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牙醫照X光不用等-直接讀取式數位X光感測器

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/13 ・1200字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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。

牙根掃描圖片。
牙根掃描圖片。
透過直接讀取式數位X光感測器,牙齒樣本的X光影像能即時呈現在電腦螢幕上。
透過直接讀取式數位X光感測器,牙齒樣本的X光影像能即時呈現在電腦螢幕上。

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
直接讀取式數位X光感測器

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。

(左)無結構閃爍體:光容易散射,降低解析度。(右)有結構閃爍體:光會集中,提高解析度。
(左)無結構閃爍體:光容易散射,降低解析度。(右)有結構閃爍體:光會集中,提高解析度。
郭博士(第一排左二)與研究團隊
郭博士(第一排左二)與研究團隊

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創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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