編集(MRIから転送)この記事で示されている出典について、該当する記述が具体的にその文献の何ページあるいはどの章節にあるのか、特定が求められています。ご存知の方は加筆をお願いします。(2014年6月)「MRI」はこの項目へ転送されています。(曖昧さ回避)」をご覧ください。NMR)現象を利用して生体内の内部の情報を画像にする方法である。磁気共鳴映像法とも[1]。被験者に高周波の磁場を与え、人体内の水素原子に共鳴現象を起こさせる際に発生する電波を受信コイルで取得し、得られた信号データを画像に構成する仕組み。水分量が多い脳や血管などの部位を診断することに長けている。MRI装置のガントリーの中にはコイルや磁石が搭載され、電流を流す原理を実現する。PET診断との組み合わせた複合タイプも一部普及しつつある。断層画像という点では、X線CTと一見よく似た画像が得られるが、CTとは全く異なる物質の物理的性質に着目した撮像法であるゆえに、CTで得られない三次元的な情報等(最近はCTでも得られるようになってきている)が多く得られる。2003年にはMRIの医学におけるその重要性と応用性が認められ、"核磁気共鳴画像法に関する発見"に対して、ポール・ラウターバーとピーター・マンスフィールドにノーベル生理学・医学賞が与えられた。電子とともに原子を構成する原子核の中には、その原子核スピン(以下「核スピン」)により磁石の性質を持つものが多く存在する。(物質全体として自発的に磁化されていない限り)それぞれの核スピンの向きはばらばらであり全体でキャンセルされる結果、巨視的な磁化を発生しない。ここに外部から(強い)静磁場を作用させると、核スピンの持つ磁化は磁場をかけた向きにわずかに揃い、全体として静磁場をかけた向きに巨視的磁化ができる(以降、巨視的磁化を考える)。この際、核スピンは静磁場方向を軸として歳差運動を発生する。歳差運動とは、コマの首振り運動と同様な運動である(回転軸と核スピンの軸が一致しない)。この運動の周波数はラーモア周波数と言われ、かけた静磁場の強さ及び磁気モーメントの強さに比例する。60MHzほどである。これは電磁波で言えばラジオ波の範囲にあたる。核磁化を励起するためのコイルは、RFコイルと呼ばれている。そこに特定周波数の電磁波(ラジオ波領域)のパルスを照射すると、照射電磁波の周波数とラーモア周波数が一致した場合に共鳴が発生し、回転数が変化する(核磁気共鳴現象)。照射が終わると元の状態に戻る。この戻りかたの違いをパルスシーケンスのパラメータを工夫することにより画像化する。このままでは、どこがどのような核磁気共鳴信号(NMR信号)を発しているのかという位置情報に欠ける。そこで静磁場とは別に、距離に比例した強度を持つ磁場(勾配磁場、または傾斜磁場)をかける。一般的に、勾配磁場を印加するコイルのことは勾配磁場コイルと呼ばれている。勾配磁場によって原子核(通常は1H)の位相や周波数が変化する。実際に観測するのは個々の信号の合成されたものであるから、得られた信号を解析する際に二次元ないし三次元のフーリエ変換を行うことで個々の位置の信号(各位置における核磁化に比例)に分解し、画像を描き出す。医療用MRIでは、ほとんどすべての場合、水素原子1Hの信号を見ている。ところが、上記のMRIの原理を満たす原子核(核スピンが0以外)であれば、全て画像にすることが可能であり、そのような原子核は1H以外にもたくさんある。それらは1Hと比べれば極微量であり、画像にするには少なすぎる。これに対し、1Hは水を構成する原子核であるが、人間の体の2/3は水であることを考慮すると、人間の体は1Hだらけであるといえる。1Hは水以外の人体を構成する物質(たとえば脂肪)の中にも含まれている。ゆえに、1Hを画像化することは、人体(の中身)を画像にすることに近い。)に関しては、研究レベルでは画像化が行われているが、臨床診断にはあまり用いられていない。体内から発生する磁場を検出し、画像化するモダリティには他にMEGがある。MRIが上記のように外部から磁場を掛けて信号を得るのに対して、MEGは脳神経の微小電流により常時発生している微小磁場を検出するもので原理も得られる画像の質も全く異なるものである。電気通信大学の藤原鎮男と林昭一が日本初のNMR信号を検出した[3][4][5]。Damadianが腫瘍組織のT1、T2を測定した[10][11]。