磁気共鳴画像法（MRI）は、放射線医学において体内の解剖学的構造や生理学的プロセスの画像を生成するために使用される医療用画像技術である。MRIスキャナは、強力な磁場、磁場勾配、および電波を使用して体内の臓器の画像を形成する。MRIはX線や電離放射線を使用しないため、コンピュータ断層撮影（CT）や陽電子放出断層撮影（PET）スキャンと区別される。MRIは核磁気共鳴（NMR）の医療用途であり、 NMR分光法などの他のNMR用途の画像化にも使用することができる。[1]

MRIは、病院や診療所において、病気の診断、病期分類、経過観察のために広く利用されています。CTと比較して、MRIは脳や腹部などの軟部組織の画像において優れたコントラストを提供します。しかし、被験者を長くて狭いチューブの中に入れたまま測定を行うため、通常は測定時間が長く、音も大きいため、患者にとって不快感を与える可能性があります。ただし、「オープン型」MRIの設計により、この不快感は概ね軽減されています。さらに、体内にインプラントやその他の取り外し不可能な金属が埋め込まれている場合、リスクが生じる可能性があり、一部の患者はMRI検査を安全に受けられない場合があります。

MRIは元々NMRI（核磁気共鳴画像法）と呼ばれていましたが、否定的なイメージを避けるために「核」という言葉が省略されました。[2]特定の原子核は、外部磁場に置かれると無線周波数（RF）エネルギーを吸収します。その結果生じるスピン偏極は、無線周波数コイルにRF信号を誘導し、検出することができます。[3]言い換えれば、水素原子核内の陽子の核磁気スピンはRF入射波と共鳴し、コンパクトな方向、エネルギー（周波数）、位相を持つコヒーレントな放射線を放射します。このコヒーレントな増幅された放射線は、検査対象に近いRFアンテナによって検出されます。これはメーザーに似たプロセスです。臨床および研究用MRIでは、アンテナによって検出されるマクロ的な偏光放射線を生成するために、水素原子が最もよく使用されます。 [3]水素原子は、ヒトやその他の生物、特に水と脂肪に自然に豊富に存在します。このため、ほとんどのMRIスキャンは、基本的に体内の水分と脂肪の位置をマッピングするものです。電波パルスは核スピンエネルギー遷移を励起し、磁場勾配は分極を空間的に局所化します。パルスシーケンスのパラメータを変化させることで、組織内の水素原子の 緩和特性に基づいて、組織間で異なるコントラストを生成することができます。

1970年代から1980年代にかけて開発されて以来、MRIは多用途の画像診断技術であることが証明されてきました。MRIは診断医学や生物医学研究において最も広く用いられていますが、ミイラなどの無生物の画像形成にも用いられます。拡散MRIと機能的MRIは、MRIの有用性を拡張し、神経系における神経索と血流をそれぞれ捉えるだけでなく、詳細な空間画像も取得します。医療システムにおけるMRIの需要の持続的な増加は、費用対効果と過剰診断への懸念につながっています。[4] [5] [疑わしい–議論する]

機構

建設と物理学

円筒型超伝導MRスキャナの概略図。上：一次コイル、傾斜磁場コイル、RF送信コイルを備えた円筒の断面。下：円筒とテーブルの縦断面。同じコイルとRF受信コイルが見える。

ほとんどの医療用途では、組織内の水素原子核（陽子のみで構成）が信号を発生させ、その信号が処理されて、特定領域におけるそれらの原子核の密度という観点から人体画像が形成されます。陽子は結合している他の原子からの磁場の影響を受けるため、特定の化合物中の水素からの反応を分離することが可能です。検査を行うには、撮像する領域の周囲に強力な磁場を形成するMRI スキャナ内に人を置きます。まず、適切な共鳴周波数で振動磁場のエネルギーが一時的に患者に適用されます。X および Y 勾配コイルによるスキャンにより、患者の選択された領域に、エネルギーが吸収されるのに必要な正確な磁場が適用されます。原子はRFパルスによって励起され、結果として生じる信号は受信コイルによって測定されます。勾配コイルを使用して局所磁場を変化させることによって引き起こされる RF レベルと位相の変化を調べることで、RF 信号を処理して位置情報を推測することができます。これらのコイルは、励起と応答の間に高速に切り替えられ、動くラインスキャンを実行します。そのため、磁気ひずみによって巻線がわずかに動くため、MRIスキャン特有の繰り返しノイズが発生します。異なる組織間のコントラストは、励起された原子が平衡状態に戻る速度によって決まります。画像をより鮮明にするために、外因性造影剤が投与されることもあります。 [6]

