SE法の基礎

近畿大学医学部奈良病院

阪本 貴博

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

本日の内容

MRIとは

Magnetic Resonance Imaging：核磁気共鳴画像法

N S

静磁場（磁石）

＋＋

水素原子

＋

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

電波（RF）

MRIに必要な3つの要素

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 : 歳差運動周波数 (MHz)

γ ：磁気回転比

B0 ：静磁場強度(Tesla : T)

ω = γB0 ラーモアの式

歳差運動と共鳴周波数

磁気回転比は物質により異なっている。1H＝ 42.6MHz/T 14N＝19.3MHz/T13C＝ 67.3MHz/T

ω = γB0

ω : 歳差運動周波数 (MHz)

γ ：磁気回転比

B0 ：静磁場強度(Tesla : T)

1Hの共鳴周波数⇒1.0T：42.6MHz

1.5T：63.9MHz

3.0T：127MHz歳差運動の回転数

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B0

静磁場に沿った方向が多い

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

S極

N極

S極

N極

②RF送信

S極

N極

電波を放出

③RF送信Stop

RFパルス RFパルス

⑤画像化

④電波を受信

①静磁場

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

本日の内容

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

信号

90°180°

スライス選択(Gz)

90°

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

信号

90°180°

スライス選択(Gz)

90°

位相エンコード(Gy)

周波数エンコード(Gx)

TE:エコー時間

TR:繰返し時間

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

再収束が始まる位相分散されていない強い信号

180°パルス

Spin Echo発生

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

x

z

y

90°パルス

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

信号

90°180°

スライス選択(Gz)

90°

位相エンコード(Gy)

周波数エンコード(Gx)

TR

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

本日の内容

緩和とは？

z

x

y

RFパルス

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

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

x

z

y

緩和

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

x

z

y

縦磁化

横磁化

x

z

y

縦磁化

横磁化

x

z

y

縦磁化

横磁化

横磁化

x

z

y

RFパルス

縦緩和とは？

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

X X X X

Y Y Y Y

Z Z Z Z

縦磁化

縦磁化

縦磁化

縦緩和とは？

時間

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。

横緩和とは？

Z Z Z

X X X

Y Y Y

RFパルスを切られた後、位相がバラバラになる。

横磁化 横磁化 横磁化

横緩和とは？

時間

横緩和 横磁化

・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

時間

T1緩和縦磁化

T1値

63％

100％

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

T1値が長い物質

時間

信号強度 T1値が短い物質

回復が早く、信号強度が高い

回復が遅く、信号強度が低い

T2値

時間

T2緩和

横磁化

T2値＝横磁化が37％まで減衰するまでの時間

37％

100％

T2値

横(T2)緩和のポイント

時間

信号強度

T2値が短い物質

T2値が長い物質

減衰が遅く、信号強度が高い

減衰が早く、信号強度が低い

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

本日の内容

TRとTE

RF pulse

信号

90°180° 90°

TR:繰返し時間

TE:エコー時間

SE法

TRとTE

横磁化

TR TE

T1緩和 T2緩和縦磁化

縦磁化Mzは指数関数的

に回復する.

MZ(t) = M0 (1 -e -TR/T1)

M0

横磁化Mxyは指数関数的

に減衰する．

Mxy(t) = M0 e -TE/T2

M0

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

TR TE

T1緩和

T2緩和

SE法の信号強度の３つの要素

プロトン密度の項

T2緩和の項

T1緩和の項

SEの信号強度∝ρ・(1 -e -TR/T1) ・e -TE/T2

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

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）

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。

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

本日の内容

SE法のコントラスト

A

B

TR

縦磁化

TE

横磁化

B

A

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

T1強調画像は

SEの信号強度∝プロトン密度×T1緩和×T2緩和

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

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

SEの信号強度∝プロトン密度×T1緩和×T2緩和

※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

T1値が長い物質

TR

信号強度 T1値が短い物質

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

T1値が長い物質

TR

信号強度 T1値が短い物質

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

T2を強調する時間帯

TE

信号強度

T2値が短い物質

T2値が長い物質

長いTEのときT2の影響は強い

T2を強調しないためには

T2を強調しない時間帯

TE

信号強度

T2値が短い物質

T2値が長い物質

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

短いTR 時間短いTE

信号強度

T1 T2

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

長いTR 時間長いTE

信号強度

T2T1

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

長いTR 時間短いTE

信号強度

T1 T2

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.