MRIの仕組みは体の中の『音叉』にあり！水素原子の共鳴が描き出す量子力学の画像診断【眠れなくなるほど面白い 図解 量子の話】

ＭＲＩを働かすのは体の中の「音叉」！

みなさん、音叉（おんさ）って覚えていますか？音楽の授業で出てきたフォークのいとこのような二股に分かれた金属棒です。音叉を軽く叩くと、音叉は揺れて特定の音、たとえば「ラ」の音を出します。揺れていない音叉を「ラ」の音が出ている楽器の近くに持っていくと、音叉は揺れはじめ、自然に「ラ」の音を出しはじめます。この現象のことを共鳴と呼びます。音叉は別の楽器の音に共鳴して揺れ始め、自らその音を出しはじめたのです。

量子力学的に見ると、この世の中は特殊な「音叉」だらけです。実はわたしたちの体をつくっている原子も音叉のように共鳴するのです。その原子の特性を使った医療装置がＭＲＩと呼ばれる装置です。みなさんもどこかで脳や体の中を輪切りにしたような写真を見たことがあるかもしれませんが、これらの写真はＭＲＩという量子「音叉」測定装置で撮られているのです。

わたしたちの体の中にはたくさんの水素原子が含まれていますが、これが量子的な「音叉」です。ＭＲＩの装置の中ではつぎのようなことが起こっています。ドームのような装置を使って、体の中に電磁波を当てます。そうすると体の中の水素原子がいっせいに共鳴し、当てたものと同じ電磁波を出しはじめます。この出てきた電磁波に集光マイクのようなセンサーを向けて「耳を澄ませ」ると、水素原子が多くあるところからは、たくさんの共鳴電磁波が聞こえます。水素原子が少ないところからはあまり聞こえません。体の表面だけではなく中からもその共鳴が聞こえてきます。この水素原子の共鳴がどれくらい聞こえたかを濃淡に表したものがＭＲＩの写真というわけです。

MRIの仕組み

MRIは体内に電磁波を当てる装置だが、体の中には多くの水素原子が含まれている。そこに電磁波が当たると体内の水素原子がいっせいに共鳴し、多くの共鳴電磁波が生じる。水素原子の多いところでは多くの共鳴電磁波が、少ないところでは少ない共鳴電磁波が出現する。その濃淡を画像処理するのがMRIという機器だ。そうした共鳴電磁波が生じる水素原子を量子的な「音叉」と呼ぶ。

MRI画像

丸囲みの白い部分はたくさん共鳴し、黒い部分は共鳴が少ない。わたしたちの体は、人体構造としては筋肉や脂肪、血液など多くの細胞で成り立っているが、物理学的には「量子の塊」なのだ。

この世の中は量子でできているんだね。宇宙も地球も生物もすべてだ。ピンとこないかもしれないけど、僕らの前に広がる風景なんかも目の前のこの本もすべて量子。あなたの愛するワンちゃんもニャーと甘えてくるネコちゃんも量子でできているよ。だから、当然、僕らの体も原子という量子でできている。ということは、人間の体は生きた量子の塊といっていいんだよ。そうして、時に音叉のように共鳴するんだね。

【出典】『眠れなくなるほど面白い 図解 量子の話』著：久富隆佑、やまざき れきしゅう