MRIスキャナーの主要構成要素は、サンプルを分極させる主磁石、主磁場の均一性のずれを補正するシムコイル、スキャン領域を特定するための勾配システム、そしてサンプルを励起し、その結果生じるNMR信号を検出するRFシステムです。システム全体は1台または複数台のコンピューターによって制御されます。

移動式MRIユニット
音声録音
上記ユニットの外で記録された20分間のスキャンセッションの短い抜粋
このファイルの再生に問題がありますか?メディアヘルプを参照してください。

MRI では、スキャンボリューム全体にわたって数 ppm の強力かつ均一な磁場が必要です。磁石の磁場強度はテスラで測定され、ほとんどのシステムは 1.5 T で動作しますが、市販のシステムは 0.2 T から 7 T の間で利用できます。3T MRI システム (3 テスラ MRI とも呼ばれます) は、1.5 システムよりも強力な磁石を備えており、臓器や軟部組織の画像に適していると考えられています。[7]研究用途の全身 MRI システムは、たとえば 9.4 T、[8] [9] 10.5 T、[10] 11.7 T で動作します。[11]たとえば 14 T 以上のさらに高い磁場の全身 MRI システムは、概念提案[12]またはエンジニアリング設計の段階にあります。[13]ほとんどの臨床用磁石は超伝導磁石であり、低温に保つために液体ヘリウムが必要です。より低い磁場強度は永久磁石で実現でき、閉所恐怖症の患者向けの「オープン」MRIスキャナーでよく使用されています。[14]より低い磁場強度は、2020年にFDAによって承認されたポータブルMRIスキャナーでも使用されています。[15]最近では、マイクロテスラからミリテスラの範囲の超低磁場でもMRIが実証されており、プリポーラライゼーション（10～100 mT程度）と、高感度超伝導量子干渉素子（SQUID ）を用いた約100マイクロテスラでのラーモア歳差磁場の測定によって、十分な信号品質が得られます。[16] [17] [18]

T1とT2

TRとTEがMR信号に与える影響
T1強調、T2強調、PD強調MRIスキャンの例
スピン格子緩和実験における磁化とスピンの向きの変化の図

各組織は、励起後、T 1（スピン格子、つまり静磁場と同じ方向の磁化）とT 2（スピンスピン、つまり静磁場に直交する方向の磁化）という独立した緩和過程によって平衡状態に戻ります。T 1強調画像を作成するには、繰り返し時間（TR）を変更することで、MR信号を測定する前に磁化を回復させます。この画像強調は、大脳皮質の評価、脂肪組織の同定、局所的な肝臓病変の特徴づけ、そして一般的に形態学的情報の取得、そして造影剤投与後の画像診断に役立ちます。 T2強調画像 を作成するには、エコー時間（TE）を変更することで、MR信号を測定する前に磁化を減衰させます。この画像強調は、浮腫や炎症の検出、白質病変の検出、前立腺や子宮の帯状構造の評価に有用です。

MRIスキャンから得られる情報は、振動磁場（サンプルを通過する高周波パルスの形態）による核スピンの擾乱後の緩和速度の差に基づく画像コントラストの形で得られる。 [19]緩和速度は、信号が縦方向または横方向の平面から平衡状態に戻るまでの時間の尺度である。

磁場 B 0の存在下では、磁化がz 軸に沿って増強され、サンプル内の磁気双極子は、平均して z 軸と一列になり、総磁化 M zとなる。この z に沿った磁化は平衡磁化として定義され、磁化はサンプル内のすべての磁気双極子の合計として定義される。平衡磁化に続いて、 90° の無線周波数 (RF) パルスが xy 平面内の磁化ベクトルの方向を反転し、その後オフになる。ただし、初期の磁場 B 0は引き続き適用される。したがって、スピン磁化ベクトルは xy 平面から平衡状態へとゆっくりと戻る。磁化ベクトルが平衡値 M zに戻るのにかかる時間は、縦緩和時間 T 1と呼ばれる。[20]その後、これが起こる速度は、単に緩和時間の逆数である。同様に、M xy がゼロに戻るのにかかる時間はT 2であり、速度はである。[21]時間の関数としての磁化はブロッホ方程式によって定義される。

