大象传媒

数理物質系　寺田 康彦(てらだ やすひこ)　准教授

　个々の水素原子は、核スピンという现象により、小さな磁石のような性质をもっています。しかし、たくさんの原子が集まった状态では、个々の核スピンの向きはばらばらなため、全体としては磁石の性质が消えています。そこに强い磁场をかけると、それに反応（共鸣）して、スピンの向きがそろい、磁石の性质（磁化）が復活します（核磁気共鸣现象ＮＭＲ）。その信号を测定すれば、水分量が异なる组织を见分けることができるというのが、ＭＲＩ（核磁気共鸣画像法）装置の原理です。これを开発したアメリカとイギリスの研究者は2003年にノーベル医学生理学赏に辉きました。この装置が医学、それも特に脳科学の研究を変えたからです。

　病院に置かれたＭＲＩ装置は、人体をすっぽり収纳するようなトンネル状の大きな装置（ガントリー）です。もっとコンパクトに、机动的にできないものだろうか。思わずひらめいた筑波大学の巨瀬（こせ）胜美教授は、电磁石ではなく永久磁石を用いることで、1998年に世界初の永久磁石式コンパクトＭＲＩの开発に成功しました。それ以来、改良を进めると同时に、持ち运び可能なモバイルＭＲＩの开発などを进め、人体の一部はもちろん、小动物、植物、生体试料、食品、材料、流体など、さまざまなものの画像化にチャレンジしてきました。博士研究员として隣の研究室で走査トンネル顕微镜の开発研究をしていた寺田さんは、巨瀬さんに诱われ、2008年にＭＲＩの世界に参入しました。もともとモノづくりと计测が好きだった寺田さんは、巨瀬研究室の水に合い、まさに水を得た鱼のように泳ぎ出しました。

　研究装置のハイテク化、大型化が进む昨今、惭搁滨は手作りした装置を研究に使えるという、今どき珍しい贵重なツールです。撮像时间が长い、分解能が低いという弱点はあるものの、光学顕微镜では见られないものが见られるという强みがあります。その惭搁滨にはさまざまな技术が使われており、いろいろな広がりもあるとのこと。测りたいものに合わせた装置を设计し、コイルを巻き、组み立てます。小さい装置の方が磁场を调节しやすいものの、製作の难度は高くなるそうです。大学病院の整形外科との共同研究では、子供の手の骨の骨年齢を测定するための装置を开発しました。低身长症の早期诊断に役立てるためです。齿线撮影は、小さな子供にとっては被曝の影响が心配です。かといって病院にある惭搁滨装置では、华奢な骨の精度の高い画像を得るには大きすぎます。植物の研究者との共同研究では、イネの地下茎の成长を测定したり、果树の健康度测定などを手掛けてきました。树木が水を吸い上げる导通状态を测定することが、梨の萎缩病の诊断を可能にするのです。

　装置の开発だけですべてが解决するわけではありません。コイルで発生させた磁场で测定した结果は、やはりコイルで受信します。そうやって得られた信号波形のデータを解析することで、画像として出力させます。それを全部一人でこなせる学生もまれにいますが、たいていは、计测好き、工作好き、プログラミング好きなど、それぞれ得意な分野があります。そうした得手不得手を见极め、研究テーマを相谈します。2016年３月には、大学院生の长田晃佳君のがんばりで、自然条件下で生育する树木の树液の流れの可视化に世界で初めて成功しました。屋外树木测定用のコンパクト惭搁滨を开発し、屋外に生えているケヤキの树液の流れを可视化したのです。树液の流れを连続してイメージングすることで、昼と夜、落叶の前と后では树液の流れが大きく変化していることが确认できました。ただし物理屋の仕事はここで终わります。あとは、たとえば植物生理学者の仕事になります。

　组み立てた装置の试运転には、たとえばスーパーから买ってきた果物を使ったりします。狈贬碍の人気番组「ためしてガッテン」の依頼で、おにぎりやステーキ肉の水分を测定したこともあります。结晶の齿线解析から地震の研究までこなし、「天灾は忘れた顷来たる」などの名言も残した明治生まれの物理学者、寺田寅彦（1878?1935）は、尺八の音响学で博士号を取得し、弾丸の飞行を特殊な方法で撮影したり、金平糖の角のでき方についての考察などもしていました。その寅彦を曽祖父にもつ寺田康彦さんにも、そんな物理屋の好奇心の血が流れているようです。

文責：広報室 サイエンスコミュニケーター

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