3000万台から260万台へ、国産のMRI装置は国民にどんなメリットをもたらすのか？

監査専門家：孟孟

中国科学院物理研究所准研究員

少し前、皆さんの携帯電話には、国産の核磁気共鳴画像装置が大量生産されたというニュースが殺到したかもしれません。関連ニュース報道によると、関連機器の価格は3000万以上から300万以下まで下がり、90％以上の値下がりとなった。

21 世紀初頭から、磁場強度、磁気線形指示器などの分野で継続的な進歩が遂げられ、核磁気共鳴技術はもはや実験室に限定されず、徐々に医療分野へと進出し、重要な現代医療検査方法となっています。

MRIは誰もが聞いたことがあるし、健康診断などで体験したことがある人も多いと思いますが、MRIとはどのような原理なのでしょうか？核磁気共鳴装置の国産化は我々にどのような利益をもたらすのでしょうか？

画像出典: CCTVニュース

1

NMRとは何ですか?

原子構造と物質の物理的特性を研究するために、人々は強力な外部磁場を構築してほとんどの原子を方向付け、異なる帯域の電磁パルスを適用してスペクトル内に異なる情報を提示させます。この分光法は核磁気共鳴分光法 (NMR) と呼ばれます。この方法では原子レベルで情報を受け取るため、さまざまな物質の元素組成と構造を定性的に分析できます。

ソース | 「核磁気共鳴スペクトル分析」

核磁気共鳴技術は多くの分野で広く利用されてきました。化学業界では、核磁気共鳴技術により、ロケットエンジンに搭載された燃料に欠陥があるかどうかを正確に検出し、さまざまな物質の分布を明確に把握することができます。地質探査の分野では、核磁気共鳴技術により、ほとんど影響を与えることなく、短時間で採掘地域の地質情報や資源分布を把握することができます。核磁気共鳴技術の応用により、資源探査の効率が大幅に向上し、事故率が低下し、コストが削減され、多くの産業がより近代化され、情報化されました。医療分野では、磁気共鳴画像法（MRI）がよく使われます。

2

医療用MRIの原理は何ですか？

物理学の発展は、ある程度、物質の継続的な細分化のプロセスです。古典物理学者は、物質の最小単位は原子であると信じていました。科学者たちは原子の基礎をさらに深く探求し、原子が陽子、中性子、電子というより小さな粒子に分割できることを発見しました。

粒子の構成では、中性子は電荷を帯びず、原子核は正に帯電し、電子は負に帯電します。電子は原子核内の陽子に引きつけられ、両者が持つ正電荷と負電荷は互いに打ち消し合います。中性子の数はゼロになる可能性があり、そのため原子全体は電気的に中性です。陽子と中性子は原子の中心で原子核を形成し、電子は原子核の外側を周回します。

さらに、私たちの体内の水分含有量は 70% に達する可能性があることは誰もが知っています。一般的に、水分子を表すには H2O を使用します。酸素原子が 1 つと水素原子が 2 つだけ含まれており、その形は漫画キャラクターのミッキーマウスの頭に似ていることがわかります。

画像ソース |百度百科事典

そのうち、水素原子の核はたった 1 つの陽子で構成されています。陽子を球体とみなすと、宇宙の天体と同様に、球体の中心を通る直線の周りを回転します。陽子は電荷を帯びており、荷電粒子の動きによって磁場が発生し、原子核の回転によって核磁石が形成されます。

ソース |核磁気共鳴装置の紹介

人が核磁気共鳴装置の中に横たわると、装置が作り出す地球の磁場の数万倍の磁場が人体を通過し、原子の半分以上が特定の方向に配列されます。残りの「行儀の悪い」原子は、その方向に歳差運動します（回転する自転車の車輪が左右に揺れるのと同様です）。

研究により、この歳差運動の頻度は外部磁場の大きさに比例することがわかっています。したがって、機器を使用して頭からつま先まで直線的に変化する磁場を適用すると、人体の各軸位置の歳差周波数も直線的に変化します。

このように、人間の体は琵琶のようなものです。楽器から発せられるさまざまな波長の電磁パルスは、弦を弾く指によって発生します。弦は指の圧力によって変形し、指を離すと外側に「音」を発します。これらの「音」は専門機器で分析され、人体に関する豊富な情報を得ることができます。

3

国産の核磁気共鳴装置がいかにして注目を集めるようになったか

前述のように、人体の原子を「従順」にするためには、強力な磁場を作り出す装置が必要であり、それには極めて大きな電流が必要です。

ジュールの法則によれば、導体によって発生する熱は導体の抵抗と導体を流れる電流に比例します。特に大電流時の発熱を抑えるためには導体の抵抗を下げる必要がありますが、これは簡単なことではありません。そのため、現在では導体を極低温環境（-260℃以下）に置く方法が一般的に使用されています。おそらく誰もが室温超伝導に関するニュースに注目しているでしょう。この技術が解明されれば、産業に大きな衝撃を与えることになると考えられます。

同時に、機器は低温環境で継続的かつ安定して存在する必要があり、そのためには強力な電源、高度な技術、完全な工業生産ラインが必要です。さらに、核磁気共鳴信号画像変換装置、制御チップ、無線周波数信号送受信装置など、一部の特殊部品にも非常に高い技術要件があります。基礎が貧弱で開始が遅れたため、中国の核磁気共鳴装置市場は長い間、一部の外国企業によって独占されてきました。関連機器の購入と維持には高額な費用がかかります。

現在、中国が独自に開発した核磁気共鳴装置が実用化されている。北京大学深圳病院の医師らによると、これまで使用されていた外国製の機器と比較すると、中国が独自に開発した機器は解像度が高く、撮影速度が速いという利点があるという。最も重要なのは、メンテナンスコストが低く、操作が簡単なため、コストが大幅に削減されることです。将来的には大多数の患者に確実に利益をもたらすと信じています。

ソース | CCTVニュース

国産の核磁気共鳴装置の台頭は、我が国の科学研究メカニズムの革新と密接に関係しています。中国科学院深圳先端技術研究所の研究者らは、プロジェクト開始当初から研究チームは業界と緊密に連絡を取り合っており、業界のニーズとのマッチング度合いが科学研究成果をテストする上で最も重要な指標の一つに設定されていると述べた。中国科学の急速な発展を基礎として、科学研究チームと産業界のたゆまぬ努力により、核磁気共鳴を含む多くの分野で総合的な進歩を達成することができました。