T 1値とT 2値はサンプルの化学的環境に依存するため、MRIで有用です。軟部組織と筋組織はそれぞれ異なる速度で弛緩するため、典型的なスキャンでは画像コントラストが生じます。

MR 画像の標準的な表示は、白黒画像で流体の特性を表すことであり、さまざまな組織が次のように表示されます。

診断

臓器またはシステムによる使用

頭部と腹部のMRI検査のために体位を変えている患者

MRIは医療診断において幅広い用途があり、世界中で約5万台のMRIが使用されていると推定されています。[25] MRIは多くの専門分野の診断と治療に影響を与えていますが、健康状態の改善に対する効果については議論の余地があります。[26] [27]

MRIは、直腸癌や前立腺癌の術前病期分類において選択される検査法であり、他の腫瘍の診断、病期分類、経過観察にも役立つ[28]ほか、バイオバンキングにおける組織採取部位の決定にも役立つ[29] [30] 。

神経画像

白質線維束のMRI拡散テンソル画像

MRIは、脳幹と小脳を含む後頭蓋底をより鮮明に描出できるため、CTよりも神経癌の検査に好まれるツールです。灰白質と白質のコントラストがはっきりしているため、脱髄疾患、認知症、脳血管疾患、感染症、アルツハイマー病、てんかんなど、中枢神経系の多くの症状の検査にMRIが最適です。[31] [32] [33]数ミリ秒間隔で複数の画像が撮影されるため、脳が異なる刺激にどのように反応するかを示すことができ、研究者は精神疾患における脳の機能的および構造的異常の両方を研究することができます。[34] MRIはまた、Nローカライザーと呼ばれる装置を使用して、頭蓋内腫瘍、動静脈奇形、その他の外科治療可能な症状の治療のための誘導定位手術や放射線手術にも使用されます。[35] [36] [37]ヘルスケア分野における人工知能の導入を目的とした新しいツールは、ノイズ除去システムを適用することで、神経画像診断における高画質化と形態計測解析の向上を実証している。[38]

死後脳全体の最高空間解像度記録は、マサチューセッツ総合病院による100ミクロンである。このデータは2019年10月にネイチャー誌に掲載された。 [39] [40]

MRIは精神障害の研究で広く使用されているが、患者中心成果研究所（PCORI）が委託した2024年の体系的な文献レビューとメタ分析によると、MRIスキャンを用いたADHDの診断に関する研究は大きなばらつきを示している。[41]著者らは、MRIはADHDの臨床診断を支援するために確実に使用することはできないと結論付けている。[41]

心血管系

先天性心疾患におけるMR血管造影

心臓MRIは、心エコー検査、心臓CT、核医学などの他の画像診断技術を補完するものであり、心臓の構造と機能を評価するために使用することができます。[42]その応用範囲には、心筋虚血および生存能力、心筋症、心筋炎、鉄過剰症、血管疾患、先天性心疾患の評価が含まれます。[43]

筋骨格

筋骨格系への応用としては、脊椎の画像診断、関節疾患の評価、軟部組織腫瘍の診断などが挙げられる。[44] MRI技術は、遺伝性筋疾患を含む全身性筋疾患の画像診断にも用いることができる 。[45] [46]

喉と食道の嚥下運動は、画像化された脊椎にモーションアーティファクトを引き起こす可能性があります。そのため、この領域に飽和パルス（[説明が必要]）を適用することで、これらのアーティファクトを回避することができます。心臓の拍動によって生じるモーションアーティファクトは、MRIパルスのタイミングを心拍周期に合わせて調整することで軽減できます。[47]血管血流アーティファクトは、関心領域の上下に飽和パルスを適用することで軽減できます。[48]

肝臓と胃腸

肝胆道MRIは、肝臓、膵臓、胆管の病変を検出し、その特徴を明らかにするために使用されます。肝臓の局所性またはびまん性疾患は、拡散強調画像、対向位相画像、およびダイナミックコントラスト増強シーケンスを用いて評価できます。細胞外造影剤は肝臓MRIで広く使用されており、新しい肝胆道造影剤は機能的胆道イメージングを行う機会も提供します。胆管の解剖学的画像は、磁気共鳴胆道膵管造影（MRCP）におけるT2強調シーケンスを用いることで得られます。膵臓の機能的画像は、セクレチン投与後に行われます。MR腸管造影は、炎症性腸疾患および小腸腫瘍の非侵襲的評価を提供します。MRコロノグラフィーは、大腸癌リスクの高い患者における大きなポリープの検出に役立つ可能性があります。[49] [50] [51] [52]

