牙醫照X光不用等－直接讀取式數位X光感測器

瑪麗亞．斯克沃多夫斯卡－居禮（Maria Skłodowska-Curie，1867－1934），看姓氏不難聯想到，她就是我們所熟知的居禮夫人。她開創了放射性理論，發明分離放射性同位素技術，以及發現兩種新元素，是第一位獲得諾貝爾獎的女性，也是首位獲得兩座獎項的學者，在科學上的貢獻對後世影響深遠。

艱難困苦的童年

瑪麗生於波蘭華沙的書香世家，排行老么，家中有布朗斯拉娃（二姐）與索菲亞（大姐）兩位姊姊。父親是一名中學老師兼理事，母親原為一名校長，祖父亦是位受人尊敬的數學與物理教師。

當時的波蘭已被俄羅斯帝國佔領，在沙皇的統治下，波蘭人民的生活處處受限，也影響了瑪麗一家的命運。瑪麗的父親因濃烈愛國精神而被俄國上司打壓，校方撤除了他的理事一職，並將他們全家趕出宿舍；加上雙親的家庭參與波蘭獨立民族起義，家中又遭遇投資失利，經濟頓時陷入困境。

隨後瑪麗一家搬進廉價的住所，父親為貼補家用便招收了多名寄宿生，平時除供應食宿外，從學校下班後還替他們補習來賺取更多收入。生活看似漸漸好轉，但遺憾的是，短短三年內瑪麗的大姐及母親皆因病去世。

因性別在求學路上受阻

天資聰穎的瑪麗亞自幼就是個相當用功的學生，尤其在數理方面更是表現亮眼；在她 15 歲那年，便以第一名的成績從女子文理學校畢業。

然而，因當時波蘭的正規高等院校拒收女性學生，波蘭女子若想繼續接受正規的大學教育，唯一一條路就是出國留學，但這對瑪麗家中的經濟條件而言，是筆相當大的開銷且難以負擔。

成績同樣優異的二姐曾想過前往巴黎學醫，夢想成為一名懸壺濟世的醫師，但礙於家中經濟狀況遲遲無法如願。瑪麗想幫姐姐盡早完成學業，決定先當家教來資助其學費，兩人也約定，待畢業後再協助瑪麗出國求學。在瑪麗的支持下，二姐終於得以前往巴黎一圓醫師夢。

爾後的幾年，瑪麗一面做著家教工作，一面自學，期間閱讀了大量化學相關書籍，也是在這時獲得了第一份實驗室工作機會，這消息對她相當振奮；儘管實驗室設備簡陋，但能把在書中讀到的知識親手實作就已心滿意足，此經歷也影響了她未來將走上科學研究這條路。晚年瑪麗回憶起這段的時光：

「就是因為這第一次的實驗室工作，使我肯定自己在實驗研究上的興趣。」

突破重重阻礙取得學位

1891 年，24 歲的瑪麗在進行實驗室工作的同時，也終於踏上留學路，前往巴黎大學修讀物理學。剛到巴黎的她人生地不熟，對語言不熟悉外，又因過往在波蘭所受的教育無法應付大學課程，初期學業表現遠遠不及同儕。瑪麗便在課業上下足功夫，閒暇時間也都泡在圖書館裡，終於皇天不負苦心人，靠著清晰的思維加上勤奮苦讀，成績漸漸有了起色。

1893 年瑪麗以第一名的佳績成功取得了物理學碩士學位，原先是想再取得一個數學學位，但此時她已將留學用的積蓄花光，也就放棄了這份念頭。幸運的是，在友人的協助下，華沙當局頒發給瑪麗海外優秀留學生「亞歷山大獎學金」，使她得以重返巴黎大學繼續深造，並在隔年順利取得第二個碩士學位。值得讚揚的是，在畢業的幾年後她將這份獎學金歸還給委員會，這舉動令人相當震驚，從未有任何一名學子歸還過，而瑪莉是第一位。

