信号の発生原理 / MRIの基本的なパラメータ

信号の発生原理

磁気モーメント

（72pm74）
　磁気双極子において、磁極の量と距離の積からなるベクトル
　¹Hは、全ての核種の中で最も核磁気モーメントが強い
　原子・分子の陽子・中性子の数が同じかつ偶数だと磁気モーメントは生じない

歳差運動と磁化および共鳴励起

（75am74、74am74、73am74、69am11、63.19.30、62.23、61.24、60.31）

・歳差運動
：自転軸が時間の経過に従いその中心軸が傾き、先端が円を描くようになるような運動
　[ラーモアの式]
　歳差運動の共鳴周波数f＝(γ・B0)/2π　
　　　　　　　　　　　ω＝γ・B0
　γ：磁気回転比
　B0：静磁場の強さ
　　　磁束密度[テスラ]
　　　コイルに流れる電流に比例して大きくなる

MRI装置　計算ドリル

共鳴周波数問1　3.0TのMRI装置における水素原子核の共鳴周波数［MHz］はいくつか　ただし、1.5Tでの水素原子核の共鳴周波数は64MHｚとする答え歳差運動の共鳴周波数f＝(γ・B0)/2πω＝γ・B0γ：磁気回転比B0：静磁場の強さ　　磁束密度　　コイルに流れる電流に比例して大きくなる1.5Tで64MHzなので、3.0Tでは×2で128MHzになる解説ラーモアの式を使った問題だが、単純に比例の関係なので難しく考える必要はない磁気回転比を64/1.5≒42.6として、3倍しても良いが問2　3TのMRI装置における脂肪と水の共鳴周波数差［Hz］はいくつか　ただし、1Hの磁器回転比は42.6MHz/Tとする答え水と脂肪の共鳴周波数差＝3.5PPM3Tの場合の共鳴周波数差［Hz］＝3.5×42.6MHｚ/T×3T＝447.3Hz解説ラーモアの式とは別に、水と脂肪の共鳴周波数差3.5PPMが出てこないと解けない問題ただし、それさえ覚えており、式の使い方を知っていれば解ける少し難しいかもしれないが、解けても良い問題ちなみに、ppmとは百万分率のこと撮影時間(70am15,68am15,66....

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・MRIで主に用いられる核腫と共鳴周波数

緩和時間：T1、T2

（71pm12、70pm11、69pm74、68pm74）
　絶対的にT1値>T2値> T2＊値となる（純水のみ同じ）

・T1緩和
　縦緩和、90°パルスによる励起後の縦磁化は0となり、時間tと共に初期の磁化に回復していく
　T1緩和　I＝I0×(1－exp(-t/T1))
　T1値＝1－1/e
　I0：初期の磁化　　
　t：時間　　
　T1値：I0の63.2％となる時間

・T2緩和
　横緩和、90°パルスによる励起後の横磁化は最大となり、時間tとともに低下していく
　T2緩和　I＝I0×exp(-t/T2)
　T2値　＝1/e
　I0：初期の磁化
　t：時間
　T2：I0の36.8％となる時間

・T2＊
：FIDの減衰の速さを表す時定数で、GE法で得られる信号強度を決めている
（SE法ではT2、GE法ではT2＊の信号が得られる）

MRI装置　計算ドリル

共鳴周波数問1　3.0TのMRI装置における水素原子核の共鳴周波数［MHz］はいくつか　ただし、1.5Tでの水素原子核の共鳴周波数は64MHｚとする答え歳差運動の共鳴周波数f＝(γ・B0)/2πω＝γ・B0γ：磁気回転比B0：静磁場の強さ　　磁束密度　　コイルに流れる電流に比例して大きくなる1.5Tで64MHzなので、3.0Tでは×2で128MHzになる解説ラーモアの式を使った問題だが、単純に比例の関係なので難しく考える必要はない磁気回転比を64/1.5≒42.6として、3倍しても良いが問2　3TのMRI装置における脂肪と水の共鳴周波数差［Hz］はいくつか　ただし、1Hの磁器回転比は42.6MHz/Tとする答え水と脂肪の共鳴周波数差＝3.5PPM3Tの場合の共鳴周波数差［Hz］＝3.5×42.6MHｚ/T×3T＝447.3Hz解説ラーモアの式とは別に、水と脂肪の共鳴周波数差3.5PPMが出てこないと解けない問題ただし、それさえ覚えており、式の使い方を知っていれば解ける少し難しいかもしれないが、解けても良い問題ちなみに、ppmとは百万分率のこと撮影時間(70am15,68am15,66....

