引用：Wikimedia Commons

X線は、波長が10pm～10nm程度の電磁波です。10pm(ピコメートル)は1ミリの1億分の1の長さ、10nm(ナノメートル)は1ミリの10万分の1の長さです。この波長に対応する周波数は、30 PHz～30EHz。30PHz(ペタヘルツ)は1秒間に3×1016回、つまり1秒間に3京回の振動を表しています。京とは、1億の1億倍を表す単位です。また、30EHz(エクサヘルツ)は1秒間に3×1019回、つまり1秒間に3,000京回の振動を表しています。

「5Gとは何？：5Gが生み出す新しい社会」で見たように、新しい通信技術5Gで使用している電磁波の周波数は、3.7GHz帯，4.5GHz帯，28GHz帯です。X線の周波数をGHz(ギガヘルツ)で表すと、30,000,000GHz～30,000,000,000GHzですから、X線の周波数が5Gと比べていかに高いかが理解できると思います。このX線を通信に使ったら凄そうですね。現在、NASA(アメリカ航空宇宙局)が宇宙利用を目的に実験を開始しています。

医療の画像診断へ話を戻しましょう。現在では、電磁波を使った画像診断技術は、コンピュータ技術の発展と共にさらに進化しています。例えば、下の画像は、X線CTによる腹部大動脈の3D画像です。

この他にも、例えば電磁波(X線)を使った「3D仮想内視鏡」などのように、お腹を切開したり、内視鏡を体内に入れたりしないでも、電磁波を使えば体の内部を詳細に見る(診る)ことができる時代に入りました。

さて次に、医療と電磁波の関係の2つ目として、電磁波が治療にも活用されていることを見ていきましょう。

身体を温めて腫瘍などの病気を治療するハイパーサーミア(Hyperthermia)という方法があります。温熱療法，加温療法，高温療法とも呼ばれています。電磁波の一種である赤外線やマイクロ波などを照射することで、体の一部を温めて治療する方法は、既にリハビリテーションなどに広く利用され、一定の効果が認められています。現在は加温技術の進歩と共に臨床応用も進み、手術療法や放射線療法などと並ぶ治療法の一つとして活用されています。

引用：山本ビニター株式会社

このハイパーサーミアは、例えば8MHz(メガヘルツ)の電磁波を活用すると、胃癌・肺癌・肝臓癌などに有効であることが判明しており、1984年には癌の治療用具として厚生省の認可を獲得。さらに1996年には、電磁波による局所温熱療法が、健康保険の適用対象となりました。

また2014年に日本でも使用可能になったオンコサーミア(Oncothermia)は、特殊な変調がされた10MHz帯の電磁波を活用しています。これにより、正常細胞への加熱を最小限に抑え、癌細胞のみに対して治療目的の特異な作用を与えることが出来るようになりました。

このように電磁波の医療応用は、まさに日進月歩であり、電磁波は医療の分野において様々に活躍しています。

なお、電磁波を活用する医療装置は、不必要な電磁波ノイズを受けると誤動作することがあります。例えば、MRI(Magnetic Resonance Imaging：核磁気共鳴画像)は、磁場と電波の2種類の電磁波を活用しており、非常に微弱な電磁波ノイズでも画像にノイズが入ることがあります。そのために、専門家により高度に設計されたシールド対策を施した特殊な部屋「電磁波シールドルーム」の中に設置して動作させる必要があります。対策の具体的な方法は、対象となるノイズの種類や大きさなどにより異なります。詳しくは「電磁波が漏れる危険への基本的対処法」をご参照ください。

強い磁場を、検査部位(例：頭部、腹部など)が入るくらい大きな空間で均一に発生させる技術は高度なものであり、例えば超伝導磁石が使われています。重量も数トン～数十トンあり、設置の際には床の耐荷重に気を付けると共に、設置作業も大掛かりなものとなります。

なお、このMRI (核磁気共鳴画像法) に関する発見に対し2003年、Paul Christian Lauterbur(ポール・クリスチャン・ラウターバー)博士とSir Peter Mansfield(ピーター・マンスフィールド)博士へ、ノーベル生理学･医学賞が授与されました。

一方で、CTについても見てみましょう。

CTとはComputed Tomography(コンピュータ断層撮影)の略で、放射線などを利用して対象物を走査し、コンピュータを用いて処理することで物体の内部画像を構成する装置です。一般的に医療現場でCTと言う場合には、X線を活用した「X線CT」を示します。X線は、「医療の世界における電磁波の活躍」にも出て来たように、電磁波の一種です。

X線CTは、「何」を測定し画像化しているのでしょうか？
X線CTの原型とも言える「X線撮影」(通称レントゲン)を例に、見てみましょう。

X線撮影は、X線発生装置と感光版の間に体を置き、感光版に焼き付けて画像化します。X線は感光板を黒く変色させるため、体の部位により、X線が通過した部分は黒く写り、X線が阻止された部分は白く写ります。肺炎や腫瘍などでは、X線の透過度が低くなる特徴があることで、医療応用が拡がりました。つまり、X線撮影は「体の各部位における、X線の透過度の違い」を測定していることになります。

このX線撮影の原理を応用し、X線発生装置(X線管)、X線検出器を走査させ、コンピュータ処理する装置・システムが、X線CTとなります。

ところで、X線CTとMRIで同じ部位を撮影したら、どのような違いが生じるのでしょうか？

引用：飯田橋心臓画像クリニック

一見すると、あまり違いがよくわかりません。しかしながら、様々な要素から上の表「頭部の主な病名と検査装置」でも示されているような「使い分け」がされています。これまで世界中の研究機関や臨床現場で長年に亘り積み重ねられてきた知見や治験、データを基に発展してきた医学そして医療。さらなる進化のために、電磁波の有効活用は今後も続いていくと思われます。

その前に、MRIは「強い電磁波を活用していると共に、弱い電磁波ノイズでも誤動作する」特徴があることを頭に入れておいてください。譬えてみれば「大きな声で話している人が、敏感な耳と繊細な心を持っていて、周囲の雑音がたとえ僅かでも、話に集中できなくなり、誤った発言をしてしまう」ようなものでしょうか。

では早速、電磁波が漏れた場合の危険性と基本的対処法の事例を、以下で2つ見てみましょう。

MRIの画像にノイズが入ると、誤診に繋がりかねません。命に関わる危険性も孕んでおり、このような事態は何としても回避しなければなりません。

このような場合の基本的対処法は、①マグネットの磁場強度(正確には磁束密度の大きさ)を変えて核磁気共鳴の周波数をお互いにずらす、②ドアのメンテナンスを頻繁に行い、シールド性能が常に保たれるようにする、③そもそも最初の設計を慎重に行う、などが考えられます。

なお、日本国内では手動･片開きのスイングドア(開き戸)が主流ですが、海外では自動のスライドドア(引き戸)もあり、後者はシールド性能が劣化しづらい特徴があります。

また、基本的対処法②の「磁気ノイズキャンセラーの導入」は、MRIのZ軸方向(ベッドの長手方向)の静磁場が時間変動しないよう、外部から侵入してくる不要な磁場(磁気ノイズ)をキャンセルするために、反対向きの磁場を発生させるシステムを導入することを示します。例えば、磁気ノイズが「Z軸方向にプラス10」だとしたら、「Z軸方向にマイナス10」の磁場を発生させるという意味です。既に実用化された技術であり、基本的対処法①と②のどちらを選択するか、あるいは両方を組み合わせて対策するかは、その時々の条件によりケースバイケースとなります。詳細はお問い合わせください。