血管造影検査

磁気共鳴血管造影検査

磁気共鳴血管造影（MRA）は、動脈の画像を生成し、狭窄（異常な狭窄）や動脈瘤（破裂の危険性がある血管壁の拡張）の有無を評価します。MRAは、頸部や脳の動脈、胸部大動脈や腹部大動脈、腎動脈、そして脚（「ランオフ」と呼ばれる）の評価によく用いられます。画像生成には、常磁性造影剤（ガドリニウム）の投与や、「血流増強」（例えば、2Dおよび3D飛行時間シーケンス）など、様々な手法が用いられます。後者の場合、画像上の信号の大部分は、その平面に最近移動した血液によるものです（FLASH MRIも参照）。[53]

位相積算法（位相コントラスト血管造影として知られる）を用いると、血流速度マップを容易かつ正確に作成することができます。磁気共鳴静脈造影（MRV）は、静脈を画像化するために使用される同様の検査法です。この方法では、組織を下方から励起し、励起面のすぐ上方にある平面で信号を集めます。これにより、励起面から移動したばかりの静脈血を画像化することができます。[54]

造影剤

解剖学的構造や血流を画像化するMRIでは、組織や血液のさまざまな特性により自然なコントラストが得られるため、造影剤は不要です。ただし、より特殊なタイプの画像化では、外因性造影剤が静脈内、経口、または関節内に投与される場合があります。[6]ほとんどの造影剤は常磁性（ガドリニウム、マンガン、ユーロピウムなど）で、造影剤が蓄積する組織のT1を短縮するために使用されるか、超常磁性（SPION）で、健康な組織のT2およびT2*を短縮して信号強度を低下させるために使用されます（陰性造影剤）。最も一般的に使用される静脈造影剤は、高度に常磁性であるガドリニウムのキレート化合物をベースとしています。 [55]一般に、これらの造影剤は、X線撮影やCTで使用されるヨウ素化造影剤よりも安全であることが証明されています。アナフィラキシー様反応はまれで、約0.03～0.1％に発生します。[56]特に興味深いのは、通常の用量で投与した場合、ヨウ素化薬剤と比較して腎毒性の発生率が低いことです。これにより、造影CT検査を受けることができない腎機能障害患者にとって、造影MRI検査が選択肢となりました。[57]

ガドリニウム系造影剤は、典型的にはガドリニウム(III)の八座配位錯体である。この錯体は非常に安定（log K > 20）であるため、使用時には錯体を形成していないGd 3+イオンの濃度は毒性限度以下となるはずである。金属イオンの配位圏における9番目の位置は水分子によって占められており、この水分子は試薬分子の近傍の水分子と急速に交換し、磁気共鳴緩和時間に影響を与える。[58]

2017年12月、米国食品医薬品局（FDA）は医薬品安全性情報の中で、全てのガドリニウム造影剤（GBCA）に新たな警告を記載すると発表した。FDAはまた、患者教育の強化と、ガドリニウム造影剤のベンダーに対し、これらの造影剤の安全性を評価するための追加の動物試験および臨床試験の実施を義務付けることを求めている。[59]ガドリニウム造影剤は腎機能障害患者に有効であることが証明されているが、透析を必要とする重度の腎不全患者では、まれではあるが重篤な疾患である腎性全身性線維症のリスクがあり、これは特定のガドリニウム含有造影剤の使用に関連している可能性がある。最も頻繁に関連付けられているのはガドジアミドだが、他の造影剤も関連付けられている。[60]因果関係は明確に証明されていないものの、米国の現在のガイドラインでは、透析患者は必要な場合にのみガドリニウム剤を投与されるべきであり、体内から速やかに薬剤を除去するために、検査後できるだけ早く透析を行うべきであるとされている。[ 61] [62]

ガドリニウム含有造影剤がより多く入手可能なヨーロッパでは、潜在的なリスクに応じた造影剤の分類が発表されている。[63] [64] 2008年には、エオビスト（米国）またはプリモビスト（欧州）というブランド名で知られるガドキセテートという新しい造影剤が診断用に承認された。この造影剤には、二重排泄経路という理論的利点がある。[65]