阿部善右衛門らによって磁場焦点法を使った生体内の局所領域のNMR信号の収集に成功[13][14][15][16]、1974年NMRによるマウス画像撮影、1978年にNMRによる初の人体画像撮影に成功した。日本では磁場焦点法を用いての画像化の試みが、田中邦雄らによって進められ[17]、1979年に動物頭部での画像化がなされた[18]。亀井裕孟のグループによって、200ガウス低磁場電磁石コイルにより投影画像再構成法を用いて先駆的な頭部像を撮影[19]。その後、左右大脳半球の活動の違いを検出した[20]。tomography、コンピュータ断層撮影)であったので、NMR-CTと言った。日本語での呼称として当初は核磁気共鳴CT検査と言っていたが、病院内で「核」という文字を使用することに抵抗があり、またMRIには放射線被曝がないという利点を誤解されかねないという懸念があり、MR-CTという呼称が考えられ、最終的には、MRIという呼称に落ちついた。日本では、東芝が国産常電導機MRI-15A(0.15T)を東芝中央病院(後の東芝病院)に設置した。島津(SMT-20)、旭化成(MARK-J)、日立(G-10)、三洋(SNR-500)などもつぎつぎ開発され、国内外で激しく競い合う状況となる。80-αが導入された[21][22][23]。常伝導垂直型MARK-J(0.15T)が導入され、同型機が藤元病院(現藤元総合病院)に設置された。同年5月に慈恵医大病院に厚生省から認可を受けた東芝の商用機の1号機が設置された[24]。現在[いつ?]、超伝導電磁石を使用し強磁場を発生させることで、画像を精細かつ高コントラストで構成できるものが製品化されている。多くの施設では0.5テスラから1.5テスラの超伝導電磁石を用いたMRIが使われているが、最近[いつ?]では3テスラの超高磁場装置が日本国内でも臨床使用が認められるようになり、大規模病院を中心に普及が始まりつつある(2007年末において約100台稼働の見通し)。生理学研究所に、人体を撮像可能なゼネラル・エレクトリック製の7テスラの装置が設置されている。永久磁石を使用するオープン型MRIは、冷凍機の運転やヘリウム補充が不要などランニングコストが低いため[25]、中小規模の医療機関に広く普及している。低磁場なので騒音が少なく、漏洩磁場も少ないメリットのほか、ガントリ開口径が広いので心理的な圧迫感が少なく、外部からのアプローチも容易である。この特徴を生かし、小児や閉所恐怖症患者の検査、腰椎椎間板ヘルニアに対するレーザー治療などの術中(インターベンショナル)MRIに用いられる。現在[いつ?]では、リウマチやスポーツ整形等に特化した、エム・アール・テクノロジー社製[26]やエサオテ社製のコンパクト型四肢専用MRIが、日本でも販売されている。この装置は四肢撮像を対象としており、小型で、検査室の磁気シールド工事は不要である。閉所恐怖症や、身体の不自由な患者、他にもペースメーカー装着者など従来MRI検査が禁忌であった患者に対しても撮像が安全に施行できる可能性がある(5ガウスラインが28cm(radial)程度なため)。)装置と組み合わせた「PET-MR」もある。濃淡を持つ白黒画像に処理・出力される。体内の詳細を見ることができるものという一般的な概念が強いが、通常の撮影方法では256×256ピクセルであり、デジタルカメラの画素数に換算するとおよそ6.6万画素にすぎない。最近では512×512ピクセルの画像(約26万画素)を撮影できるものが普及しつつあり、1024×1024ピクセル(約105万画素)や、2048×2048ピクセル(約420万画素)の機種も出現している。X線などの電離性放射線を使用しないため放射線被曝はない。生体を構成する組織の種類による、画像のコントラストが、CTよりも高い。造影剤を用いなくとも血管画像が撮影できる(MRアンギオグラフィー)。骨によるアーティファクトが少ない。そのため骨で囲まれたトルコ鞍や脳底の病変はCTよりもMRIが描出に優れる。骨以外の運動器の異常の評価に有用である。脳梗塞超急性期では拡散強調画像が有用である。X線CTより早期に病変を描出することができる。機器の構造上発生する騒音などに分けられる。具体的な例を以下に列挙する。MRI用のガドリニウム造影剤によるアレルギー反応や嘔気の副作用がある。