MRI原理

28問 • 1年前

問題一覧

MRIは、(１)現象を利用した画像診断法の呼称で、その対象となる(２)は、それ自身に(３)がなければならない。

核磁気, 原子核, 磁気モーメント

このNMRの対象となる原子核は自然界に何種類もあるが、 MRIとして人体を画像化するためには体内存在比や測定感度が(１)、かつ病を映するものでなければならない。これらの条井をすべて満たす種は、現在のところ(２)に最られており、臨床的にMRといえば、(２)を対象としたもの示唆している。

高く, 水素原子核

水素原子核は1つの軸を中心として自転する(１)という性質をもち、電荷をもつ水素原子核が(１)することによって四有の磁気モーメントが発生し、このため水素原子核は小さな棒磁石のように振る舞う。

スピン

外部磁場の無い状想では、水素原子核は無作為なカ向を向いており、全体として磁気モーメントは生じないが、一旦強い外部の静選の中に置くと、水素原子核は静磁場と平行かまたは逆平行に向きを観えるようになる。両者の間にはエネルギー差があり、平行の水素原子核の方が、逆平行よりもやや(１)エネルギー状態となっている。

低い

水素原子核は同時に(１)とよばれる首を傾けたコマのような首振り回転運動を行う。磁気モーメントの周波数は原子核の種類によって一定であり、静磁場の強さに(２)する。この周波数は(３)と呼ばれ、式ω＝γB0で示される。

歳差運動, 比例, ラーモアの共鳴周波数

なお、磁場強度の単位は(１)で表され、1(１)＝(２)ガウスの関係がある。

テスラ, 10000

磁気回転比γは原子核により一定ので、水素原子核の場合は(１)である。

42.58MHz/T

電磁波の中では、これらの周波数は(１)の域に相当している。

ラジオ波(RF)

静磁場の中に置いてしばらくすると、静磁場に平行の水素原子核は、逆平行の水素原子核に比して、やや数が(１)なる。この結果、静磁場の方向─縦方向をZ軸とすると、個々の磁化ベクトルの緩和としての(２)がZ軸方向に生じる。

多く, 巨視的磁化

そこに水素原子核の歳差運動に一致した電波数のRF波を横方向からパルス波として短時間加えると、磁化はそのエネルギーを吸収して(１)を起こす。これによって、無作為な歳差運動をしていた水素原子核の(２)が一致し、互いに同調して歳差運動を行うようになる。さらに、エネルギーの吸収によって磁場に平行の水素原子核が逆平行の水素原子核に変化するようになる。

共鳴, 位相

これらの結果、磁化は歳差運動を行いながらZ軸と直交する(１)へ向かって倒れていき、Z軸に対する角度を増してゆく。この過程は(２)とよばれる変化であり、磁化を90°倒すような条件のRF波を(３)とよび、さらに、磁化を180°倒すような条件のRF波を(４) とよぶ。

XY平面, 励起, 90°パルス, 180°パルス

ここでRF波を切ると、磁化は同じ共鳴周波数を出しながら、励起状態から元に戻る。この過程は(１)と呼ばれ、横(１)と縦(１)からなっている。

緩和

横緩和は一定の位相に揃っていた各水素原子核の歳差運動が徐々に位相分散し、磁化のXY─横磁化成分が(１)して行く。縦緩和は磁化のZ─縦磁化成分が次第に(２)していく。

減衰, 回復

緩和の過程で磁化の歳差運動によって周期的に変動する横磁化が生じて受信コイルには(１)に従って起電力が生じ、これによって(２)と言われるMRI信号が得られる。

ファラデーの電磁誘導の法則, 自由誘導減衰(FID)

横緩和と縦緩和はそれぞれ(１)的に変化し、縦磁化における時定数は(２)、横磁化における時定数は(３)とよばれる。

指数関数, T1緩和時間, T2緩和時間

T1緩和時間は縦磁化が(１)%に達するまでの時間に相当し、T2緩和時間は横選化が(２)%に達するまでの時間に相当する。

63, 32

プロトンと分子の結合制限の強弱によって信号強度が決まる。周りとの結合の強さにより、回転速度─共鳴周波数が遅いまたは速くなることを(１)という。

化学シフト

陽子の位置情報 MRIの画像は(１)とよばれる小さな単位から構成され、その信号強度は組織中の(２)とよばれる容積単位からの信号の大きさに依存する。 MRIでは画像を作るために、①スライス断面の選択、②新面内の信号発生源の位置情報の分析を録り返し行うことによって、各(２)から発生する信号の強度を決定しており、これに基づいてMRIの画像が作成される。

