MRI

T1緩和時間とT2緩和時間について|ヤマトと一緒にMRIを勉強 Part1

僕は放射線技師になってからMRを撮ったことがありません。

もちろんCTの画像処理を行う際など、MRの画像はきちんと見るのですが…

学生時代に勉強したこともすっかり抜けていると思います。

これからMRを学ぶ方、僕と一緒に勉強しましょう!(笑)

Part1はMRにとって欠かせないT1緩和時間とT2緩和時間についてです。

※間違っている部分などありましたら、随時教えていただけると幸いです。

MRIとは

MRI検査は強力な磁石でできた筒の中に入り、磁気の力を利用して体の臓器や血管を撮影する検査です。

MRI検査とは|AIC八重洲クリニック

成人の人体は、約60~70%が水分で構成されています。つまり、身体の中には水素原子(以下プロトン)が豊富に存在しています。

プロトンは陽子であり、自転しています。こいつ自体、磁気モーメント(磁石の強さと向きを表すベクトル量)を持っています。

歳差運動という回転をしており、みそすり運動をしています。
(中心を軸として回転し、かつ軸の傾きもまた回転運動をしている状態)

MRIは強力な磁場を用いて、このプロトンたちの磁化をいじり、画像を作ります。

いわばプロトンの核磁化分布です。

核磁気共鳴現象について

プロトンは通常、ランダムな方向を向いています。

ランダムな方向を向いている場合、磁気モーメントが打ち消し合い、磁化ベクトルは0となります。

プロトンは、静磁場という強い磁場にさらされると、ランダムな向きが静磁場と並行の向きになります。

静磁場と同方向および逆方向に分かれますが、

同方向のプロトンがわずかに多くなり、

体内に磁化を生じます。

これを巨視的な磁化ベクトルといいます。

巨視的な磁化ベクトルも歳差運動をしています。しかし、それを形成しているプロトンの位相はバラバラです。位相とは、ある瞬間における歳差運動の回転位置を示します。

歳差運動の回転数は周波数で表されます。この周波数と同じ周波数の電波を照射すると、プロトンにエネルギーが伝わります。

MRでは、RFパルスという電波を用います。RFパルスを当てると、位相が揃います。これがいわゆる、核磁気共鳴現象です。

磁気共鳴が起きると、横磁化成分が生じます。そして、わずかに多かった同方向のプロトンが減り、静磁場と同方向のプロトン、反対方向のプロトンの数が等しくなります。これにより、縦磁化成分が消失します。

T1緩和、T2緩和とは

RFパルスの照射を切ると、縦磁化成分が回復し、横磁化成分が減衰します。

  • T1緩和:縦磁化成分の回復
  • T2緩和:横磁化成分の減衰

組織によって、これらの緩和時間は異なります。

T1値とは…
RFパルスによって0になった磁化が、最初の磁化の約63.2%の大きさに回復するまでの時間

T2値とは…
RFパルスによって生じた横磁化成分が、約37%の大きさまで減衰する時間

T1緩和、T2緩和のメカニズム

T1緩和とT2緩和は、同時に、かつ独立して起こっています。
(T1はのんびり、T2は早い、みたいな感じ)

それぞれについて説明します。

T1緩和はスピンー格子相互作用

T1緩和は、RFパルスから受け取ったエネルギーを周囲の格子に与えて、熱平衡状態(もとの状態)に戻る過程です。

これは分子の運動周波数に依存しているため、組織の物理状態に依存します。
(物理状態が固体に近いと、分子は動きづらい→運動が遅いといったイメージ)

脂肪や粘液のとき、T1値は低くなります。

T2緩和はスピンースピン相互作用

スピンスピンと聞くと、かつてのセンター試験国語を思い出しますね。

「シイゼエボオイ・エンドゼエガアル」
「スピンアトップ・スピンアトップ・スピンスピンスピン……回れよ独楽よ、回れよ回れ。」
「フェーヤー?フェーヤー……チョッ!幾度聞いても駄目だ、直ぐに忘れる。」

これらは2013年のセンター試験(国語)に出題された、大正時代の小説「地球儀」で出てきた謎の文である。

スピンスピン ニコニコ大百科

T2緩和は、水分子の回転によって磁場の不均一が生じ、それぞれの位相がズレていく過程です。

T1緩和と同様、組織の物理状態に依存しますが、依存特性は異なります。
(自由水に近くなるほど、T2は長くなる)

実は減衰する要因がもう一つ

外部磁場の不均一によってもT2緩和が起きます。外部磁場には静磁場の不均一性と、磁化率の差による不均一性があります。

ヘモジデリンによる出血病変と脳実質は、磁性が違うため、磁化率に差が生じます。その分、T2*が短縮し、出血病変の信号が低下し、黒く見えます。

おわりに

今回はT1緩和とT2緩和について書きました。

僕はMRのスペシャリストではないので、質問が来ても答えられないと思います。質問が来たら、Twitterのフォロワーの中にいるスペシャリストに確認してみようと思います(笑)

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大規模病院で働く診療放射線技師5年目。趣味は昼寝・筋トレ(現在ヘルニアのため中断)・料理・読書など。ブログには新人放射線技師に向けた内容や、仕事に役立ちそうな内容を書いています。 公式LINEアカウントもありますので、気軽にご相談ください。