気管支喘息の既往歴を有している場合は、原則として使用できない[29]。一般的にCTと比較して検査時間が長い。そのため腹部や肺を撮影するために長時間の息止めを要し、それでもこれらの領域ではCTに対して空間解像度がやや劣る。救急疾患では、患者が検査中に孤立するために、やや使いづらい。装置が狭く、閉所恐怖症患者[29]や小児に恐怖心を抱かせることがある。オープン型MRIだと開放感があるため心的負担は軽減できる。装置の発する騒音が大きい。これは傾斜磁場コイルがローレンツ力によって振動するためであり、撮影法や静磁場の大きさによっては100dBを超えるものもある。撮影シークエンスが実行されている間、検査室内にいる人は聴力保護具の着用が必要なことがあり、頭部の撮影を行う際は耳栓を、それ以外の場合はヘッドホンを装着させる。撮影する時の音が大きいため撮影に恐怖感を持つ人も居る。機器の静磁場強度が大きくなるに伴い騒音は大きくなってしまうが、固定方法の改良やメーカーによって騒音を抑える工夫がなされているため、磁場強度の増大から予想されるほどの騒音は抑えられている。オープンMRI(垂直型MRI)は構造上ローレンツ力の影響が少ないこと、使用する静磁場強度がトンネル型(平行型)MRIよりも小さいことから騒音は小さい。小児では鎮静が必要となり、鎮静剤利用のリスクを考慮、検査中の合併症対応をする必要がある[30]。一度磁力を落としてしまうと復旧に1~2週間必要となる。超伝導電磁石を利用しているものは、緊急停止などで一度電流が止まってしまうと点検後再びヘリウムを補充し、超伝導状態まで持っていくまでに長い時間がかかる。MRI室専用酸素ボンベ(立川・災害医療センター)生体が高磁場にさらされるゆえの欠点がある。心臓ペースメーカーやその他磁気に反応する金属が体内にあると、検査を受けられない場合がある。2012年3月に条件付きで全身MRI撮像可能なペースメーカーシステム(条件付きMRI対応承認されたペースメーカー本体とリードで構成されるシステム)が薬事承認されており、2012年10月より国内販売が開始された。現在は条件付きMRI対応機器と従来のMRI禁忌の機器が混在しているため、検査には注意が必要である。今後[いつ?]普及するものと考えられる。人工内耳は電磁誘導により発生する誘導電流によって故障するため、2018年時点でMRI撮影に対応した人工内耳は未だ開発されていないため、撮影は禁忌である。人工内耳は強いX線によっても故障する可能性が高いためCTの撮影も受けることが出来ない可能性がある。装身具・金属製品は取り外す必要がある[29]。接合プレートやボルト、内視鏡手術によるステープラ、カテーテル手術による動脈瘤塞栓コイル、放射線治療による密封小線源や金属マーカなど、着脱不可能な体内留置金属が入っている場合は必ず医師に報告しなければならない。上記にもある通り画像を乱す。磁気式キャッシュカードやプリペイドカード、磁気認識方式のカードキーなどといった磁気記録メディアは間違って持ち込むと読み取り不能になることがある。マスカラ、アイライン、アイブロウ、アイシャドー等の化粧品の中には磁性体を含む成分を含有しているものがあり、検査によって熱傷をおこすことがあるので、検査前に落とす必要がある。カラーコンタクトレンズや入れ墨、一部の貼付薬も、上記の化粧と同様に磁性体を含んでいた場合、熱を持ち熱傷を引き起こすことがある。酸素ボンベや車椅子、ストレッチャー、生体モニタなどの医療器具も、MRI検査室内に持ち込むためには専用のものが必要となる。酸素ボンベをMRI室内に持ち込み、磁場で吸い付けられた酸素ボンベがMRI装置を直撃し、破壊するという事故や死亡事故が発生している[31]。強磁場が人体に与える影響については、未知の部分がある[32]。そのため、妊娠中または妊娠の可能性のある場合は申し出る必要がある。超伝導電磁石を使用するMRIは、冷却のための液体ヘリウムが事故によって爆発的に気化するクエンチが発生することがある[29]。人体に向けて高周波のRFパルスが照射されることにより電磁波による熱力学的作用が発生する。理論上は人体組織の温度が上昇する可能性があるが、多くの施設で使用されている静磁場強度1.5T以下のMRI装置ではほとんど実感されることはない。