「磁気共鳴画像法」の版間の差分

''京都大学医学部医学研究科脳機能総合研究センター''<br>

{{box|text=　地球上の生命体は、水分子、脂質やアミノ酸など、水素原子を含んだ数多くの化合物から構成されている。現在広く用いられているMRIは、これら化合物中の水素原子核（プロトン：物理学による定義）が有する小さな磁石としての性質（原子核スピン）と、これに外部から特定の電磁波を与えた際に生じる相互作用（核磁気共鳴現象）を利用して、（おもに）生命体内の情報を非侵襲的に画像化する手法である。アメリカ合衆国の化学者Paul Lauterburとイギリスの物理学者Peter MansfieldはMRIに関する発見により、2003年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。}}

　現在の医療・脳科学研究では、1.5T（テスラ）から7Tの静磁場強度を持つMRIが使用されている。このような磁場強度を持つMRIは、NbTi（ニオブチタン）合金による超伝導ワイヤーを何重にも巻いたドーナツ型の空芯コイルを、液体ヘリウム（沸点4.2K）で常時冷却可能なデュワー瓶（Dewar flask）中に置き、そこに電流を流すことで、電気抵抗による発熱の問題を克服した強力な超電導磁石を用いている('''図1''')。

　例えば3T MRI装置における水素原子核のラーモア周波数は128MHzである。この周波数はFMラジオが使用する周波数帯（radio frequency，RF）である。送信コイルを用いてラーモア周波数の回転磁場（RFパルスまたは<math>B_1</math>とも呼ばれる）を照射すると（通常は数ミリ秒程度のごく短時間）、水素原子核がエネルギーを吸収し、低いエネルギー準位から高いエネルギー準位に遷移する（核磁気共鳴）。この際、外部から観測される磁化（巨視的磁化）は、回転座標系において（'''図2'''）回転磁場および静磁場の双方に直交する方向を軸として回転する。この巨視的磁化は、静止座標系においては、静磁場と直交する平面上で、共鳴周波数で回転する磁化（横磁化）の出現および静磁場と平行な成分（縦磁化）の減少として観測される（励起）。

　励起されたスライスやスラブ内での水素原子核集団の分布を知るために、傾斜（勾配）磁場を用いたエンコーディングおよび離散フーリエ変換を用いたデコーディングが必要である。典型的には、RFパルスによる励起に加えて、撮像領域（field-of-view, FOV）の中心部からx方向あるいはy方向に線形に変化する傾斜磁場を追加することで、FOV内の水素原子核の共鳴周波数が位置に依存する状態をつくりだすことが可能となる。そうすれば、FOV内の特定の部位に存在する水素原子核集団は、特定の周波数の電磁波を放出することになるため、位置情報の特定が可能となる。MRIでは傾斜磁場の与え方を工夫することで、測定された電磁波から空間情報を読み取る際に離散フーリエ変換を用いる。

　一度のRFパルスの後、グラジエントエコー法あるいはスピンエコー法の信号収集時間を極端に延長し、読み出し傾斜磁場を急速に変動させることで連続的なグラジエントエコーを発生させ、画像化に必要なデータを全て収集してしまう方法。<math>T_2^*</math>緩和の影響が強く、かつ原理的にもっとも高速な撮像法の一つである。fMRIで利用されるBOLDコントラスト（後述）は<math>T_2^*</math>緩和に依存し、かつ高い時間分解能が必要とされるため、本手法が用いられる。

=== T2^*強調像 ===

　TEを長くとり、画像収集にグラジエントエコー法を用いた場合、得られる画像はT2^*強調像となる。得られた画像に特殊な画像処理を施すことで、磁化率強調像（susceptibility-weighted image, SWI）<ref name=Haacke2004><pubmed>15334582</pubmed></ref> や定量的磁化率マップ（quantitative susceptibility map, QSM）<ref name=Li2011><pubmed>21224002</pubmed></ref> といった画像が得られる。

　撮像の際に、数msから数十ms程度のごく短時間で反転する一組の強い勾配磁場、すなわち運動検出傾斜磁場（motion probing gradient, MPG）を追加することで水の動きを強調した画像。MPG を与えた方向に拡散する水由来の信号は低下する。脳梗塞を起こした部位では健常組織よりも水の拡散が制限されることが知られており、脳梗塞を早期に検出する手法として臨床で広く用いられている。6方向以上のMPGを用いてDWIを収集し、テンソルモデルを用いて撮像単位内に存在する水の動きやすさの「方向」を推定することも可能である（diffusion tensor imaging, DTI）。この推定値を用いて白質を通る神経線維の走行を推測する方法を拡散テンソルトラクトグラフィー（diffusion tensor tractography）と呼ぶ<ref name=Basser2000><pubmed>11025519</pubmed></ref><ref name=Melhem2002><pubmed>11756078</pubmed></ref> 。DTIは各ボクセル内に1種類の神経線維の存在を仮定しているため、神経線維が交叉する撮像単位での推定に限界があり、近年ではより高度なモデルを用いた解析手法も提唱されている（Diffusion spectrum imaging, DSIなど）<ref name=Wedeen2008><pubmed>18495497</pubmed></ref> 。

　2010年にDavid Feinberg らは「スライス選択励起」RFパルスを工夫することで、複数のスライスをひとつのRFパルスで同時に励起する手法を開発し<ref name=Feinberg2010><pubmed>21187930</pubmed></ref> 、multiband MRI と名付けた。従来はEPIを用いて全脳を撮像するのに2-3秒程度必要であったが、multiband撮像を用いると1秒以内に全脳を撮像することが可能である。

　磁気共鳴機能画像法（functional MRI, fMRI）ともいう。