2022年のノーベル賞の発表が控えている中、 物理学の世界 編集者は、自分の分野以外で賞を受賞した物理学者に注目します。 ここ、 タミ・フリーマン 物理学者がノーベル生理学・医学賞を受賞するきっかけとなった XNUMX つの医用画像のブレークスルーを調べます。
物理学者は常に生物物理学と医学物理学に関心を持っており、Francis Crick と Maurice Wilkins が 1962年ノーベル生理学・医学賞 DNA の構造を解明したことに対して (生物学者のジェームズ ワトソンと共に)。
しかし、X 線コンピュータ断層撮影法 (CT) と磁気共鳴画像法 (MRI) の導入という、医学物理学における他の XNUMX つの大きなブレークスルーも、発明者に生理学または医学のノーベル賞をもたらしました。
トモグラフィ理論への取り組み
ヴィルヘルム・レントゲンが X 線の発見により 1901 年に初めてノーベル物理学賞を受賞する前から、X 線を使用して体の内部を画像化できることは知られていました。 それらは急速にさまざまな医療アプリケーションの導入につながりました。 しかし、医療用 X 線イメージングの可能性を大幅に拡大したのは、X 線をさまざまな角度から体内に送り、断面および 3D 画像を作成する CT スキャンの開発でした。
その功績は、1979 年に物理学者のアラン・コーマックがノーベル生理学・医学賞を受賞したときに認められました。コンピュータ支援トモグラフィーの開発」、彼がエンジニアのゴッドフリー・ハウンズフィールドと共有した名誉。
南アフリカのヨハネスブルグで生まれたコーマックは、幼い頃から天文学に興味を持っていました。 その後、ケープタウン大学で電気工学を学びましたが、数年後に工学をやめて物理学に転向しました。 物理学の学士号と結晶学の修士号を取得した後、英国に移り、ケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所で博士課程の学生として働きました。 コーマックは講師としてケープタウンに戻り、ハーバード大学での長期休暇の後、1957 年に米国のタフツ大学で物理学の助教授になりました。 ノーベル賞受賞者としては珍しいことに、コーマックは実際に博士号を取得したことはありません。
タフツ大学では、コーマックの主な研究対象は核物理学と素粒子物理学でした。 しかし、時間ができたとき、彼はもう XNUMX つの関心事である「CT スキャンの問題」に取り組みました。 彼は、理論的な観点から、生物学的システムにおける正しい放射線断面積を示すための条件を分析した最初の人でした。
断層画像再構成の理論的基盤を開発した彼は、1963 年と 1964 年にその結果を発表しました。コーマックは、当時、これらの論文に対して「実質的に何の反応もなかった」と指摘したため、彼は通常の研究と教育を続けました。 しかし、1971 年に Hounsfield と同僚が最初の CT スキャナーを構築し、CT スキャンへの関心が高まりました。
興味深いのは、Cormack と Hounsfield が、世界のさまざまな場所で、共同作業なしで非常によく似たタイプのデバイスを作成したことです。 彼らの独立した努力のおかげで、CT スキャンは現在、現代医学の至る所にあり、病気の診断やモニタリングなどのアプリケーションに採用されているだけでなく、生検などの検査や放射線療法などの治療にも使用されています。
MRIの登場
物理学者に与えられる次のノーベル生理学・医学賞は、2003 年にピーター・マンスフィールドが (米国の化学者ポール・ラウターバーと共に) 認められたときでした。磁気共鳴画像法に関する発見」、これが現代の MRI への道を開きました。 この技術は、身体の内部構造を明確かつ詳細に可視化するものであり、現在では医療診断、治療、フォローアップに日常的に使用されています。 重要なことに、X 線ベースのスキャンとは異なり、MRI は被験者を電離放射線にさらしません。
マンスフィールドはもともと、ロンドンのクイーン メアリー カレッジで物理学を学び、大学院での研究は、固体高分子システムを研究するためのパルス核磁気共鳴 (NMR) 分光計の構築に焦点を当てていました。 1962 年に博士号を取得した後、彼はイリノイ大学アーバナ シャンペーン校でさらに NMR の研究を行い、その後英国に戻ってノッティンガム大学で講義を受けました (1994 年に退職するまでそこで働きました)。
Mansfield の PhD とポスドクは、人間のイメージングに NMR を使用するというアイデアに彼を導きました (この技術は、当初は核磁気共鳴イメージングと呼ばれていましたが、すぐに患者を驚かせることを避けるために MRI に改称されました)。 そして、マンスフィールドがノーベル賞につながるいくつかの重要な突破口を作ったのは、ノッティンガム在学中だった。
1970 年代半ば、マンスフィールドは、生きている人間の被験者の最初の MR 画像を作成しました。それは、彼の研究生の XNUMX 人の指です。 彼のチームは全身 MRI のプロトタイプを開発し、彼はそれを最初にテストすることを志願しました。 仲間の科学者が潜在的に危険である可能性があると警告しているにもかかわらず、マンスフィールドは「問題はないだろうとかなり確信していた」.
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ラウターバーに関しては、磁場に勾配を導入することで、他の技術では視覚化できない構造の二次元画像を作成できることを発見しました。 マンスフィールドは勾配の使用をさらに発展させ、検出された信号を数学的に分析して有用な画像に変換する方法を示しました。 彼はまた、エコー プラナー イメージング技術を使用して、MRI スキャン時間を大幅に短縮する方法を発見したことでも知られています。
最近では、毎年世界中で数千万件の MRI 検査が実施されており、1993 年には、マンスフィールドは医学への貢献が評価されてナイトの称号を授与されました。 ビールもあります（アルコール度数4.2%） サー・ピーター・マンスフィールド・エール) 彼に敬意を表して名付けられました。
