SE 法の基礎 近畿大学医学部奈良病院阪本貴博
本日の内容 Principle of MRI SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは 縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト
MRI とは Magnetic Resonance Imaging: 核磁気共鳴画像法 MRI に必要な 3 つの要素 N S + + + 静磁場 ( 磁石 ) 水素原子 電波 (RF) 静磁場と電波 (RF) を使って水素原子の様子を画像化している
歳差運動 水素原子 ( プロトン ) はある一定の速度で回転運動をしている この回転運動のこと = 歳差運動 ω = γb 0 ラーモアの式 ω : 歳差運動周波数 (MHz) γ : 磁気回転比 B 0 : 静磁場強度 (Tesla : T)
歳差運動と共鳴周波数 ω = γb 0 ω : 歳差運動周波数 (MHz) γ : 磁気回転比 B 0 : 静磁場強度 (Tesla : T) 磁気回転比は物質により異なっている 1H= 42.6MHz/T 14 N=19.3MHz/T 13 C= 67.3MHz/T 1H の共鳴周波数 歳差運動の回転数 1.0T:42.6MHz 1.5T:63.9MHz 3.0T:127MHz
生体内における核磁気モーメント
静磁場 (B0) における核磁気モーメント 静磁場に沿った方向が多い 静磁場 B0 静磁場に沿った方向の磁力が発生
MRI 装置における画像化の原理 1 静磁場 2RF 送信 3RF 送信 Stop N 極 N 極 N 極 RF パルス RF パルス S 極 S 極 S 極 電波を放出 4 電波を受信 5 画像化
本日の内容 SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは 縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト
SE 法とは? 190 度パルスを印加 21/2TE 時間後に 180 度パルスを印加 3TE 時間後 MR 信号 ( スピエコー信号 ) を取得 RF pulse 90 180 90 信号 スライス選択 (Gz) 位相エンコード (Gy) 周波数エンコード (Gx)
SE 法とは? 190 度パルスを印加 21/2TE 時間後に 180 度パルスを印加 3TE 時間後 MR 信号 ( スピエコー信号 ) を取得 RF pulse 90 180 TR: 繰返し時間 90 信号 TE: エコー時間 スライス選択 (Gz) 位相エンコード (Gy) 周波数エンコード (Gx)
z 90 パルス 180 パルス x y 90 パルスを印加すると縦磁化が横に倒れ 位相はそろってる 90 パルスが切れると位相分散が始まる 180 パルスを印加し反転 Spin Echo 発生 位相分散されていない強い信号 再収束が始まる
SE 法の撮像時間 SE 法の撮像時間 =TR 位相エンコード数 加算回数 RF pulse 90 180 TR 90 信号 スライス選択 (Gz) 位相エンコード (Gy) 周波数エンコード (Gx)
本日の内容 Principle of MRI SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは 縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト
緩和とは? 与えられたエネルギーを放出しながら 徐々に磁気モーメントが元の安定状態へ戻る過程 z RF パルス z 緩和 x x y y RF パルスを切ると起こる 2 つの過程 1 プロトンは低いエネルギーレベルに戻る 2 位相がバラバラになる
緩和の過程で磁化ベクトルを縦方向と横方向の成分に分けると z RF パルス x 縦磁化 z x y 横磁化 y 横磁化 縦磁化 z x 縦磁化 z x y 横磁化 y 横磁化
縦緩和とは? Z Z Z Z 縦 縦 縦 磁 磁 磁 X 化 X 化 X 化 X Y Y Y RF パルスを切られた後のプロトンが低いエネルギーレベルに戻る過程
縦緩和とは? 縦磁化 縦磁化が回復する過程 T1 緩和 スピン - 格子緩和とも呼ばれる 時間
横緩和とは? Z Z Z X X X 横磁化横磁化横磁化 Y Y Y RF パルスを切られた後 位相がバラバラになる
横緩和とは? 横緩和 横磁化 時間 横磁化が減衰する過程 T2 緩和 スピン-スピン緩和とも呼ばれる 位相分散の原因 1 スピン - スピン相互作用 ( 内的不均一性 ) 2 静磁場の不均一性
T1 値 縦磁化 100% 63% T1 緩和 T1 値 時間 T1 値 = 縦磁化が 63% まで回復するまでの時間
縦 (T1) 緩和のポイント 回復が早く 信号強度が高い 信号強度 T1 値が短い物質 T1 値が長い物質 回復が遅く 信号強度が低い 時間
T2 値 横磁化 100% 37% T2 緩和 T2 値 時間 T2 値 = 横磁化が 37% まで減衰するまでの時間
横 (T2) 緩和のポイント 信号強度 減衰が遅く 信号強度が高い T2 値が長い物質 T2 値が短い物質 時間 減衰が早く 信号強度が低い
本日の内容 Principle of MRI SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは 縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト
TR と TE SE 法 RF pulse 90 180 TR: 繰返し時間 90 信号 TE: エコー時間
TR と TE 縦磁化 T1 緩和 横磁化 T2 緩和 M 0 M 0 M xy (t) = M 0 e -TE/T2 M Z (t) = M 0 (1 -e -TR/T1 ) TR TE 縦磁化 M z は指数関数的に回復する. 横磁化 M xy は指数関数的に減衰する.
