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がん、心臓病、脳損傷、骨感染症...すべては、劇的に異なる形で体に影響を与える恐ろしい健康上の懸念ですが、それらすべてに対して医師が注目する医療技術が 1 つあります。それは、MRI として知られる磁気共鳴画像法です。毎年、世界中で 1 億件以上の MRI スキャンが実施されており、MRI スキャンは現代医学で最も広く使用されている診断手法の 1 つとなっていますが、最初の全身 MRI スキャンが実現されたのは 50 年も前です。
MRI の基礎は、最初の機械が導入される数十年前に作られました。 1952 年、物理学者のフェリックス・ブロックとエドワード・パーセルは、核磁気共鳴 (NMR) の発見によりノーベル物理学賞を受賞しました。NMR とは、磁場にさらされると電磁放射の形態を放出する特定の原子核の特性です。この放射線を記録することで、科学者はサンプル材料内の分子の構造と相互作用を特定できます。しかし、ブロックとパーセルは、自分たちの発見を人体の画像化に応用しようとは考えませんでした。このアイデアは、ニューヨーク州立大学健康科学センター教授のレイモンド ダマディアン博士から来ました。
1971 年、ダマディアンは、NMR が健康なヒト細胞と癌性細胞の違いを検出できることを実証する論文をサイエンス誌に発表しました。がん組織内の水分子はより自由に移動し、放射線に不一致が生じます。これは大きな進歩でしたが、この発見を日常使用できる機能的な医療技術に変えるには、10 年代の終わりまでかかりました。
MRI 技術の初期のパイオニア
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ダマディアン氏が 1971 年に NMR に関する研究結果を発表したとき、彼は NMR が生成する電磁放射を実際の画像に変換する方法を理解していませんでした。彼は細胞サンプル内の癌を検出することはできましたが、人体のより広い範囲内で癌を正確に特定することはできませんでした。このギャップを埋めるには、残り 10 年のほとんどがかかるでしょう。
このとき、他の 2 人の影響力のある科学者が NMR スキャンの研究を始めました。最初の人物はアメリカ人のポール・ローターバーで、彼は NMR 放射線を使用して最初に 2 次元画像を作成しました。彼は 2 つのコイルを備えた電磁石を作成し、それを使用して異なる強度の磁気パルスを生成しました。そうすることで、スキャンされた空間全体で変化する磁場勾配を生成することができ、一連の固有のデータ ポイントを作成して、全体の中で身体の個々の領域を識別できるようにしました。
このプロセスに関与した 2 人目の科学者はイギリス人のピーター・マンスフィールドで、彼は 1974 年にラウターバーが行った方法よりも電磁パルスの周波数を大幅に増加させることにより、はるかに高速なイメージング方法を発明しました。 1977 年、ダマディアンは状況を好転させ、助手をスキャンして最初の全身 MRI 画像を作成しました。数十年後の 2004 年にローターバーとマンスフィールドがその研究でノーベル医学賞を受賞した際に論争が巻き起こりましたが、ダマディアンは彼の研究が MRI の基礎を築いたものの、実際の技術にはあまり関与していないという前提で除外されました。
今日の MRI テクノロジー
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1970 年代の先駆的な取り組みに続き、シーメンスや GE などの大手テクノロジー企業が MRI 装置の商業生産を開始し、すぐに病院の主力製品となりました。今日、MRI は内部状態や損傷を診断および監視するための頼りになる方法であり、初期の先駆者によって開発された同じ基本技術が依然として使用されています。実際、ローターバーによって考案された電磁コイルと、マンスフィールドによって開拓された高速パルス技術は、実際にすべての MRI スキャンで聞くことができます。 MRI 装置に横たわったことのある人なら誰でも、MRI 装置が発する耳をつんざくようなカタカタという音を知っているでしょう。この音は、コイルが急速にオンとオフを切り替えるときに振動することから発生します。
以前は X 線や CT スキャンによって内部画像化がすでに可能であったという事実を考えると、なぜ MRI 技術がこれほど必要だったのか疑問に思うかもしれません。ただし、X 線は最も透過性の高い放射線の 1 つであり、繰り返し曝露すると危険な場合があります。長期的な状態を監視するために頻繁な画像検査が必要な患者は、代わりに MRI を使用することで放射線被曝のリスクを回避できます。実際、MRI の唯一の大きなリスクは、磁場が金属を引っ張る可能性があることです。これは、特定の医療用インプラントや皮膚の下の損傷による破片を装着している人にとっては危険です。幸いなことに、MRI に安全な金属がいくつかあり、ほとんどの医療用インプラントにそれらが使用されているため、MRI はほとんどの患者にとって非常に安全な処置となっています。