シーケンス

MRIシーケンスは、特定の無線周波数パルスと勾配の設定であり、特定の画像外観をもたらします。[66] T1強調とT2強調もMRIシーケンスとして説明できます。

概要表

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この表には珍しいシーケンスや実験的なシーケンスは含まれていません。

特殊な構成

磁気共鳴分光法

磁気共鳴分光法（MRS）は、体組織中の様々な代謝物のレベルを測定するために用いられ、様々な単一ボクセル法や画像化技術を用いて測定することができます。 [96] MR信号は、「励起」される同位体の異なる分子配列に対応する共鳴スペクトルを生成します。このシグネチャーは、特定の代謝疾患、特に脳に影響を与える疾患の診断に用いられます。 [97]また、腫瘍の代謝に関する情報の提供にも用いられます。[98]

磁気共鳴分光イメージング（MRSI）は、分光法とイメージング法の両方を組み合わせて、サンプルまたは患者の内部から空間的に局在したスペクトルを生成します。空間分解能ははるかに低い（利用可能なSNRによって制限される）ですが、各ボクセルのスペクトルには多くの代謝物に関する情報が含まれています。利用可能な信号は空間情報とスペクトル情報をエンコードするために使用されるため、MRSIでは高いSNRが必要であり、これはより高い磁場強度（3T以上）でのみ達成できます。[99]非常に高い磁場強度のMRIの調達と維持のコストが高いため[100]、その普及を妨げています。しかし、最近の圧縮センシングベースのソフトウェアアルゴリズム（例：SAMV [101] ）は、それほど高い磁場強度を必要とせずに超解像を実現することが提案されています。

リアルタイム

50ミリ秒の解像度で人間の心臓をリアルタイムMRIで撮影
22ミリ秒解像度での人間の心臓（2腔像）のリアルタイムMRI [102]
歌唱中の声道のリアルタイムMRI （解像度40ミリ秒）

リアルタイム磁気共鳴画像法（RT-MRI）は、動く物体をリアルタイムで連続的に監視する技術です。従来、リアルタイムMRIは画質や時間分解能が低いという欠点がありました。しかし、反復再構成アルゴリズムによってこれらの制限が解消されました。ラジアルFLASH MRI（リアルタイム）は、面内分解能1.5～2.0 mmの画像に対して、20～30ミリ秒の時間分解能を実現します。[103]リアルタイムMRIは、関節や心臓の疾患に関する情報も提供します。多くの場合、MRI検査は患者にとってより容易で快適になり、特に呼吸を落ち着かせることができない患者[104]や不整脈のある患者にとって効果的です。

バランス定常自由歳差運動（bSSFP）画像では、 FLASH MRIよりも血液プールと心筋間の画像コントラストが良好であるが、B0不均一性が強い場合には重度のバンドアーティファクトが発生する。[104]

介入MRI

MRIは患者と検査技師に有害な影響を与えないため、MRIスキャナーで撮影した画像を用いて低侵襲性処置を行う介入放射線学に適しています。このような処置では、強磁性器具は使用されません。[105]

介入MRIの専門分野として成長著しいのが、手術中にMRIを用いる術中MRIです。一部の特殊なMRIシステムでは、手術と同時撮影が可能です。より一般的には、手術を一時的に中断し、MRIで手術の成功度を評価したり、その後の手術の指針を得たりします。[106]

磁気共鳴誘導集束超音波

誘導療法では、高強度焦点式超音波（HIFU）ビームを組織に集束させ、MR熱画像法を用いて制御します。集束部における高エネルギーにより、温度は65 ℃（150℉）以上に上昇し、組織を完全に破壊します。この技術により、病変組織の精密なアブレーションが可能になります。MR画像は標的組織の3次元画像を提供し、超音波エネルギーを正確に集束させることができます。MR画像は、治療部位の定量的かつリアルタイムの熱画像を提供します。これにより、医師は超音波エネルギーの各サイクルで生成される温度が、目的の組織内で熱アブレーションを引き起こすのに十分であることを確認し、不十分な場合は、効果的な治療を確実に行うためにパラメータを調整することができます。[107]

