電元件方面,研發成果包含開發光子晶體、波長分割多工轉換、光調制器、光開關等,在磁性生醫方面,更有領先各大學的成果,包括心磁圖、微弱磁場感應器-超導量子干涉元件(SQID)、低磁場磁振造影、腦磁圖、磁性奈米試劑、磁性免疫檢測等。

心磁圖診斷心臟病 準確率高達9成
  與臺大醫院合作長達7年的心磁圖,在臨床實驗上已有重大成果。
  過去使用心電圖診斷心臟病時,病人必須在胸口貼上電極片,對於剛開完刀、胸部有傷口、以及較保守的女性都很不方便,如果使用核子醫學檢查,又會有病人得服用放射線性顯影劑、可能造成身體不適的問題。

  設置在臺大醫院的心磁圖檢測系統可用來診斷心臟病,其利用超導量子干涉元件(SQUID)接收病人心臟活動發出的磁場訊號,病人胸部僅需靠近讓SQUID維持在低溫環境的保溫杜爾瓶即可,具有非侵入性、非接觸性、無放射線、準確率高等優點。

  以往要替一名病人做心電圖檢查,必須貼上60多個電極片,得花一個小時的時間,相當不便,準確率也只達6成多;現在心磁圖系統,不需脫去上衣,免除尷尬,還可以快速完成檢測,從進入電磁屏蔽屋、完成檢測,到產生參考報告數據,全程花不到3分鐘。

  率領團隊的光電所洪姮娥教授表示,心臟跳動時會發出微弱的磁場訊號,但訊號強度遠比地球磁場小,而SQUID是全球最敏感的磁感測元件,可以在不侵入身體情況下,靈敏地檢測出體內的微弱磁場。

  臺灣師大光電研究所、臺大醫院、臺大物理系和韓國國家標準與科學研究院於5年前簽約展開跨國研究,於臺大醫院設置64通道SQUID的心磁圖系統。

  這項研究早已完成動物實驗階段,透過控制餵食易使兔子罹患高血脂疾病的食物,2週內即可診斷出兔子的心臟開始異常,比傳統心電圖測量提早了4週發現。

  而目前光電所和臺大醫院也已完成臨床實驗,針對14名心肌缺氧的冠狀動脈心臟病病人於進行心導管手術治療前後,與66名正常人做心磁圖檢測,發現心磁圖在診斷心肌缺氧病人的準確率高達87.9%。

腦磁圖診斷癲癇病 增加手術治療成功率
  此外,光電所也利用SQUID具靈敏感測磁場的功能,用於測量與分析人腦神經活動所產生的微弱磁場,醫學上稱為「腦磁圖」(MEG)。這套腦磁圖系統將128個SQUID元件裝置於一個具頭盔形狀的保溫杜爾瓶內,像是燙頭髮時罩在頭上的熱氣罩,將頭置於該頭盔下時進行測量,便能測量出人腦神經活動的微弱磁場變化,可省去以腦電圖方式時要貼上一堆電極片的麻煩。

  這套研究型腦磁圖系統目前裝設於臺大醫院,由臺灣大學,臺灣師範大學與韓國國家標準與科學研究院三方簽署合作協定,對人腦科學等前瞻主題進行研究。

  光電所洪姮娥教授也正在執行一項跨領域整合型研究計畫,與臺灣大學、臺師大心輔系、音樂系、運休所合作,探討運動和音樂對憂鬱症及一些腦神精疾病的影響與治療,包括運用聽覺、視覺、觸覺、嗅覺的刺激,來觸發腦神經反應,發出腦磁訊號;再針對腦磁圖(MEG)測出的數據進行研究,希望對憂鬱症及一些腦神精疾病的治療能有進一步發展。此有別於腦磁圖目前應用在腦神精疾病的治療方式,利用腦磁圖對癲癇病患的腦神經功能進行評估,並將這些磁訊號的空間分佈與磁振造影(MRI)的影像整合後,精確找出引起癲癇病發的異常神經元所在,以增加手術治療成功率。

  同樣應用SQUID元件的檢測技術還有低磁場磁振造影。雖然高磁場核磁造影是目前臨床上普遍使用的,但因需使用超導線圈產生相當大(數個Tesla)的激發磁場不僅造價昂貴,在維護上亦需消耗昂貴的液態氦以維持超導線圈在超低溫環境下工作,因此無法普及於各醫院,同時檢測費用高也使病患負擔大。而低磁場磁振造影則僅以一般的銅線線圈產生小的激發磁場(小於1 Tesla),利用靈敏的高溫超導SQUID元件克服感測微弱的磁訊號以產生清晰的影像,且維護上僅需消耗便宜的液態氮,預期低磁場磁振造影將能普及於一般醫療診所與大幅減輕病患的檢測費用。

  洪教授的研究團隊希望能將低磁場磁振造影跟心磁圖檢測、腦磁圖檢測整合,這有助於精確標定神經元活動或心肌梗塞位置,如果成功,將帶給病人更便宜、方便、精確且無損害的檢測方法。

磁減量免疫檢測法 快速檢驗阿滋海默症
  另外一項研究是開發以「磁流體」為基的磁性試劑,該試劑具檢測生物標記的高專一性,且磁性奈米粒子的穩定性較一般商品高而長年不沈澱。而為檢測該磁性試劑,成功研發磁減量免疫檢測法,較現行的酵素免疫分析法(ELISA) 具更簡易的操作程序與更高靈敏度的優點,並已開發電子式與高溫超導SQUID元件為感測器的兩種免疫檢測儀。這方面的成果在台灣學術界不僅是居於牛耳,在全球的學術界與產業界更是頂尖,故獲國科會補助執行奈米國家型科技計畫、國家型產學合作計畫及跨國產學合作計畫進行磁性試劑的開發,並連獲衛生署補助執行奈米國家型科技計畫,進行診斷阿滋海默症、肝癌和大腸癌的人體臨床試驗,透過簡單且快速的血液檢測方式,於早期病症時便發現予以治療以提升治癒率外,於診斷阿滋海默症方面,也可大幅避免現行抽脊髓液檢測帶來的危險,而於診斷肝癌和大腸癌方面,也大幅改善現行以切片檢查判斷良性或惡性腫瘤需耗時一週時間。

  洪教授指出,學術研究不是象牙塔,是為了能解決問題,她從光學應用拓展至生醫領域,希望在高科技帶動下,使臺灣擺脫殖民地醫學,給予醫學界創新發展,提早診斷疾病,幫助更多病患。

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