科學界的佳偶——居禮夫婦

學成後，瑪麗留在法國並開啟了她的科研生涯。當時為了能夠順利進行工作，正尋找著合適的實驗室；在同鄉物理學家約瑟夫．科瓦爾斯基介紹下，她結識了未來的丈夫，法國青年科學家——皮耶．居禮。對科學滿懷熱情的兩人情投意合，彼此欣賞著對方的個性及才華。

1894 年，瑪麗返回波蘭生活，原以為能在家鄉繼續從事喜愛的科研工作，然而波蘭的大學仍以性別為由將其拒絕。在皮耶的說服下，瑪麗回到巴黎並協助他完成了磁性研究，兩人也在同年結為連理。

當時總有人打趣得說：「皮耶最大的發現就是瑪麗」。

帶領科學邁向新篇章

婚後夫婦倆一面養育女兒，一面做科研。瑪麗首要目標就是取得博士學位，她選定了當時剛發現的Ｘ射線以及鈾射線作為研究主題。後續在研究鈾礦時，透過驗電器的測量結果，瑪麗推斷鈾礦必定含有其他活性比鈾大的物質，於是開啟了她尋找其他放射性物質之路。

皮耶對瑪麗亞的工作越來越感興趣，隨後也加入了太太的行列。他們用酸液分解研磨過的瀝青鈾礦，再用化學分析方法分離出瀝青礦中可能含有比鈾更具放射性的物質。不久後，成功從實驗裡發現了比鈾的活性高 300 倍的新元素。隨後居禮夫婦發表了一篇聯合署名論文，正式宣布以「釙」（Polonium）命名所發現的新元素，以紀念波蘭。

在發現釙之後不久，她從實驗中發覺似乎有更強烈的放射性物質，便認定這也許是另一個新元素，這時物理學家亨利．貝克勒也加入了居里夫婦的研究行列。他們終於找出這個放射性比鈾大 900 倍的物質，三人將新元素命名為「鐳」（radium），拉丁文意為「射線」，也在研究過程中創造出單詞「放射性」（radioactivity）。

在當時居禮夫婦聯合及單獨發表的 32 篇論文中，其中一篇就為：在鐳輻射下，病變或腫瘤細胞比健康細胞死得更快。可說是若沒有這份的研究成果，就不會有現在用來治療癌症的放射性療法了。

得來不易的諾貝爾獎

在一系列研究及發現後，1903 年瑪麗終於獲得巴黎大學物理博士學位。同年瑞典皇家科學院授予居禮夫婦及亨利．貝克勒諾貝爾物理學獎，起初委員會僅表彰皮耶和貝克勒，不過有位倡導女性科學家權利的委員通報並向上申訴，瑪麗亞才能獲得提名，成為了首位獲得諾貝爾獎的女性。

隨著瑪麗亞成功從金屬中提煉出鐳，1911 年瑞典皇家科學院授予她第二座諾貝爾獎（此次為化學獎），以表彰：「發現了鐳和釙元素，提煉純鐳並研究了這種引人注目的元素的性質及其化合物」。此次的獲獎肯定也使她能夠說服法國政府支持並建立鐳研究所，該研究所於 1914 年建成，研究領域涉及化學、物理、醫學等。

將自己毫無保留地貢獻給科學與社會

一戰期間瑪麗為協助戰地外科醫生，便在靠近前線的地方設立了戰地放射中心。她的身影穿梭在戰地醫院中，指導著 X 光裝置的組裝及使用，據估計，超過 100 萬受傷士兵受過她的流動式 X 光機治療。

在戰後的歲月裡，瑪麗亞將時間奉獻將所學與經驗傳授給學生，也包括許多遠從世界各地慕名而來的後進學者。在她的指導下，鐳研究所培育出了四位諾貝爾獎得主，女兒伊倫．約里奧－居禮及女婿弗雷德里克．約里奧－居禮也在其中。

