磁気共鳴画像法 (MRI) のガイド

磁石と電波が医学を永遠に変えた方法

ダナ・ニーリー/ゲッティイメージズ

磁気共鳴画像法 (一般に「MRI」と呼ばれる) は、手術、有害な染料、または X線 .代わりに、MRI スキャナーは磁気と電波を使用して人体の鮮明な画像を生成します。

物理学の基礎

MRI は、1930 年代に発見された「核磁気共鳴」（NMR）と呼ばれる物理現象に基づいています。この現象では、磁場と電波によって原子が小さな電波信号を放出します。 NMR を発見したのは、それぞれスタンフォード大学とハーバード大学で働いていた Felix Bloch と Edward Purcell でした。そこから、化合物の組成を研究する手段として NMR 分光法が使用されました。

最初の MRI 特許

1970 年、医師で研究科学者のレイモンド ダマディアンは、磁気共鳴画像法を医療診断のツールとして使用するための基礎を発見しました。彼は、さまざまな種類の動物組織が長さの異なる応答信号を放出すること、さらに重要なことに、癌組織が非癌組織よりもはるかに長く続く応答信号を放出することを発見しました。

それから 2 年も経たないうちに、彼は磁気共鳴画像法を医療診断のツールとして使用するというアイデアを米国特許庁に提出しました。それは「組織内の癌を検出するための装置および方法」と題されていました。 1974年に特許を取得し、世界で初めて 特許 MRIの分野で発行されました。 1977 年までに、ダマディアン博士は最初の全身 MRI スキャナーの建設を完了し、彼はこれを「不屈」と名付けました。

医学における急速な発展

その最初の特許が発行されて以来、磁気共鳴イメージングの医療用途は急速に発展しました。健康分野で最初の MRI 装置が登場したのは 1980 年代の初めでした。 2002 年には、世界中で約 22,000 台の MRI カメラが使用され、6,000 万回を超える MRI 検査が行われました。

ポール・ラウターバーとピーター・マンスフィールド

2003 年、Paul C. Lauterbur と Peter Mansfield は、磁気共鳴イメージングに関する発見により、ノーベル生理学・医学賞を受賞しました。

ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の化学教授であるポール・ラウターバーは、彼が「ゼウグマトグラフィー」と名付けた新しい画像技術に関する論文を書きました（ギリシャ語から） ゼグモ 「ヨーク」または「結合」を意味します)。彼のイメージング実験は、科学を NMR 分光法の 1 次元から空間配向の 2 次元 (MRI の基礎) に移行させました。

イギリス、ノッティンガムのピーター・マンスフィールドは、磁場における勾配の利用をさらに発展させました。彼は信号を数学的に分析する方法を示し、これにより有用な画像技術の開発が可能になりました。マンスフィールドはまた、非常に高速なイメージングを実現できることも示しました。

MRIはどのように機能しますか?

水分は人間の体重の約 3 分の 2 を占めており、この高い水分含有量が、磁気共鳴画像法が医学に広く適用されるようになった理由を説明しています。多くの疾患では、病理学的プロセスにより組織や臓器の水分含有量が変化し、これが MR 画像に反映されます。

水は以下で構成される分子です 水素 そして酸素原子。水素原子の原子核は、極小のコンパスの針として機能することができます。体が強い磁場にさらされると、 核 水素原子の順番に向けられています—「注意して」立ってください。電波のパルスにさらされると、原子核のエネルギー量が変化します。パルスの後、原子核は元の状態に戻り、共鳴波が放出されます。

核の振動のわずかな違いは、高度なコンピューター処理で検出されます。水分含有量の違いや水分子の動きなど、組織の化学構造を反映した 3 次元画像を作成することができます。これにより、身体の調査領域の組織と臓器の非常に詳細な画像が得られます。このようにして、病理学的変化を記録することができます。