MRIってなに?ーその3ー磁場の中に入るとなぜ体の中が見えるの?

急性期脳出血(矢印)のMRI画像(沖縄県医師会報からの引用)

どうやって病気って確定するの?-鑑別診断ーの続き

患者様
脳が萎縮していないか調べるとき、MRIを撮りました。磁場の中に入るとなぜ体の中が見えるのですか?
以前に説明したように水素の原子核(ほとんどの場合、陽子1個)には磁石としての性質があります。
身体と同方向に強い磁場をかけるとこの小さな磁石の大半は、かけられた磁場と同じ方向に向きをそろえます。ですが、このとき、もう一つの状態、つまりかけられた磁場と反対向きの状態も取ることができます。ちょうど棒磁石のN極とS極が反転したような状態です。エネルギー的に不利になるので、通常はこういうことはあまりおこらないのですが。

ですが、このとき、この二つの状態のエネルギー差に対応したエネルギーを外部から与えられとしたら、どうなるでしょう?

答えは、もう一つの状態に移行する、です。なお、このとき、原子の中心にいる原子核にエネルギーを与える方法は、「飛び道具」の電磁波くらいしかありません。棒でつっつくとかはできませんから(笑)。

電磁波のエネルギーを吸収した原子核はいったん高いエネルギー状態(磁場とは反対向き)に移行しますが、やはり不安定なので、やがて元の状態に戻っていきます。このとき、電磁波を放出します。(下の図では、高エネルギー状態を赤く表示しました)

ところで身体の大部分は水でできています。水は分子式で書けば H2O でしたね。放出された電磁波の一つ一つはわずかなエネルギーしか持ちませんが、ありがたいことに水分子の水素(H)が身体に大量に存在するおかげで、この電磁波を検出することができるのです。

このとき、この電磁波が身体のどこから飛んできたか(位置情報)がわかれば、それは身体の水素原子核(プロトンという)の分布を反映していることになります。

MRIの画像の基本の一つは、このプロトン密度を強調した画像です。水分含有量が多い脳脊髄液では高信号(普通は白く表示する)になり、あまり水分を含んでいない骨組織(の固い部分)などでは低信号(黒く描画される)になります。

これが、MRIで組織ごとにコントラストに差が出る基本的な仕組みです。形態を知る上では非常に重要な情報になります。
なお、このとき外部から与える電磁波はMHzくらいで、ラジオ波という言い方をします。FM放送が使っている周波数帯を思い出せば、この呼称は納得できるでしょう。

患者様
えっ?ラジオ波をあてる?体に悪くないのですか?
原子核中の水素を「あたためる」だけのものなので、X線のように遺伝子本体(DNA)に影響はあたえるものではありません。MRIは「核」磁気共鳴がその原理ですが、日本では「核」という言葉に悪いイメージが伴うことが多かったので、今でも「磁気共鳴」と説明されていることが多いようです。もちろんラジオ周波数程度では、核分裂したり、核融合したりということはおこりません。
ラジオ周波数のかけ方によって、プロトン密度以外の情報も取得することができます。T1強調、T2強調、…いろいろあります。一番上のMRIの画像を見てください。脳出血をするとその部位の水分子や周囲の状況が変わるので、MRIの撮像方法によってコントラストが変わってきます。MRIは病気の診断にも応用できるのです。
患者様
そうか。医療機器って診断のために使うものだもんなー。納得。納得。

 

にほんブログ村 病気ブログ 薬・薬剤師へ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です