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哈佛實習經驗分享-106級 陳一德
哈佛醫學院暑期實習研究心得
東吳大學物理學系 106級 陳一德
這次的暑期研究是在哈佛醫學院聚焦超聲波實驗室進行，指導教授為Dr. Jason White。指導教授的專業是使用超聲波以各種形式輸入人的頭殼進行顱內手術治療或檢測。在計劃一開始，指導教授列了三個題目，並在詳細簡介各項研究內容和進度後，給我各項研究的參考資料，包括書本和論文加加總總約30項左右，讓我自己先從現有的資源中去個別了解後，再與指導教授討論。這三個題目分別的完成度分別為高、中、低，這也與研究進行的困難度成正比，最後，我選擇了最困難的題目，因為這是一個正在起步的研究，研究起因是來自於教授有一次不經意發現超聲波會沿著腦殼傳播，使他覺得這可能是一個測量腦壓的辦法，但這終究只是一個初步猜想，詳細的理論還沒有想得很完整，實驗也還沒有出設計一套策略，且這個想法紛紛被醫師們質疑，但正因為這是三個題目中唯一可以從理論開始鑽研，設計實驗，進行一項史無前例，且將會是一項人類醫療重大突破的研究，對於讀物理的我，一直想要將理論和實驗做結合，這是一項再好不過的機會了！
目前測量腦壓的方法需要在腦殼上面鑽洞將連接液壓計的管子伸入腦內才能測量腦壓(如圖一)，這種侵入性的方法，除了發現腦壓已經過大且非得進行手術的人才會想要進行，但是腦壓其實反應出各種腦內病變的警訊，如腦瘤、腦水腫、血管阻塞、運動傷害、車禍後遺症等，若能開發出一套非侵入式的腦壓檢測方法，將可以像血壓計一般隨時追縱，及早發現及早治療。這也就是這項研究即有可能會是一項重大醫療突破的原因。
(圖一、現今腦壓測量方法)
我在暑假的前兩周，自己翻閱並找尋相關文獻，經過大量閱讀和搜索，將各種理論與臨床參數相互探討，篩選並思考可能性較高的方案，最後我整理出兩大方案，其中一個方案甚至可以將醫師們起疑的問題解決，令指導教授稱讚不已。隨後，我開始研讀理論，以在短短兩個月將「可反應出腦內液壓的超聲波訊號」之方法找出為目的，設計出一套實驗策略。為了證明我所提出的理論可行性，並將實驗簡化，保留必要變因進行實驗，我以曲面壓克力模擬曲面頭殼，並在凹面處以一封閉瓶身相黏製造密閉空間，藉由改面瓶內液壓，模擬處於腦壓變化下的腦殼。實驗架設部分使用訊號產生器連接換能器製造出不同頻率和樣態的超聲波訊號，並裝設在我自製的角度掃描裝置上(如圖二)，以不同角度入射模擬腦殼的壓克力曲面，依照理論設計，製造出不同模態的表面波。中間經過無數次訊號的優化以及架設改良，發射與偵測到的訊號愈趨精確，最後在3420組條件中，發現有4個條件有「可反應出腦內液壓的超聲波訊號」，這一刻簡直樂壞了!因為這是沒有人可以意想到的事情，而我也成為了世界上第一個測量到的人，在成果報告中得到眾多研究人員青睞。
(圖二、實驗架構圖)
除了自主性的專題研究之外，更有幸可以參與實驗室內所有活體動物實驗以及實際病人手術。這也是我此次前來學習的最大動力之一，因為一直想要了解物理要如何落實到醫療應用上，以及中間的臨床研究又是如何進行，這些都令我十分感到興趣。
實驗室內活體動物實驗部分，主要是將大鼠放置在MRI內，以特殊的換能器，將超音坡聚焦在大鼠顱內，與注射入血管中的微小氣泡發生共振，在顱內特定部位達到藥物釋放的效果，然而，控制共振狀態是一項重大任務，這暑假我也在一旁了解學習到這一整套實驗，並在實驗會議中與同事互相討論，札實地學習到了很多，也看到了不同的想法和處理模式，真的受益良多。
除實驗室內活體動物實驗外，非常幸運地我能夠參與聚焦超聲坡手術。手術在破曉時分開始執行，病人是一位帕金森氏症的患者，他的手抖動的厲害，很難想像這樣一雙抖動不止的雙手，要花多大的力氣才能完成我們習以為常的每件小動作。病人躺入擁有製造聚焦超聲波裝置的MRI內，MRI房外一整排專業團隊，包括MRI技術員、神經外科醫師、護士、廠商技術支援以及我們開發研究人員一同聚精會神地開始執行手術，一場頂尖的討論和執行就在眼前發生，快、狠、準是最貼切的形容詞，專家們精確地將超聲波完美地聚焦在顱內的一個小點上，一丁點的誤差都可能會造成一場悲劇，經過一次又一次的治療，最後一刻，病人的手直挺挺地舉在空中開心地向醫師笑著，病人走出手術房那一刻的笑容更是我看過燦爛的一個笑容，他開心地揮舞著那不再抖動的雙手像我們一再、一再地致謝，此時，我的淚水早已不聽我使喚，將我的眼眶濕潤了一遍又一遍。我想我看到了人類的奇蹟，看到了物理如何帶給人們希望。
(圖三、病人接受治療前後手畫螺旋的控制程度)
我想我永遠不會忘記那天在手術室的感動…
2016年的這個暑假相信會是我人生中最珍貴的一個暑假。感謝東吳大學物理系與哈佛醫學院的緊密合作，讓我有這個機會可以利用大三升大四的暑假前進世界一流學府參與研究。真的很謝謝，很謝謝。