磁気共鳴イメージング装置の安全性
荒 木 力 山梨医科大学放射線医学教室 磁気共鳴イメージング（magne￡ic resonance imaging．MRめは核磁気共鳴（nuclear magne− tic reso照nce−NMR）を利用した画像診断であ る。1970年代末期から開発が進み，本邦でも1982年に始めて臨床MRI装置が認可され
だ｝2＞（図1）。その後，信号雑音比（S／N）， 空問分解能，時間分解能の追及に伴って，静磁場や傾斜磁場強度も上がってきた。MRIは
CTのように電離放射線を使用する装置ではな いので，いわゆる“放射線被爆”は存在しない が，磁気に関しては放射線ほどに研究が進んで おらず，その生物に対する影響については不明 な点も少なくない。ここでは，日常的にMRI 装概で患者の検査を施行している立場から，そ の安全性についてまとめることにする。 MR1装置は，静磁場用磁石，傾斜磁場コイル， 高周波発生装置および送信用コイル，受信用ア ンテナ（送信用コイルと同じでもよい），これ らの制御と画像構成のためのコンピュータシス テム，さらに患者用寝台などから構成されてい る（図2）。静磁場用磁石には永久磁石，常伝 導電磁石および超伝導磁石がある。一般に0．3 T以上の静磁場強度を得るには超伝導磁石が必 要である。ちなみに山梨医科大学付属病院放射 線部に設置されているMR王診断装置は超伝導 磁石によって，静磁場！。5Tに保たれている。 このようなMRI装置の構成から， MRI検査の 安全性に関しては，1）静磁場，2）傾斜磁場， 3）高周波，4）その他，について考える必要が ある。 〒409−38 山梨県中巨摩郡玉穂町下河東1110 受付：1995年7月13懸 受理：1995年7月28日 1）静磁場 静磁場（sta挽ma即etlc 6eld）の人体に対す る影響は，a）静磁場自体の生物学的効果とb） 物理的効果に分けられる。 a）生物学的効果（biologlcal e｛fect） 静磁場が生体にどの様な生物学的影響を及ぼ すかに関しては，様々な生物を使ってDNAや 染色体異常から心機能や行動異常まで，多くの 研究がなされているが，もっとも意見の分かれ る分野である。培養リンパ球の染色体異常の増 加3＞，鶏や蛙の胎児奇形の増加4陶，膵島から のインスリン分泌異常6＞や心拍間隔の変化7）な どの報告はあるが，現在認可されている範囲（厚 生省：1．5T， FDA：2．OT）で人体に対し確 固たる再現性のある影響は認められていない。 しかし，妊娠初期の胎児（胎芽）に対する影響 は懸念されるため，この時期におけるMR夏は 見合わせるべきと考えられる． b）物理的効果（physical effecの これには，強磁性体（ferromagnetic sub− stance）に静磁場が及ぼす機械的な力と，電磁 気学的な影響とがある。機械的な力は回転力（ト ルク）と吸引力とに分かれる。回転力は，強磁 性体の長軸を静磁場方向（多くの装澱では患者 の長軸方向と一致する）に平行に向けようとす る（例えば，スパナの長軸を静磁場方向に平行 とする）力で，均一な磁場（例えばガントリ∼ 内）でも働く。これに対し吸引力は，磁石が釘 を引き付けるのと同じで，磁場勾配がある部分 だけで働く。ガントリー内（実際に撮像する部 位）では磁場は基本的に均一であるから吸引力 は無視できるが，その周辺では，磁場勾配があ るため，強磁性体をガントリー方向に引き付け1A 1B 図1．MR画像の進歩 A：1982年本邦初の臨床MRI装置によるT1強調像（0．12 T，常伝導）， B：1993年の T1強調像（0．5T，超伝導） る。ここで考慮しなければならないのは，自己 シールド型や永久磁石のMRI装置である。こ れらは静磁場用磁石周囲の漏洩磁場を低く押え てある。一見極めて安全のようである。事実， 静磁場用磁石から，ある程度離れた所ではほと んど吸引力は働かない。しかし，近いところで
傾斜磁場コイル 静磁場コイル RF：コイル 穰．・難 欝 霊 鍵，v鞭．
細