一方で2005年に日本でも導入され、2010年代以降普及しつつある3TのMRIでは温度上昇を無視できない場合があるために、RFパルスの強さに一定の制限がかけられている。T})で評価され、コントロールされる。脳全体を細かなボクセル単位で統計解析するには限界があり、脳細胞単位に研究できないのは世界の神経科学コミュニティにとって未だに大きな問題である[33]。CTとは異なる種類のアーティファクトが発生する。X線CTと比較すると費用が高く大掛かりな設備が必要となり、ある程度以上の規模の病院に限られてしまう。歳差運動が元の状態に戻る過程であるが、それは磁気ベクトル方向(z方向)と回転方向(xy方向)に分けて考えることができる。z方向が熱平衡状態に戻る過程を縦緩和またはT1緩和といい、xy方向が熱平衡状態に戻る過程を横緩和またはT2緩和という。原子核では縦緩和と横緩和とが独立であることが知られており、各々別々に考える必要がある。M_{xy}=M_{0}e^{-k_{2}t}}という形に表される。T_{2}}という値とおく。これらの値はそれぞれの物質固有の値であり、T1強調画像、T2強調画像の由来となった定数である。time)とを経験的に割り出し、さらにコントラストをつけるような設定を行っている。(SSPE)のMRI像。AとCがT1強調画像で脳室内の脳脊髄液が黒く(低信号で)見えている一方で、BとDのT2強調画像では同じ脳脊髄液が白く(高信号で)見えている。T1強調画像とはおもに縦緩和によってコントラストのついた核磁化分布を画像にしたものであり、T2強調画像とはおもに横緩和によってコントラストのついた核磁化分布を画像にしたものである。T1強調画像で高信号、すなわち白く映し出されるものは、脂肪、亜急性期の出血、銅や鉄の沈着物、メラニンなどであり、逆に低信号(黒)のものは、水、血液などである。造影剤(ガドリニウム製剤)にはT1短縮作用があるため、造影剤投与後のコントラストはT1強調画像で明瞭になりやすい。このため通常の造影MRIではT1強調画像が撮像されることが多い。多くの病変ではT2強調画像で高信号となるので、T2強調画像の方が目にする機会は多いが、整形外科など脂肪を重視する科ではT1強調画像が好まれる傾向にある。T2強調画像では動脈のような早い血流では無信号、すなわち真黒にみえる。これをフローボイドという。通常動脈は真黒に見えるのだが、閉塞があると無信号とならない、これをフローボイドの消失といい、閉塞血管の所見となる。代表的な信号パターンを示す。病態によって例外も多くある。T2(ロングT2)パターンT2WIにて高信号を示し、T1WIにて低信号を示すパターンである。緩和時間延長と言われることもある。一般的な病変パターンであり良性腫瘍や急性炎症で示されるパターンである。嚢胞成分をもつ悪性腫瘍の嚢胞もこのような信号パターンを示すため注意が必要である。2009年現在、T2WIはFSE法(ファストスピンエコー法)で撮影された場合が多く、T2値が信号強度に最も影響される。T2値だけで考えると脳脊髄液をはじめとする液体成分が、軟骨、粘液基質が高く、特に脳脊髄液が最も純水に近く高信号を示すように思えるが、脳脊髄液よりも高信号となる病変は数多くある。FLAIR法(ふれあほう)なども用いて正常分析をするべきと考えられている。T2(ミディアムT2)パターンT2WIにて淡い高信号を示すようなパターンである。T1、longT2パターンよりも水が多くない、あるいはT2値が長くないのが原因である。このような病変では悪性腫瘍や慢性炎症の可能性が高い。T1(ショートT1)パターンT1WIにて高信号を示すパターンである。その病変のT2短縮効果によってT2WIでの信号は変化する。agent(T1ショータニング・エージェント)(Gd製剤やクエン酸鉄アンモニウム)の存在があげられる。比較的特異的な病理組織上の変化を反映するため重要な所見となる。用いれば、脂肪は除外可能であり、それを用いて診断を進めていく。パターンT2WIにて低信号を示すパターンである。T1WIでの信号は病変によってことなるが、ここではT2WIにて低信号、T1WIにて高信号をしめす場合を説明する。T1パターンを示す)、ヘモジデリン(陳旧性血腫)、一部の肉芽腫、メラニン色素のあるメラノーマなどがあげられる。この信号パターンを示す病変はかなり少なく、特異的な所見である。急性期や慢性期の出血が最も多い。パターンを示すこともある。