1934 年，瑪麗亞因再生不良性貧血逝世於療養院，後世普遍認為是因長時間暴露於輻射中而造成的，當時科學上並未了解到游離輻射會對人體產生危害，也未開發任何防護措施。瑪麗亞的生活處處充滿放射性物質，幾十年間患上了多種慢性疾病，然而一直到去世，她從未意識到這會危及自己的健康甚至是生命。

瑪麗亞．斯克沃多夫斯卡－居禮一生不慕名利，奔波於科學研究、教育學子，將畢生毫無保留地貢獻給科學與社會。直到今日，世人仍持續讚賞她的付出與貢獻，紀念這位偉大的科學家。

1. 維基百科—瑪麗．居禮
2. 科學名人堂—居禮夫人
3. 居禮夫人：大家都聽過的科學家，與她充滿波折的人生和感情路
4. 科技大觀園—開啟輻射醫學大門的居禮夫人
5. 傑出的科學貢獻與多舛波折的人生：瑪麗．居禮誕辰｜科學史上的今天：11/7

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《氟漆、氟膠有何差別？正確塗氟預防蛀牙、強化琺瑯質，牙醫師圖文解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔

「醫師，我的牙齒好敏感喔，」王小姐抱怨道，「吃冷、吃熱都不舒服，有時候連吃甜食也會敏感痠痛。」

仔細檢查過牙齒後，醫師說，「有幾顆牙齒都有蛀牙，得趕快處理，以免繼續惡化喔。」

「唉…果然又蛀牙了…」王小姐嘆了口氣。

牙齒是我們的重要夥伴，如果蛀掉了就會帶來一連串麻煩，齒顎矯正科專科醫師李軒指出，除了使用牙刷、牙線確實清潔牙齒外，無論大朋友、小朋友也都可以善用氟漆、氟膠等氟化物來強化琺瑯質，降低蛀牙的機會。

蛀牙５階段，務必及早介入

蛀牙有分幾個階段，李軒牙醫師指出，最初期是琺瑯質（牙釉質）表面開始脫鈣，牙齒表面看起來白白的，顏色不太一樣。

接下來琺瑯質結構遭到破壞，會形成蛀洞。李軒牙醫師說，當蛀牙局限於琺瑯質時，患者通常無感，如果沒有定期檢查，很容易錯過治療時機。

當蛀牙越來越深侵入牙本質時，患者喝水、吃東西時就會覺得敏感不適。

如果蛀牙繼續惡化，牙髓腔便會受損，李軒牙醫師說，牙髓腔裡有神經，疼痛自然會越來越厲害。

隨著感染惡化，牙髓腔內的細菌越來越多，將會形成膿瘍，假使細菌順著牙根往深處蔓延，就可能在牙齦上出現膿包，或導致臉部的蜂窩性組織炎，嚴重甚至可能進展為敗血症，危及性命。

正確塗氟，強化琺瑯質

我們的牙齒主要是由鈣、磷組成的磷灰石，李軒牙醫師表示，口腔裡的細菌會分解食物殘渣，產生酸性物質。原本堅硬的牙齒在接觸這些酸性物質後，會漸漸被溶解、釋出鈣跟磷，這個過程稱為「脫鈣（去礦化）」。

研究發現，氟化物（Fluoride）可以跟鈣結合，形成氟化磷灰石，李軒牙醫師分析，「與原來的磷灰石相比較，氟化磷灰石的結構較穩定，較能抵抗酸性物質的侵蝕，有助強化琺瑯質。」

運用氟化物來預防齲齒已有數十年的歷史，目前有氟漆、氟膠、氟錠、含氟牙膏等多種氟化物可供使用。

在牙齒遭到酸蝕前塗氟可以強化琺瑯質，增加對抗酸蝕的能力，李軒牙醫師說，如果牙齒已有脫鈣的現象，塗上氟漆、氟膠，還是能夠強化琺瑯質，有效降低未來再發生蛀牙的機會，或是減少敏感的問題。

