今回の記事は『励起と緩和』です。
前回までは、MRIで使用する元素(1H)やその挙動について学びました。
だんだんと実践向きのお話になってきましたね。
それでは始めましょう！
前回のおさらい
MRIでは私たちの体内にある、水や脂肪の1Hを観測します。
ただし、プロトンを１つ１つ見るのではなく、
複数のプロトンを１つのベクトルとして捉えます。
それを巨視的磁化と言います。
この巨視的磁化が、励起と緩和により、
どのように反応するか学んでいきましょう。
励起と緩和とは
前回も触れましたが、
磁場の中に置かれたプロトンは、2つのエネルギー準位に分かれました。
１つは磁場方向(Z軸)から55°、もう一方は125°
少しだけ55°の方が多く、両者の差分がMRI信号に反映されます。
磁場にさらされただけの状態を熱平衡状態と言い、最も安定しています。
ここからRF波(電磁波)で高エネルギー状態にするのを励起と言います。
そして、熱平衡状態に戻っていく過程を緩和と言います。
なぜ励起をするのか？
熱平衡状態の巨視的磁化(M0)は静磁場(B0)方向を向いています。
静磁場は、MRI全体の磁場を作っている大きな磁場です。
同じ方向を向いた巨視的磁場は、
静磁場の中に埋もれてしまい検出ができません。
このままでは、体内を画像化できないので、
励起をして静磁場と巨視的磁場を区別します。
これが励起をする理由です。
励起するのに必要なものは？
静磁場の中に埋もれている巨視的磁場をどのように区別するのでしょうか？
静磁場とは違う方向を向かせる必要があります。
つまり、B0に直交するM成分を作ります。
そこで登場するのが、RF波(B1)です。
静磁場に平行なM0をZ軸から傾けるためにRF波を使います。
B0に平行(Z軸)の巨視的磁化を縦磁化と言い、
B0に直交(XY面)する巨視的磁化を横磁化と言います。
RF波について
ただRF波を当てるだけでは励起はされません。
RF波の周波数と巨視的磁化の角周波数が同じ場合にのみ励起されます。
この周波数を共鳴周波数と言います。
ではこの共鳴周波数はどのくらいでしょうか？
答えは角周波数にあります。
角周波数。。。
覚えていますか？
これでしたね。
この式を用いて、体内のプロトンの回転を計算をします。
（角周波数を求めます）
1Hのγ(磁気回転比)は42.58MHz/Tです。
この値は基本となりますので暗記してください。
B0(磁束密度)は使用するMRIの静磁場強度です。
今回は3Tとしましょう。
ω=42.58(MHZ/T)×3(T)
ω=127.74(MHz)
以上から体内のプロトンは3Tでは127.74MHzで回転をしています。
冒頭でも書いた通り、
RF波の周波数と巨視的磁化の角周波数が同じ場合にのみ励起されます。
そして、RF波を当てることにより縦磁化から横磁化に励起をします。
RF波により傾く角度をフリップ角といい、次の式で表します。
縦磁化を90°傾けるRF波を90°パルス、
縦磁化を180°傾けるRF波を180°パルスと言います。
緩和について
RFパルスにより熱平衡状態から励起状態になります。
RF波をOFFにすると、励起状態からゆっくりと熱平衡状態に戻ります。
過程を磁気緩和（緩和）と言います。
縦磁化が回復する過程を縦緩和(T1緩和)、
横磁化が消失する過程を横緩和(T2緩和)と言います。
まとめ
- 熱平衡状態が最も安定していて、
RF波(電磁波)で高エネルギー状態にするのを励起という - 励起状態からゆっくりと熱平衡状態に戻っていく過程を磁気緩和（緩和）という
- 励起をする理由は、
静磁場の中に埋もれた巨視的磁化を可視化するためである - RF波の周波数と巨視的磁化の角周波数が同じ場合にのみ励起される
今回は励起と緩和でした。
思ったよりも長くなってしまったので、
緩和については次の記事で詳しく解説をします。
それではまた!!