多核イメージング

水素は、生物組織に大量に存在し、高い磁気回転比によって強い信号が得られるため、MRI で最も頻繁に画像化される原子核です。ただし、正味の核スピンを持つ原子核であれば、どのような原子核でもMRI で画像化できる可能性があります。このような原子核には、重水素、ヘリウム 3、リチウム 7、炭素 13、フッ素19 、酸素 17、ナトリウム23 、リン31 、キセノン 129などがあります。2 H、23 Na、31 P は体内に自然に豊富に存在するため、直接画像化できます。自然に豊富に存在する重水素は、濃度が 15 mM 前後で画像化できますが、ガンマ線感度と四極子緩和 (NMR)が低いという欠点があります。ただし、重水素画像化では化学シフト スペクトルがまばらであるため、代謝物選択画像化用にカスタマイズされたマルチバンド選択 RF パルスを開発することができます。このように、炭素13を用いた代謝イメージングと同様の代謝イメージングは​​、重水素代謝イメージング（DMI）によって可能となり、生体内代謝プロセスの理解に役立ちます。また、重水素のT2値が短いため、信号の平均化が速く、その物理的欠点の一部を補うことができます。3 Heや129 Xeなどの気体同位体は、核密度が低すぎて通常の条件下では有用な信号が得られないため、過分極処理を施してから吸入する必要があります。17 Oや19 Fは、十分な量を液体（例えば17 O-水）で投与できるため、過分極処理は不要です。[108]ヘリウムやキセノンを使用すると、これらの元素は通常生体組織には存在しないため、背景ノイズが低減し、画像自体のコントラストが向上するという利点があります。[109]

さらに、正味の核スピンを持ち、水素原子と結合しているあらゆる原子の核は、水素原子と結合している低磁気回転比の核ではなく、高磁気回転比の水素原子核を画像化する異核磁化移動MRIによって画像化できる可能性がある。[110]原理的には、異核磁化移動MRIは特定の化学結合の有無を検出するために使用できる。[111] [112]

多核種イメージングは​​、現在、主に研究技術として用いられています。しかし、潜在的な応用としては、機能イメージング、1H MRIでは見えにくい臓器（肺や骨など）のイメージング、あるいは代替造影剤としての活用などが挙げられます。吸入型の超偏極3Heは、肺内の気腔の分布を画像化するために使用できます。13Cを含む注射液や、超偏極129Xeの安定化バブルは、血管造影や灌流イメージングの造影剤として研究されています。31Pは、骨密度や骨構造に関する情報に加え、脳の機能イメージングにも役立つ可能性があります。多核種イメージングは​​、双極性障害などの疾患の患者にとって重要な薬剤として使用されているリチウムのヒト脳内分布を可視化する可能性を秘めています。[113]

MRIによる分子イメージング

MRIは空間分解能が非常に高いという利点があり、形態学的画像と機能的画像に非常に適しています。しかし、MRIにはいくつかの欠点もあります。まず、MRIの感度は約10-3 ～ 10-5モル/ Lであり、他の種類の画像と比較すると非常に制限的になる可能性があります。この問題は、室温では核スピン状態間の個体差が非常に小さいことに起因します。例えば、臨床MRIの典型的な磁場強度である1.5テスラでは、高エネルギー状態と低エネルギー状態の差は200万個あたり約9分子です。MR感度を向上させるための改善策としては、磁場強度の上昇や、光ポンピングまたは動的核分極による過分極化などが挙げられます。また、化学交換に基づく様々な信号増幅方式によって感度が向上します。[114]

MRIを用いた疾患バイオマーカーの分子イメージングには、高い特異性と高い緩和能（感度）を有する標的MRI造影剤が求められています。これまで、MRIによる分子イメージングを実現するための標的MRI造影剤の開発に関する研究が数多く行われてきました。標的化には、一般的にペプチド、抗体、または小さなリガンド、そしてHER-2アフィボディなどの小さなタンパク質ドメインが用いられてきました。造影剤の感度を高めるために、これらの標的部位は通常、高ペイロードMRI造影剤または高緩和能を有するMRI造影剤に結合しています。[115]特異的mRNAおよび遺伝子転写因子タンパク質の遺伝子作用を明らかにするために、新しいクラスの遺伝子標的MR造影剤が導入されました。[116] [117]これらの新しい造影剤は、特異的mRNA、マイクロRNA、ウイルスを持つ細胞や、生体脳における炎症に対する組織反応を追跡することができます。[118] MRは、TaqMan分析、光学顕微鏡、電子顕微鏡と正の相関関係にある遺伝子発現の変化を報告します。[119]

