能诊断癌症的手机应用

我们都知道当有肿块被怀疑是肿瘤时，肿瘤学家们并非马上就将这些肿块全部切除，而是用一种粗针头取得肿块上的一些细胞来做病理分析。传统的病理分析实验（包括检查细胞形状和针对一些蛋白质进行着色实验）有时也并不能得出确定的结论，而且这种病理分析实验常常需要花费的时间也比较长。但在波士顿的马萨诸塞州综合医院，内科医生、科学家Ralph Weissleder的团队就开发出了一种手持式磁共振(DMR)诊断设备，可以在一个小时内诊断出癌症，其极高的精确度堪称完满。DMR技术与通常的手术、核心针刺活检相比，能够在很大程度上减轻患者的痛苦。

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什么是磁共振呢？

那到底磁共振是什么呢？从科学的角度来说，磁共振技术的基本原理是利用一定频率的电磁波照射处于磁场中的原子核，原子核在电磁波作用下发生磁共振，吸收电磁波的能量，随后又发射电磁波，即发出磁共振信号。由于不同原子核吸收和发散电磁波的频率不同，且此频率还与核环境有关，故可以根据磁共振信号来分析物质的结构成分及其密度分布。通俗的，我们可以借助指南针的原理来理解。磁体之间的磁力和地球的磁场使得指南针指向北方而沿地球磁场排列，从而产生磁共振频率。当将一个电磁铁置于指南针的两极之间，如果你给电磁铁通直流电，指南阵的方向将重新排列。然而如果你通入的是交流电，指针将会来回颤动。

如果交流电电流频率等于磁共振频率，将会有净能量转移到指针上，指针振动幅度将加大，同时也会从交流磁场吸收更多的能量。当指针从交流磁场吸收了能量后，就要求提供新的能量来弥补交流磁场的能量流失。DMR技术就能够通过测量交流磁场中的样本来检测磁能量的损失。

Weissleder的DMR是世界上最小的癌症诊断系统，同时也是一个较小的磁共振设备。在这个系统汇总直径8厘米、高度5.5厘米的永久磁铁取代了巨大的超导磁体。这个磁铁是专为小型DMR应用程序设计的，它能够提供一个半径1.2厘米（0.5英寸）范围的磁场，其强度有0.5特斯拉，比起大多数核磁共振成像机器要小1.5到3特斯拉，但这个强度仍然是地球磁场的10000倍。

放置在永久磁铁常量区的DMR探针由一个微流体网络、DMR的样品室和微弹簧圈组成，在微流体网络中的活检标本混合了磁粒子抗体，微弹簧圈也为样本提供交流磁场。另外，DMR电子设备由商用集成电路构成，包括单片机、射频（RF）生成器、数据采集单元，和一个射频收发器，所有这些都必须符合约20厘米×8厘米（8×3.15英寸）的模块平台，其费用估计要几千美元。

如何诊断癌症？

MGH团队在癌症诊断方面做了一系列的实验，在实验中他们将纳米磁性粒子附加到特定的癌症细胞抗体中去。当这些被标记的磁性粒子与从病人活组织切片的细胞物质混合后，抗体将附着到细胞膜上将癌症细胞标记出来。

Weissleder的团队很快发现，测试中所有被标记的癌症并不能都作为确切的根据。他的团队测试了50个癌症病人的肿瘤活检样品。通过实验结果分析得到，一组四个拥有DMR信号的癌症标记样品适当加权后就能知道在50个样本中存在48个癌细胞。