STEAM足迹：磁力共振掃描 找出體內毛病
【明報專訊】我們身體內有許多肉眼看不見的組織，一種掃描身體的技術「磁力共振」(MRI)，能為身體內部塑造影像，從而看出體內的毛病。這款醫療設備與物理大有關係，香港中文大學物理系高級講師湯兆昇博士(圖)曾在「STEM物理日營」中解釋「磁力共振」，小學生也能初步理解基礎概念呢！
提到醫療設備，大家可能會想到心電圖、X光等，還有「磁力共振」，湯博士借傳聲筒這個簡單比喻來輔助說明磁力共振掃描儀器採用的基本物理原理。
磁力共振的重要
湯博士說：「磁力共振的出現在歷史發展上很重要。過去有至少6個諾貝爾獎項與這技術有關，足以證明它的重要。」醫學界的三大影像技術分別是X光、超聲波及磁力共振，用以找出身體內部的毛病，當中磁力共振沒有輻射，且能更有效及準確掃描體內的軟性組織，不過由於使用成本高昂，多用於檢查難測的位置，例如腦部狀態，是否有腦瘤等。
磁力共振
湯博士說：「人體內有不同的組織，並含有不同化學元素，這些元素存在不同信號。」磁力共振就是利用磁場及共振頻率，將身體內化學成分轉化成的信號分辨出來，並掃描成影像。湯博士指磁力共振掃描儀器涉及複雜的計算和理論，雖然小學生還未能完全理解，「但它有一些基本原理，是小學生也稍微接觸過的」，例如「電和磁」概念，他以下圖向小學生解說：(圖c)
傳聲筒遊戲是將聲音從一端傳到另一端的遊戲。上圖的發射線圈，像講話的一方；接收線圈則是接收說話的一方。當聲音傳送距離遙遠，發射線圈能將傳達的內容轉化成電磁波信號，接收線圈接收信號後解讀出來。磁力共振掃描儀器外形是一個圓柱形管道，就像一個發射線圈，以超導無電阻線圈包圍着，並產生強大的磁場與電流，用來掃描人體、偵測在管道內的人體內部組織的信號。
電和磁
湯博士?，左圖的原理簡單，磁力共振還有不少複雜的元素，但在科學普及理解的範疇，大家可先認識電和磁的概念，例如「電磁感應」等。電磁感應指磁場產生電流，而電流可影響磁場，磁力共振便利用這原理再加以發展，生出強大的磁力來探測身體內部組織。
■知多點
超導體及超導現象
金屬(如銀、銅)等帶有導電性質，稱為「導體」(能夠讓電流通過)，然而在電流運動中會出現電阻，電阻會隨溫度下降變小。科學家發現某些物質冷卻到特定溫度後，能夠出現零電阻，在沒有電阻的情形下維持穩定的電流流動，這些物質稱為「超導體」，至於超導現象就是指在沒有電阻下讓電流流動的現象。除了零電阻外，超導體還帶有「抗磁性」的特質，它不受磁力影響，可以懸浮在磁鐵之下。換言之，使用超導無電阻線圈包圍的磁力共振掃描儀器，能非常有效地運作。
名人知多點：超導大師朱經武
「超導體」雖然能讓電流穩定流動，但它只能在非常低溫下出現零電阻，曾經難以應用於現實環境中。朱經武在1987年發現「釔鋇銅氧」金屬氧化物，能在相對地沒有那麼低溫的條件下發揮作用，是實用性強的「高溫超導體」，可用於磁力共振掃描儀器！科學家仍不斷努力找尋可在室溫下也能發揮效能的「室溫超導」。
最新大發現：
全球首個室溫超導體
10月14日的《自然》雜誌刊出一項研究：美國羅徹斯特大學的物理學家聯同機械工程學專家，研發出全球首個室溫超導體，在15℃室溫下也能零電阻地供電。不過這種由碳、硫和氫組成的混合物超導體體積太小、在極端的條件下才能生產，要實際應用，還要多加研究。
磁力的日常應用
磁力共振的技術主要應用在醫療，用來分辨身體中不同物質的分子結構，然後以影像呈現。此外，湯博士說「磁力」也在日常中應用，例如以往儲存電腦資料會用上的磁碟，還有無線電話、磁浮列車等都利用了磁力的原理呢！
■常識站
醫學物理
(medical physics)
醫學物理是應用物理的其中一個範疇，從事醫學物理的人，工作涉及影像診斷、放射治療等。
科普(popular science)
科普指科學普及，可理解為「大眾科學」，意思是通過各種媒介如網頁、電視節目、雜誌、書籍文章等，以簡單易明的方式向大眾傳遞科學知識，例如著名科普讀物《科學人》雜誌、電視節目《流言終結者》。
■想一想
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■關鍵詞
物理 physics
諾貝爾獎 Nobel Prize
超導體 superconductor
導體 conductor
文：鄭惠霞
圖：受訪者提供、資料圖片
[常識學堂 第224期]