図2．MRI装置の構造 は（静磁場強度が同じであれば），それだけ強 い磁場勾配が存在することになるから，より強 い吸引力が働くことに注意すべきである。 このような静磁場が強磁性体に働く機械的な 力は，体内に埋め込まれたもの（動脈瘤クリッ プ，人工関節，眼内異物，金属コイルなど）を 移動させたり，脱落させる危険性があるため， MRI検：査前に，これらが強磁性体か否かを確 認、して置く必要がある。 また，MRI室でも，他の検査室と同様，患 者の急変に迅速に対処できなければならない。 MRI室で，気管切開，気管内挿管，点滴，な どの救急医療が行えるように機器を用意して置 く必要がある。もちろん，これらはすべて，ア ルミニウム・セラミックなどの非強磁性体でな ければならない。 もう一つの静磁場による物理学的影響は電磁 気学に敏感な医療機器に対するものである。こ の中で最も問題となるのは，心臓ペースメイ カーである。とくにこれに組み込まれている リードスイッチ（reed．switch）は， MRI装置 に近づくとユ00％誤作動するとされており8）， 十分な注意が必要である。MRI装置周辺には 静磁場が5ガウス（0．0005T）をこえる境界を 線で明示して注意を喚起することになってい る。また，リード線がアンテナとして働き，高 周波に反応して頻回の刺激を送ってしまうこと も実験的に知られている9）。同様の高周波に対 する反応は，体内埋め込み式除細動装置や体内 に取り残されたペースメーカーリード線でも知 られている。また患者に対する直接の影響では ないが，静磁場内では心電図等の機器が正しく機能しない（例えばT波の上昇）ことも知られ ている。さらに，最近急速に普及しているクレ ジットカード，プリペイドカードなどの磁気 カードやフロッピーディスクの記憶が消去され てしまうから，患者，医療従事者ともに，これ らをMRI室に持ち込まないように注意が必要 である。 2）傾斜磁場 MR王では高速に傾斜磁場の℃n−offを繰り返 す。これは導体（人体もその一つ）に誘導電流 を発生させる（Faradayの電磁誘導）。誘導電 流による人体への影響は，発熱作用と直接作用 に分けられる。傾斜磁場のon−offによる熱エ ネルギーは低く，発熱の作用は無視できる。直 接作用としては，神経細胞や筋細胞刺激，心室 細動や癩廟および網膜または視神経刺激による 閃光（磁気閃光）誘発などがある。これは，磁 場変化率（dB／dt），導体断面積，電気伝導度 が大きいほど強くなる。現在使用されている MRI装置の傾斜磁場強度は0．01−0。015 T／m で，0．ひ1msでon−offされるから，静磁場の 中心点から25cm地点における磁場変化率は 2．5−7．5T／sとなる。また，人体における誘導
電流はLOT／sにつき1μA／cm2程度とされ
るlo＞から，通常のMRIにおける傾斜磁場の on−offに伴う誘導電流は，10μA／cm2以下と考 えられる。神経細胞活動電位誘発には約3，000 μA／cm2，心室細胞誘発には約！00−1，000 μA／cm2は必要とされるから10＞，現在認可され ている範囲（表！）で撮像している限りまず問題にはならないであろう。磁気閃光は！7
μA／cm2で誘発されるという報告もあり，実際 に4Tの実験装置で経験されている。しかしな がら，MRIの現時点での限界（例えば時間分 解能の低さ）を克服し，より有効な診断法とす るために，傾斜磁場強度をあげ，echo−planar 法のように，さらに高速に傾斜磁場のon−offを切り換える方向にMRI技術は向かってい
る。こうなると，体内に誘導される電流が一段 と高くなり，十分に安全といえる範囲を逸脱し かねない。人体に対する影響を十分に認識し， 責任を持ってMRIを施行しなければならない （第1次水準管理操作モードとして表！とは別 の基準がある）。磁気閃光は，MRIが生体に重 大な影響を与える前のよい警告になるであろう。 3）高周波 MRIで利用される電磁波の周波数は， MHz のレベル（lH．MRIの場合，静磁場強度鷲1．O Tで42。6MH：z）で，無線，ラジオ，テレビに 利用されている領域と同じで高周波と呼ばれる。 X線やγ線はもとより，紫外線，赤外線，可視 光線と比べても，著しく周波数が低い（波長が 長い）ため，電離作用はなく，いわゆる（電 離）放射線被爆はない。しかし，瞭offされる 傾斜磁場と同様，磁場が変化するから，そのた めの直接作用と発熱作用を考慮する必要がある。 傾斜磁場の変化は，多くても2，000Hz程度で あるが，高周波の周波数は（電磁波としては低 いが）これより遙かに高い。逆に高周波の磁場 としての強度は，傾斜磁場より遙かに低い。こ のため，傾斜磁場では，直接作用が問題で，発 熱作用は無視できたのと反対に，高周波による 生体への直接作用は傾斜磁場におけるよりも， 小さく，明瞭ではないが，その発熱作用が問題 となる。高周波により蓄積される電力は比吸収 率（SAR．speci丘。 absorption rate）によって表 され，その単位はW／kgである。通常のMRIにおけるSARは平均して2W／kg以下とされ