「臨床上有時會遇到成年患者感覺牙齒很痠、敏感，看起來還沒有形成明顯的窩洞，」李軒牙醫師說，「我們會嘗試塗氟漆，並安排病人回診檢查，如果在初期及早介入，有機會阻斷後續蛀牙的發生。」

氟漆、氟膠比一比

氟漆跟氟膠的內容物都是氟化物，差別在於載體。李軒牙醫師解釋，氟漆的使用方法是塗在牙齒表面，它會形成一個保護層，讓氟化物有較長的時間去跟牙齒裡的鈣結合，成為氟化磷灰石，以強化琺瑯質。

氟膠的使用方法是先做一個氟托（牙托），然後裝入氟膠，李軒牙醫師說，佩戴氟托時，所有的牙齒都浸泡氟膠裡面。使用氟膠後，通常會建議在半個小時內不要吃東西、漱口，否則氟膠很容易就會流失掉。

氟漆的好處是可以有效地附著在牙齒表面，碰到水之後，會形成一個保護膜，有較長的時間滲透到牙齒，強化琺瑯質。李軒牙醫師說，「因為氟膠比較容易流失，所以我們較常是使用氟漆，讓氟化物有足夠的時間發揮強化琺瑯質的效果。」

氟膠比較容易流失，若是遇到配合度較差的小朋友，也無法進行，李軒牙醫師說，氟漆的方便性較高，且能在牙齒表面形成保護膜，持續較久的時間，所以目前在替兒童塗氟時，都會使用氟漆來進行。

塗氟時，牙醫師會先把牙齒表面、牙縫裡的牙菌斑清乾淨，接著隔絕口水，讓牙齒維持在清潔、乾燥的狀態，然後再塗上氟漆。

部分家長會關心使用氟化物的安全性，李軒牙醫師說，口服的氟錠較容易有過量的情形，通常是小朋友誤食，當成糖果一口氣吃了很多顆，所以家中的氟錠一定要放在小朋友拿不到的地方。至於其他氟化物的含量有限，縱然吃掉一整條牙膏，其實也不至於有嚴重的影響。

氟漆中的氟化物都是在安全許可範圍內，李軒牙醫師說，只要由專業牙醫師操作，不用擔心氟化物過量的問題。

貼心小提醒

小朋友開始長牙後，便要定期到牙科檢查、塗氟，在尚未蛀牙前，開始強化琺瑯質，李軒牙醫師提醒，及早介入便可以用一些相對簡單，費用也比較低的方法，有效地做好牙齒保健，避免引發未來一些不必要的麻煩。關於牙齒的健康，預防永遠勝於治療喔！

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• 撰文｜許世穎
• 本文轉載自 CASE 科學報《天王星上的 X 光》

天王星是非常有趣的行星。希臘羅馬神話中，它是土星的爸爸、木星的爺爺、火星的曾祖父。比起其他行星是「站著自轉」，天王星是「躺著自轉」。太陽系 8 顆行星當中大多都觀測到了 X 光的訊號。唯獨兩顆冰巨行星：天王星、海王星沒有。終於，研究團隊從 2002 年以及 2017 年的資料中找到了天王星上 X 光訊號的證據。本文帶大家認識一些天文星有趣的歷史、文化、以及認識這一篇 X 光的研究成果。

天王星的發現與特色

天王星的視星等大約為 5.5，是一顆非常暗的星，幾乎接近人眼的極限。平時在一般都市環境中非常不容易直接用肉眼看到，只有在晴朗、沒光害的夜空中比較有機會。

正式的發現、命名者是英國的威廉．赫雪爾（William Herschel）。一開始猜測是個彗星，後來才確認是個行星。英國國王喬治三世還因此以一年 200 英鎊的薪水聘僱他，依照零售物價指數（Retail Prices Index）來推算的話，相當於現今一年一百萬台幣的薪水 ^[2]。