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磁性体

・強磁性体
：鉄、コバルト、ニッケル、フェライトなど
　磁場によって磁化され、それ自体が磁石になるもの

・常磁性体
：ある種の金属、酸素、ガラス、血液(デオキシヘモグロビン、メトヘモグロビン、ヘモジデリン)
　外部の磁場が無いときは磁性をもたないもの

・反磁性体
：基本的に磁性体で無いもので血液ではオキシヘモグロビンがある
　磁場で逆向きに磁化される

 MRIの基本的なパラメータ

一般的な撮像パラメータ

・繰り返し時間TR
　励起パルスから次の励起パルスまでの時間
　→　T1に関係

・エコー時間TE
　励起パルスからエコー信号取得までの時間
　→　T2に関係

・スライス厚（72am10、67am13）　

　スライス厚(cm)＝送信バンド幅[Hz]/傾斜磁場強度[Hz/cm] 　

・スライス位置（67am13）
　RFの周波数によって決める　

・撮像視野（FOV）　
　FOV(cm)＝受信バンド幅[Hz]/傾斜磁場強度[Hz/cm]　　

・撮像加算回数：NSA
・位相エンコード方向
・フリップ角度（FA）
・反転時間（TI）
・撮像マトリクス（256×256，128×256等）
・パルスシーケンスSE,GRE各種プリパルスの有無

 画像コントラストを決定する因子

●装置に依存するもの　（60.22）
・パルスシーケンス(SE,GRE,IR,各種プリパルスの有無)
・繰り返し時間：TR
・エコー時間：TE
・フリップ角度：FA
・反転時間：TI

・静磁場強度
(73am14、68am12、67am13、67pｍ12、66.23、61.37)
　静磁場強度が大きいと
　「SARが増加」
　「磁化率･化学アーチファクトが増加」
　「S/N比が増加」
　「T1緩和時間が長くなる」
　「RF磁場不均一の影響の受けやすさが増加」

●生体に依存するもの
（70pm11、66.24、60.22）
・縦緩和：T1
　T1強調像　→　T1が短いほど信号は大きい
　T1は静磁場強度とTRに依存する

・横緩和：T2（T2*）
　T2強調像　→　T2が長いほど信号は大きい

＊脂肪のT1は短い　→　信号が大きい　　
＊自由水のT1は最も長い　→　信号は小さい
　自由水のT2は最も長い　→　信号は大きい

・プロトン密度　
・流れ（血液，脳脊髄液）
・拡散定数

●空間分解能の向上
(75pm23)
「FOVを小さくする」
「マトリクスサイズを大きくする」

●SN比
(75am15、74am24、73am10、69pm11、64.22、63.20、61.22)
$$SN比＝k\times ・B0\times ・ボクセルサイズ\times \frac { \sqrt { 計測回数 } }{ \sqrt { 受信バンド幅 } } ・$$
　k：コイル効率
　B0：静磁場強度

・SN比が高くなる因子
「静磁場が強い」　
「信号加算回数が多い」　
「スライス厚が厚い」
「バンド幅が狭い」
「TRが長い」
「TEが短い」　　
「FOVが大きい」　　
「ピクセルサイズが大きい（位相･周波数エンコード方向のマトリクスを減らす）」

＊ピクセルサイズ、FOVが2倍→S/N比は√2倍