神経画像診断の歴史

神経画像診断は、医師や研究者が患者の体や脳の内部の仕組みを撮影できる医療技術です。活動が活発な領域、血流が多いまたは少ない領域、患者の脳/体の構造、および特定の異常を示すことができます。神経画像診断は、腫瘍、癌、動脈の詰まりなど、特定の病気や先天性欠損の特定の場所を見つけるために最もよく使用されます。神経画像診断は、1880 年代に人間の循環バランスの発明とともに医療技術として初めて登場し、それ以来、X 線、空気脳室造影、脳血管造影、PET /SPECT スキャン、脳磁図、キセノンCT スキャンなどの他の発明につながっています。

「人間の循環バランス」は、精神活動中の脳への血流を非侵襲的に測定する方法でした。^[1]この技術は、支点によって支えられたテーブルの上に患者を置き、活動レベルに応じてテーブルを揺らすことで機能しました。患者がより認知的に複雑な刺激にさらされると、テーブルは頭に向かって揺れました。^{[1] 1882年に}アンジェロ・モッソによって発明された「人間の循環バランス」は、最初に作られた神経画像技術と言われており、モッソが最もよく知られているものです。^{[2] [3]}

1895年、ヴィルヘルム・レントゲンは、一般にX線として知られる最初のレントゲン写真を開発しました。^[4] 1901年までに、レントゲンは発見によりノーベル平和賞を受賞しました。発表後すぐに、X線装置が世界中で製造され、医療に使用されました。^[5]脳はほぼ完全に放射線不透過性の軟部組織で構成されており、通常のX線検査や単純X線検査では基本的に見えません。例外はありますが、ほとんどの脳異常についてもこれは当てはまります。たとえば、石灰化した腫瘍（髄膜腫、頭蓋咽頭腫、一部の神経膠腫など）は簡単に見ることができます。

これに対抗するため、1918年に脳神経外科医ウォルター・ダンディが空気脳室造影法と呼ばれる技術を開発した。この方法では、濾過した空気を側脳室に直接注入して、脳の脳室系の画像をより鮮明に撮影する。^[4]局所麻酔のおかげで痛みを伴う処置ではなかったが、非常に危険であった。出血、重度の感染症、腎内圧の極端な変化はすべて、この処置にとって脅威であった。それでもダンディはそこで止まらず、1919年に脳の電気的活動を記録する医療処置である脳造影法を発見した。^[6]この方法では、脳の電気信号を検出して測定するセンサーを脳に取り付ける。これらの信号は視覚的に変換され、脳の活動パターンを示す。これらの初期の進歩により、神経画像はてんかん、脳損傷、睡眠障害などの症状の診断に使用され始めた。現代の神経画像診断の発展の過程で将来追加されるであろう、脳機能に関する貴重な情報を提供します。   ^{[引用が必要]}

1927年に導入された脳血管造影により、医師は腫瘍や内頸動脈閉塞症などの脳の異常を正確に検出し、診断できるようになりました。脳血管造影の発明者であるエガス・モニスは、1年かけて動脈に注入するさまざまな染料溶液の割合で実験を行い、脳内の血管をよりよく視覚化できるようにしました。その結果、25%のヨウ化ナトリウムを含む溶液が患者にとって最も安全であり、脳内の血管と動脈の視覚化に最も効果的であることを発見しました。^[7]

陽電子放出断層撮影（PETスキャン）は、体内の活動が活発な領域を示すスキャンです。その仕組みは、まず患者の手または腕に注射して放射性物質（トレーサーと呼ばれる）を投与することです。トレーサーは体内を循環し、臓器または組織が代謝中に生成する特定の物質（グルコースなど）に付着します。その結果、陽電子が生成され、それらの陽電子がPETカメラでスキャンされます。スキャン後、コンピューターは臓器または組織内で発生している活動の2Dまたは3D画像を生成します。^[8] PETスキャンのアイデアは、1950年代にウィリアム・スウィートによって最初に提案されましたが、最初の全身PETスキャナーは、実際には1974年にマイケル・フェルプスによって開発されました。^[9]

同様に、単一光子放出コンピュータ断層撮影スキャン（SPECTスキャン）も、患者の体内のトレーサーをスキャンすることで機能します。ただし、SPECTはPETがスキャンする陽電子ではなく、トレーサーが付着した場所からのガンマ線を直接スキャンする点が異なります。その結果、SPECTスキャンで作成される画像はPETスキャンで作成される画像ほど鮮明ではありませんが、通常はより安価な手順です。^[10] SPECTは1950年代にデビッド・クールによって開発されました。クールはPETスキャンにつながる基礎を築くのにも貢献しました。^[11]

脳磁図（MEG）は、細胞内を移動する電荷を帯びたイオンの大きな集団を検出することで、脳内の活動領域を探す技術です。^[12]これはもともと、1970年代初頭に物理学者のデイビッド・コーエンによって非侵襲的手法として開発されました。^[13]非侵襲的であるために、MEGは患者が頭を入れる巨大なヘルメットのように設計され、電源を入れると脳から発せられる電磁パルスを読み取るようになりました。その後、1972年にコーエンはSQUID（超伝導量子干渉装置）を発明し、MEGは脳内のイオンと磁場の非常に小さな変化を検出できるようになりました。^[14]   

キセノン CT は、脳の各部位への血流を調べる最新のスキャン技術です。このスキャンでは、造影剤であるキセノンガスを患者に吸入させて、脳のすべての部位への血流が一定かつ十分であるかどうかを検査し、血流の多い部位と少ない部位を表示します。CT の開発過程では多くの試験スキャンとテストが行​​われました。この技術の創始者は英国の生物医学技術者であるゴッドフリー・ハウンズフィールドで、1967 年に最初の CT スキャナーを発明し、1979 年にノーベル賞を受賞しました。しかし、米国でこのスキャナーが導入されたのは、それから 6 年後の 1973 年でした。いずれにせよ、CT スキャナーはそれ以前からすでに高い評価と人気を得ていました。

CT が最初に開発されてから間もなく、磁気共鳴画像法(MRI または MR スキャン) が開発されました。MRI は電離放射線や X 線を使用する代わりに、頭部を強力な磁場に置いたときに体内の陽子によって生成される信号の変化を使用します。この基本技術を人体に早期に適用した人物として、ジャクソン (1968 年)、ダマディアン(1972 年)、アベとポール ラウターバー(1973 年) の名前が挙げられます。ラウターバーとピーター マンスフィールド卿は、MRI に関する発見により 2003 年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。当初、MRI の導入により、構造画像法は機能画像法よりも多くの恩恵を受けました。1980 年代には、技術的な改良と診断用 MR アプリケーションの爆発的な増加が起こり、神経学の初心者でも、わずか 10 年か 20 年前には生きた人間ではとらえどころがなかった、または証明できなかった脳病理を診断できるようになりました。^[15]

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