るが，局所的には3W／kgをこえることもあ る。SARは高周波の周波数，振幅，印加時間， コイルの種類，組織の電気抵抗などによって複 雑に影響される。また体内では温度調節機構が 働いているから，これがそのまま体温上昇に繋 がるわけではない。また体温調節機能も，外界 の条件（温度，湿度，通風）によって影響され る。このため，実際にどの程度の熱量が体内で 発生し，どの程度が体温調節機構によって処理 されているのか算出するのは困難であるが，こ れまでのMRIによって，臨床的に有意な発熱 があったという経験はない。しかし，体温調節 機能の低い幼児や，熱に弱い精巣や水晶体の検 査には注意する必要があろう。急性症状は経験表1．厚生省およびFI）AのMRI安全基準（通常操作モード）＊4 ！）静磁場強度 2）磁場強度変化率 3）RF発熱（SAR） 4）騒音 5）“使用上の注意”の 記載（磁場区域） 0．15T以上，！．5丁以下＊1 以下の3項目のいずれかに該当するもの （1）装置の最大dB／dt値が，6T／秒以下であるもの （2）軸方向の変化率が γ≧120μsにおいて＊2 dB／dt値く20 T／秒 または ！2μs＜γく120μsにおいて dB／dt値く2400／γ（μs）T／秒 または γ≦12γsにおいて dB／dt値〈200 T／秒 でありなおかつ 横方向の変化率が 上記の軸方向についての数値の3倍を超えないもの （3＞最低3倍以上の安全係数を見て，その装置の単位時間あたり磁場強度変化 率が末梢神経の刺激を引き起こさないことを示すこと。この場合の磁場強 度変化率（dB／dt値）の計算上十分な根拠に基づいた最大予測値が上記の 2つの制限値のどちらかを下回ることを明示できるもの． 以下の3項目のいずれかに該当するもの （1）全身で SAR≦0．4W／kgさらに 体内のいずれの場所でも組織！g SAR≦8．OW／kgさらに 頭部で SAR≦3．2W／kg（平均） または （2＞RF磁場による映射が体幹部に於いて1℃以上の温度上昇を招かないこと． 及び局部的な体温が頭部で38。C，体幹部で39℃，四肢で婆OQCをそれぞれ 超えないこと． または （3＞上記のいずれにも該当しない場合には，インタロック機能を具備するか， または計算上十分な根拠に基づいて，実際の想定値が安全上問題無いこと を示さなければならない． 該当の装置によって発生する騒音の制限値はOSHA（Occupation Safety and Health Administrat玉on）が設定している勧告値（エ日8時問平均で90 dBA， 1時間平均で105dBA，ピーク値で104 dBA）を下回っていなければならない． 騒音が上記の制限値を超える場合には，機器の申請者は患者の感じる騒音の レベルを削減もしくは軽減する手段を示さなければならない． 10ガウス以上の磁場区域内に入る心拍ペースメーカーもしくはその他の体内 埋込型電子機器装着者の危険性．＊3 ＊1：FDAでは2T以下 ＊2：γは立ちあがり時間 ＊3：5ガウスに訂正される予定 ＊4 この他に第i次水準管理操作モードと第2次水準管理操作 モードがある されていないが，慢性的な影響（不妊・白内 障〉は否定できないからである。また，傾斜磁 場の項でも述べたように，傾斜磁場とともに高 周波も短時間のうちに何回も照射する撮像法が 発表されている。これらの導入にあたっては十 分な配慮が必要である。 電気伝導度の高い金属線（心電図，プレシス モグラフィ，表面コイルなどのリード線）には， 高周波によって大きな電流が誘導され，高熱を 発生することがあり，実際に撮像中の患者が直 接触れて火傷を負った例が報告されている11）。 裸の金属が患者に触れることのないように注意 しなければならない。 4）その他 a）超伝導磁石のクエンチ 超伝導装置では，静磁場磁石コイルを極めて
低温に保たなければならない。このために，液 体ヘリウムが使われ，補助的に液体窒素を利用 する装置が多い。これらがコイルとともに低温 保持装置（cryostat）内に密封され，コイルを 超伝導状態に保つ。何らかの原因で温度が上昇