パラレルMRI

磁場勾配を順次適用して MRI データを収集するには時間がかかります。最も合理化されたMRI シーケンスでも、勾配の切り替え速度には物理的および生理学的な限界があります。並列 MRI は、従来の順次方式ではなく、データの一部を同時に収集することでこれらの限界を回避します。これは、それぞれが体の異なる「ビュー」を持つ無線周波数 (RF) 検出コイルのアレイを使用して実現されます。削減された一連の勾配ステップが適用され、残りの空間情報は、既知の空間感度パターンに基づいてさまざまなコイルからの信号を組み合わせることで埋められます。結果として生じる加速度は、コイルの数と信号対雑音比 (加速度が増加すると低下する) によって制限されますが、適切なコイルアレイ構成を使用すると、一般的に 2 ～ 4 倍の加速度が達成され、特殊なコイルアレイを使用すると大幅に高い加速度が実証されています。並列 MRI は、ほとんどのMRI シーケンスで使用できます。

検出器アレイを使用してイメージングを加速する初期の提案が数多くあったが、MRI分野ではほとんど注目されなかったが、1996～1997年に空間高調波同時取得（SMASH）技術が導入されて以来、パラレルイメージングが広く開発および応用された。[120]感度エンコード（SENSE）[121]および一般化自動キャリブレーション部分的パラレル取得（GRAPPA）[122]技術は、今日最も一般的に使用されているパラレルイメージング法である。パラレルMRIの登場により、画像再構成およびRFコイル設計の広範な研究開発が行われ、市販のMRシステムで使用できる受信チャンネル数が急速に増加した。パラレルMRIは現在、さまざまな身体部位のMRI検査や臨床または研究用途で日常的に使用されている。

定量的MRI

ほとんどのMRIは、特定のパラメータによって「重み付け」された信号強度の相対的な変化の空間マップを取得することにより、MRデータの定性的な解釈に重点を置いています。[123]定量的な方法では、正確な組織緩和測定パラメータ値または磁場の空間マップを決定したり、特定の空間的特徴のサイズを測定したりします。

定量的 MRI 法の例は次のとおりです。

定量的MRIはMR画像と解釈の再現性を高めることを目的としていますが、歴史的にはより長いスキャン時間を必要とします。[123]

定量的MRI（またはqMRI）は、より具体的には、1回の撮影セッションで複数の組織緩和測定パラメータをマッピングするマルチパラメータ定量的MRIを指すこともあります。[129]マルチパラメータ定量的MRIをより高速化するための取り組みにより、各パラメータごとに別々のエンコード方法をシーケンスに組み込むか、 [130] MR信号の進化をマルチパラメータモデルに適合させることにより、複数のパラメータを同時にマッピングするシーケンスが作成されました。 [131] [128]

超偏極ガスMRI

従来のMRIでは、磁場によって励起される陽子を含む水分子が少ないため、肺組織の画像品質が低下します。超分極ガスを用いたMRI検査では、肺の換気障害を特定できます。検査前に、患者はヘリウムまたは窒素の緩衝ガスと混合した超分極キセノンを吸入します。その結果得られる肺画像は、従来のMRIよりもはるかに高品質です。

安全性

MRIは一般的に安全な技術ですが、安全手順の不備や人為的ミスにより傷害が発生する場合があります。[132] MRIの禁忌には、ほとんどの人工内耳と心臓ペースメーカー、破片​​、眼内の金属異物などがあります。妊娠中の磁気共鳴画像法は、少なくとも妊娠中期と後期には造影剤を使用せずに行う場合、安全であると思われます。 [ 133] MRIは電離放射線を使用しないため、CTとMRIのどちらでも同じ情報が得られる場合は、一般的にMRIがCTよりも好まれます。 [134]患者によっては閉所恐怖症を経験し、鎮静剤の使用やMRIプロトコルの短縮が必要になる場合があります。[135] [136]画像取得中の勾配コイルの振幅と急速なスイッチングは、末梢神経刺激を引き起こす可能性があります。[137]

MRIは強力な磁石を使用するため、磁性体が高速で移動し、飛散の危険性があり、致命的な事故を引き起こす可能性があります。[138]しかし、毎年世界中で何百万件ものMRI検査が行われているため、[139]死亡事故は極めてまれです。[140]

MRI装置は最大120dB (A)の大きな騒音を発生することがあります。[141]これにより難聴、耳鳴り、聴覚過敏を引き起こす可能性があるため、検査中はMRIスキャナー室内にいるすべての人が適切な聴覚保護具を着用することが不可欠です。