這筆薪資顯然相當優渥，本來赫雪爾想要將這顆星命名為「喬治之星」（Georgium Sidus）。不過當時除了喬治三世和赫雪爾以外，當時喜歡這個點子的人並不多。畢竟其他的行星都用希臘神話來命名，突然冒出一顆用英國國王命名的行星怎麼樣看都不合適。

最後由柏林天文學家約翰．波德（Johann Bode）的建議定案為「Uranus」，這個字的詞源是希臘神話中的天空之神「烏拉諾斯」。幾乎每個希臘神話中的腳色都能在羅馬神話中找到對應。「烏拉諾斯」對應到的就是「凱路斯（Caelus）」，是「薩圖恩（Saturn，即土星）」的爸爸；是「朱比特（Jupitar，即木星）」的祖父；更是「馬爾斯（Mars即火星）」的曾祖父。

因此在希臘羅馬神話當中，天王星、土星、木星、火星可是祖孫四代呢。

恆星一般在天空中的相對位置幾乎是不變的，要花千年、甚至萬年才有可能看到一些變化。離太陽愈遠的行星，在天上的相對位置變化愈慢。木星要回到原來的位置要花 12 年、土星更要花上 30 年，天王星更慢，要 84 年！因為天王星在天上的相對位置實在變化得太慢了，以至於早期先民即使看到了天王星，也認為它是一顆恆星。

與其它的行星比起來，天王星離地球非常遙遠。唯一抵達天王星過的太空探測器是 1977 年發射，飛了將近 9 年後才抵達的航海家 2 號（Voyager 2）。這台探測器從地球出發，觀測了木星、土星、天王星、海王星之後，繼續一路向外飛，現在幾乎已經離開了太陽系。

上面大多數的儀器都已經缺少電力、無法運作，只保留了最基本的功能。去年底對它發射訊號時，在將近 35 小時之後還是收到了回應。

天王星在太陽系的八顆行星裡面，有著一個非常奇特的性質：「躺著自轉」。其他七顆行星的自轉與公轉差不多是在同一個平面上，以地球為例子，地球的自轉軸與公轉軸只差了 23.5° 左右。

但是天王星的自轉軸與公轉軸相差了 98°。如果把公轉面想像成水平面的話，地球的自轉就像是一個旋轉的陀螺，而天王星則是電風扇的扇葉。

天王星上的 X 光訊號！

太陽系的行星成員當中，除了地球以外，水星、金星、火星、木星、土星都偵測到過 X 光的訊號，甚至連彗星、以及矮行星冥王星都偵測到過 X 光。在最近這篇研究出來之前，行星當中就只剩下兩顆冰巨行星：天王星、海王星還沒有量測到 X 光。

最近，研究團隊檢視了「錢卓拉 X 射線天文台（Chandra X-ray Observatory）」的觀測數據，研究團隊量測到了天王星上的 X 光，研究結果發表在期刊《地球物理研究期刊：太空物理學（JGR: Space Physics）》當中 ^[5]。

錢卓拉 X 射線天文台是當代最重要的 X 射線望遠鏡。自 1999 年發射升空服役到現在，累積了非常多的觀測資料，有許許多多 X 光的重要觀測貢獻都來自於這台望遠鏡。然而宇宙間能觀測的天體實在太多啦，對天王星的觀測其實非常稀少。截至 2020 年 6 月，只有三次對天王星的觀測：2002 年 1 次、2017 年 2 次。到了這一兩年研究團隊才從這些資料中找到了天王星上 X 光的訊號。

X 光是電磁波頻譜上高頻率、高能量的波段。要產生 X 光，一般來說要有特殊的環境才可以。天王星上 X 光最主要的來源是對太陽光的散射。太陽光本身是一個很強的 X 光光源，即便天王星離太陽這麼遠，太陽所發出來的X光到了天王星以後，被天王星的氣體分子散射開。這個機制是天文學家已知的，過去在木星、土星上面看到的 X 光也都是這一類。