同じグラフ上にプロットされた回復曲線と減衰曲線 信号強度 T1 緩和 T2 緩和 TR TE
SE 法の信号強度の 3 つの要素 SE の信号強度 ρ (1 -e -TR/T1 ) e -TE/T2 プロトン密度の項 T1 緩和の項 T2 緩和の項 ρ: プロトン密度 TR: 繰返し時間 T1: 物質固有の T1 値 TE: エコー時間 T2: 物質固有の T2 値
SE 法の信号強度 SE の信号強度 ρ (1 -e -TR/T1 ) e -TE/T2 TR と TE を決めると信号強度が変化させることができる ( コントラストを変化させられる ) ρ: プロトン密度 TR: 繰返し時間 T1: 物質固有の T1 値 TE: エコー時間 T2: 物質固有の T2 値
TR と TE まとめ TR=T1 緩和のために待つ時間 TE=T2 緩和のために待つ時間 SE の信号強度 プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 信号強度とコントラストは TR と TE によって変化する
本日の内容 Principle of MRI SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは 縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト
SE 法のコントラスト 縦磁化 A B 横磁化 A B TR TE TR TE T1W Short (400~700ms) Short (8~15ms) T2W Long (3000~6000ms) Long (80~140ms) PDW Long (1000~6000ms) Short (10~30ms)
~ 強調画像とは SE の信号強度 プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 T1 強調画像は T1 緩和の影響を大きくして プロトン密度と T2 緩和の影響を小さくする画像 T1 強調画像 = プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和
~ 強調画像とは SE の信号強度 プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 T1 強調画像 = プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 T2 強調画像 = プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 プロトン密度強調画像 = プロトン密度 T1 T2 プロトン密度は物質固有 T1,T2 緩和の影響を大きくしたり小さくしたりすることによりコントラストをつける
T1 を強調するためには 信号強度 T1 値が短い物質 T1 値が長い物質 TR T1 を強調する時間帯 短い TR のとき T1 の影響が強い
T1 を強調しないためには 信号強度 T1 値が短い物質 T1 値が長い物質 TR T1 を強調しない時間帯 長い TR のとき T1 の影響は弱い
T2 を強調するためには 信号強度 T2 値が長い物質 T2 値が短い物質 TE T2 を強調する時間帯 長い TE のとき T2 の影響は強い
T2 を強調しないためには 信号強度 T2 値が長い物質 T2 値が短い物質 TE T2 を強調しない時間帯 短い TE のとき T2 の影響は弱い
T1 強調画像の TR,TE T1 強調画像 = プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 信号強度 T1 T2 短い TR 短い TE 時間
T2 強調画像の TR,TE T2 強調画像 = プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 T1 T2 信号強度 長い TR 長い TE 時間
プロトン密度強調画像の TR,TE プロトン密度強調画像 = プロトン密度 T1 T2 T1 T2 信号強度 長い TR 短い TE 時間
T1 強調画像のコントラスト 高信号 脂肪 混じりけのある水亜急性期の出血 高蛋白液など Gd 造影剤の増強効果 低信号 水の多いところ 大部分の病変 T1 強調画像で高信号は特異的な病変
T2 強調画像のコントラスト 高信号 水の多いところ ( 浮腫 炎症 嚢胞性病変など ) 大部分の病変 低信号 筋肉由来のもの 線維成分に富むもの 急性期や慢性期の出血 特定の沈着物 ( アミロイド メラニンなど ) T2 強調画像で低信号は特異的な病変
SE 法のコントラスト まとめ SE の信号強度 プロトン密度 T1 緩和 T2 緩和 短いTR T1の影響は強い 長いTR T1の影響は弱い 短いTE T2の影響は弱い 長いTE T2の影響は強い TR TE T1W Short (400~700ms) Short (8~15ms) T2W Long (3000~6000ms) Long (80~140ms) PDW Long (1000~6000ms) Short (10~30ms)
参考文献 高原太郎. MRI 自由自在,MEDICAL VIEW, 1999. 荒木力. 決定版 MRI 完全解説. 学研メディカル秀潤社, 2014. 荒木力. MRIの基本パワーテキスト. メディカルサイエンスインターナショナル, 2014.