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核磁気共鳴画像法(かくじききょうめいがぞうほう、magnetic resonance imaging, MRI)とは、核磁気共鳴 (nuclear magnetic resonance, NMR) 現象を利用して生体内の内部の情報を画像化する方法である。

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影法であるゆえに、CTで得られない情報が多く得られる。

◆ 原理

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。しかし、(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,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そろう。これにより、全体として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)

この核磁化を、特定の周波数のラジオ波を照射することにより、静磁場方向から傾けてやると、核磁化は、静磁場方向を軸として歳差運動を行う。歳差運動とは、コマの首振り運動と同様な運動である。その運動の周波数はラーモア周波数と言われ、各原子核に固有の周波数であり、かけた磁場の強さに比例する。通常のMR撮像では、10〜60MHz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。

さて、そのパルスの照射をやめれば徐々に元の状態に戻る。重要なのは、このパルスをやめて定常状態に戻るまでの過程(緩和現象(relaxation) )で、それぞれの組織によって戻る速さが異なる。核磁気共鳴画像法では、各組織における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。

しかしこのままでは、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)をかける。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。しかし、それらは¹Hと比べれば極微量であり、画像化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。故に、¹Hを画像化することは、人体(の中身)を画像化することに近い。¹H以外の原子核(炭素、リン、ナトリウムなど)に関しては,研究レベルでは画像化が行われているが、臨床診断にはほとんど用いられていない。

◆ 歴史

医療現場に利用され始めた当初は、NMR現象を利用したCT(computed tomography: コンピュータ断層撮影)であるということから、NMR-CTと呼ばれていた。日本語での呼称として当初は核磁気共鳴CT検査と呼ばれていたが、病院内で「核」という文字を使用することへの抵抗があり、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、現在のMRIという呼称に落ちついた。

現在、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 Tから1.5 Tの超伝導電磁石を用いたMRIが使われているが、最近では3 T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)。研究用としては、理化学研究所に製の4.0 Tの装置、国立環境研究所に製の4.7 Tの装置、新潟大学脳研究所に、人体を撮像可能なGE製の7 Tの装置が設置されている。

主に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、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他、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。

また現在では、リウマチやスポーツ整形等に特化した、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。また、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 gaussラインが28 cm(radial)程度なため)。動物病院専用の"ペット-MR"もある。

◆ 画質

基本的に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ピクセル×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。

なお、MRIの本領は三次元画像にあり、さらに時間的変化まで捉えた画像も撮られているので、MRI検査におけるデータ量は、処理のためにより高性能のコンピュータの使用を要求しつつある。

◆ 利点・欠点

◇ 利点

・ X線などの電離性放射線を使用しないため、放射線被曝がないと考えられている。

・ コンピュータを用いているため、後処理がしやすい。

・ 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アンジオグラフィー)。

・ 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。

・ 軟骨や筋肉、靭帯などの軟部組織は一般的にX線で評価できないため、腰椎椎間板ヘルニアや靭帯損傷、肉離れ、骨軟部腫瘍など、骨以外の運動器の異常の評価に有用である。

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