磁石の科学で体の問題を特定する

磁気共鳴画像（MRI）装置の中心には、液体ヘリウムで‑452.4°F（約‑272°C）に冷却された超伝導磁石があり、地球の磁場の60,000倍もの強さの磁場を生成します。2003年には全世界で6000万件以上のスキャンが行われ、MRIは外科手術なしで任意の角度・深さの画像を取得でき、医師は多発性硬化症、腫瘍、脳卒中などの診断に活用しています。

水素原子の構造

• 体内の水分子はすべて2つの水素原子を含みます。水素は核に中性子を持たず、1つの陽子だけで構成されており、この陽子がスピンして微小な磁場を作ります。まるでコンパスの針のように正負の極を持つため、MRIで高精細な画像が得られるのです。

磁気の引き合い

• 水素原子をMRIの強力な磁場に入れると、陽子は磁場に沿って整列します。低エネルギー方向（磁場と同じ向き）に多くの陽子が集まり、高エネルギー方向に少数が残ります。水素は体内に豊富に存在する水分子に多く含まれるため、MRIの信号源として最適です。

ラジオ周波数信号

• MRIは大きな磁場に加えて、FMラジオのようなラジオ周波数（RF）パルスを送ります。このパルスにより低エネルギー状態の陽子が高エネルギー状態へと一時的に転換します。パルスが止まると陽子は元の低エネルギー状態に戻り、その際に放出される信号が電流に変換され、コンピュータが画像を再構成します。

層とスライス

• 組織中の水分が多いほど水素原子の数が増え、放出される信号も強くなります。コンピュータは信号強度から組織密度を推定し、体の構造を画像化します。MRIは軸方向（頭から足へ）、矢状方向（左右）、冠状方向（前後）の3平面で撮影でき、任意のスライスを取得可能です。

このように、MRIは水素原子の磁気特性とRF信号を組み合わせて、体内部を非侵襲的に詳細に可視化します。