ピクセル, ボクセル

スライス断所面を選択するためには、陽子の共鳴周波数が磁場の強度に比例する性質を利用する。スライス選択面と(１)な方向─Z軸に(２)をかけると、陽子の共鳴周波数はZ軸上の位置によって変化するようになる。そこで、一定の周波数帯域をもったラジオ波を照射すると、その周波数帯域に一致する断面だけが選択的に励起される。選択されるスライス厚は周波数の幅を小さくしたり、(２)の勾配を大きくすると(３)。

垂直, 傾斜磁場, 薄くなる

選択したスライスのXY平面上の位置情報は、Y軸方向とX軸方向の傾斜磁場を用いる(１)エンコードと(２)エンコードを行うことによって決定される。まず、(１)エンコードのためにY軸方向に傾斜磁場を(３)すると、共鳴周波数がY軸上の位置によって一時的に変化するため、この傾斜磁場を切った後でも磁化べクトルの位相がY軸上の位置に従って変化するようになる。 (２)エンコードは、MRI信号が生じるときに、X軸方向に傾斜磁場を(３)することによって行われる。信号発生時にX軸方向の傾斜磁場が存在すると、X軸上の位置によって共鳴周波数が異なり、その結果異なる周放数のMRI信号が生ずることになる。

位相, 周波数, 印加

受信コイルで受信する信号は、スライス内にあるすべてのボクセルからの信号の(１)であるが、"二次元(２)変換"を行うことによって、それぞれの位相を周波数をもつ成分に分離することができる。このようにして得られた各ボクセルの位置情報と、そこから発生した信号の強度とを組み合わせることによって、実際のMRIの画像が作成される。

総和, フーリエ

(１)では、90°パルスと180パルスの間で位相軸方向の傾斜磁場が印加され、周波数軸方向の傾斜磁場は信号収集時に印加される。位相エンコード方向の傾斜磁場は、正の強い傾斜磁場から負の強い傾斜磁場まで段階的に繰り返してY軸方向のマトリックス数だけ与えられ、それぞれの信号が受信される。これらのデータの二次元フーリエ変換により各ピクセルの信号強度が決定される。

スピンエコー(SE)法

MRIの(１)は、90°パルスを与える時間の感覚が(２)であることから、(２)に(３)エンコードの数を乗じたものとなる。実際には信号強度が不足するために全く同じ操作を繰り返す─(４)することがあるので、(２)×(３)エンコードの数×(４)回数となる。

撮像時間, 繰り返し時間(TR), 位相, 加算

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ①を選べ。

90°パルス

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ②を選べ。

180°パルス

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ③を選べ。

90°パルス

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ④を選べ。

エコー時間(TE)

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ⑤を選べ。

繰り返し時間(TR)

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核磁気, 原子核, 磁気モーメント

高く, 水素原子核

スピン

低い

歳差運動, 比例, ラーモアの共鳴周波数

なお、磁場強度の単位は(１)で表され、1(１)＝(２)ガウスの関係がある。

テスラ, 10000

磁気回転比γは原子核により一定ので、水素原子核の場合は(１)である。

42.58MHz/T

電磁波の中では、これらの周波数は(１)の域に相当している。

ラジオ波(RF)

多く, 巨視的磁化

共鳴, 位相

XY平面, 励起, 90°パルス, 180°パルス

ここでRF波を切ると、磁化は同じ共鳴周波数を出しながら、励起状態から元に戻る。この過程は(１)と呼ばれ、横(１)と縦(１)からなっている。

緩和

減衰, 回復

ファラデーの電磁誘導の法則, 自由誘導減衰(FID)

横緩和と縦緩和はそれぞれ(１)的に変化し、縦磁化における時定数は(２)、横磁化における時定数は(３)とよばれる。

指数関数, T1緩和時間, T2緩和時間

T1緩和時間は縦磁化が(１)%に達するまでの時間に相当し、T2緩和時間は横選化が(２)%に達するまでの時間に相当する。

63, 32

化学シフト

ピクセル, ボクセル

垂直, 傾斜磁場, 薄くなる

位相, 周波数, 印加

総和, フーリエ

スピンエコー(SE)法

撮像時間, 繰り返し時間(TR), 位相, 加算

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ①を選べ。

90°パルス

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ②を選べ。

180°パルス

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ③を選べ。

90°パルス

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ④を選べ。

エコー時間(TE)

スピンエコー法のパルス系列図を示す。 ⑤を選べ。

繰り返し時間(TR)