過剰使用

医学会は、医師が患者にMRI検査を行うべき時期に関するガイドラインを発行し、過剰な使用を推奨していません。MRIは健康上の問題を検出したり、診断を確定したりすることができますが、医学会は患者の訴えに対する診断や治療計画を立てる際に、MRIを最初の検査として用いるべきではないと推奨することがよくあります。よくある例としては、腰痛の原因究明にMRIを用いる場合が挙げられます。例えば、米国内科学会は、MRIを含む画像検査は患者にとって良い結果をもたらす可能性が低いため、推奨していません。[26] [27]

遺物

モーションアーティファクト（頸椎T1冠状断像）[142]

MRIアーティファクトとは、視覚的なアーティファクト、すなわち画像表示における異常現象のことです。磁気共鳴画像（MRI）検査では様々なアーティファクトが発生する可能性があり、診断の質に影響を与えるものもあれば、病理学的所見と混同されるものもあります。アーティファクトは、患者関連、信号処理依存、ハードウェア（機器）関連に分類できます。[142]

非医療用

MRIは、主に化学物質の日常的な分析に産業的に利用されています。核磁気共鳴技術は、例えば食品中の水分と脂肪の比率の測定、配管内の腐食性流体の流れのモニタリング、触媒などの分子構造の研究などにも利用されています。[1]

MRIは非侵襲性かつ非損傷性であるため、植物の解剖学的構造、水分輸送過程、水分収支を研究するために使用できます。[143]また、獣医学の放射線診断にも応用されています。これ以外では、動物学ではコストが高いため利用が限られていますが、多くの種に使用できます。[144]

古生物学では化石の構造を調べるために使用されます。[145]

法医学的画像診断は、手作業による剖検では得られない、剖検の詳細な記録を提供します。CTスキャンは骨格や実質の変化を全身で迅速に画像化しますが、MR画像診断は軟部組織の病変をより正確に描出します。[146]とはいえ、MRIはより高価で、使用に時間がかかります。[146]さらに、MR画像診断の品質は10℃以下では低下します。[147]

歴史

1971年、ストーニーブルック大学でポール・ラウターバーは、3次元磁場勾配と逆投影法を用いてNMR画像を作成しました。彼は1973年にNature誌に2本の水管の画像を発表しました。[148]続いて生きた動物であるハマグリの画像、そして1974年にはマウスの胸腔の画像を発表しました。ラウターバーはこの画像化手法を「ゼウグマトグラフィー」と名付けましたが、この用語は後に(N)MR画像法に置き換えられました。[1] 1970年代後半、ノッティンガム大学の物理学者ピーター・マンスフィールドとポール・ラウターバーは、エコープラナー画像法（EPI）などのMRI関連技術を開発しました。[149]

レイモンド・ダマディアンの核磁気共鳴（NMR）に関する研究はMRIに組み込まれ、最初のスキャナーの1つが構築されました。[150]

膨大な計算能力を必要とする実用的なMRIの開発には、半導体技術の進歩が不可欠でした。これは、単一の集積回路チップ上に集積されるトランジスタ数の急速な増加によって可能になりました。[151]マンスフィールドとラウターバーは、「磁気共鳴画像法に関する発見」により、2003年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。[152]

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ウィキメディア コモンズには、磁気共鳴画像法に関連するメディアがあります。
  • Rinck PA（編）. 「MRI：査読付き批評的入門」.欧州磁気共鳴フォーラム（EMRF）/ラウンドテーブル財団（TRTF） .
  • MRIガイドツアー：一般の方のための入門 国立高磁場研究所
  • MRIの基礎。基礎となる物理学と技術的側面。
  • ビデオ: 磁気共鳴安全・教育・研究研究所 (IMRSER) による MRI 検査中に何が起こるか
  • 英国王立研究所講演会 – MRI：人体を見る窓
  • ヨーロッパの観点から見た磁気共鳴画像法の短い歴史
  • MRIの仕組みを図解でわかりやすく解説
  • リアルタイム MRI ビデオ: Biomedizinische NMR Forschungs GmbH。
  • ポール・C・ラウターバー著『MRI（磁気共鳴画像）ノートブックの起源』1971年9月（全ページは、Science History Institute Digital Collections（digital.sciencehistory.org）からさまざまな形式で無料でダウンロードできます）