特別的事情是，天文學家藉由木星、土星的數據推算了一個天王星上可能量測到的 X 光強度。但研究量測後卻發現 X 光的強度比推算的數值還要更強。這有幾個可能，一個是天王星對太陽 X 光散射的效果比木星、土星更好。另外一個可能性就是天王星有額外的 X 光產生機制。

目前推論與天王星周遭的帶電粒子有關。比方說，天王星和土星一樣，周圍有一圈環。當帶電粒子撞擊到天王星環的時候，就有機會放出 X 光。另外一個可能性是「極光」，當帶電粒子因為磁場等效應掉進大氣層、與大氣分子相撞後，也有機會放出 X 光。這個現象在木星上也看到過。不過到底是哪個機制就仰賴未來更多的觀測了。

天王星在太陽系是很重要的存在，它是離我們最近的冰超巨星、而且還躺著自轉，讓我們有機會以不同的角度觀測行星。太陽系的冰超巨星只有兩顆，由於距離遙遠，都很不容易觀測。現在好不容易在天文星上看到了 X 光的影像，使我們得以更全面地了解冰超巨星的性質。對太陽系內、太陽系外的行星都能有更全面的理解。

1. NASA / First X-rays from Uranus Discovered
2. Measuring Worth
3. NASA Planetary Photojournal / NASA Voyager 2 Could Be Nearing Interstellar Space
4. WASP Planets
5. R. Dunn et al., A Low Signal Detection of X-Rays From Uranus, Journal of Geophysical Research,  (2021)
6. SciTechDaily / First Detection of X-rays From Uranus

文 / 陸子鈞

牙醫師要替你拔牙或者補蛀齒前，一定會拍個X光照片。不過膠片式攝影需要另外儀器讀取膠片，沒拍好還得重拍；直接成像雖然不用等待顯像，但是設備昂貴，並不是每間牙醫診所都能負擔得起。現在，國家中山科學研究院的自主開發技術，有機會讓數位直接成像設備更普及在小型醫療診所，提昇就醫品質。

現在比較常見的膠片式電腦放射攝影（computed radiography, CR），在拍攝牙齒X光影像時，需要塞入一片磷光影像膠片，拍攝後再由雷射光讀取機將膠片上的潛像轉換成X光影像，假如顯像後發現拍得不好還得重新拍攝，非常花時間。新一代的直接成像（Direct Radiography, DR）操作時不需要磷光影像膠片和雷射光讀取機，能夠直接成像，但是設備昂貴，通常只有忙碌的大型醫院會購置。

對病患來說不只是省時，「不說你可能不知道，DR（直接成像）的放射線劑量也比CR（電腦放射攝影）還低」，國家中山科學研究院材料暨光電研究所郭志暐博士提到。但直接成像設備都仰賴國外進口，所以價格昂貴，大多數的小型診所還是使用較麻煩、費時又較高放射線劑量的電腦放射攝影。郭博士所主持的醫療器材研究團隊，目標就是要發展國內自有技術的高階醫療器材－包括直接讀取式數位X光感測器。他說：「當初接到這項計畫感覺非常『神聖』，因為過去在國家中山科學研究院都是研發國防武器，但是這次卻是發展救人的醫療器材。」

直接讀取式數位X光感測器最主要的元件就是碘化銫（鉈）閃爍體（scintillator）和CMOS影像感測器。閃爍體能夠將X光轉換成可見光，再由CMOS影像感測器接收，成為數位訊號。閃爍體越厚，發出的光就越強，但光在越厚的閃爍體中也容易散開，降低了解析度。因此，研究團隊改用真空蒸鍍方式沉積碘化銫（鉈）薄膜，製成柱狀的結構閃爍體，可以利用全反射效應將光子侷限在柱中而不會散開，也就能得到較佳的影像解析度。由於解析度較高，所以拍攝相對來說不需要這麼強的X光，減少患者接收的放射線劑量。

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