ＭＲＩ原理➄－90°パルスとは？－

今回は、90°パルスについて、入門編的についてまとめたいと思います。

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90°パルスとは？

90°パルスとは、陽子の磁化ベクトルを90°傾けるRFパルスのことです。

 

どういうことか？

 

先ずは、下の図を見てください。

二つの陽子がＺ軸の周りを歳差運動しています。

 

実際には、上向きの陽子が下向きの陽子よりも2個だけ多いという状況です。もしかしたら、上向き12個、下向き10個かもしれませんし、上向き102個、下向き100個の状況かもしれません。

 

とにかく、上向きに歳差運動している陽子が下向きの陽子よりも2個多い状態に、ここで、ちょうど2個のうち1個エネルギーを受けて高いエネルギー状態になれるような強さと長さを持ったRFパルスを送ります。

 

すると、縦磁化は減少し、横向きの磁化ができあがります。この状態は、縦磁化ベクトルが横に90°傾いたと考えることができ、この効果を発揮するRFパルスを90°パルスと呼びます。

 

ただ、今回は90°傾けるRFパルス（90°パルス）を例に挙げましたが、縦磁化を傾ける角度によって名前が異なるのに注意が必要です。

 

つまり、180°傾けるRFパルスを180°パルスと呼ぶこともあるのです。また、任意の角度をαとすると、αパルスなって教科書に書かれていることもあります。

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もう少しだけ理解するために・・・

もうひとつだけ例を見てみましょう。

 

下の図では、上向きの陽子が6個あります。このうち、3個の陽子を高いエネルギーレベルにするようなRFパルスを送ります。

 

数が増えようが、結果は先ほど見たものと同じです。縦磁化が消えて、横磁化が新たに出現します。つまり、90°パルスと呼ばれるRFパルスを送ったのです。

 

では、RFパルスを切った後は、どのようなことが起きるのでしょうか？

 

ここで、思い出していただきたいのでは、RFパルスの役割は陽子にエネルギーを渡しエネルギーレベルを上げること、陽子の動きを同調させることだということです。

 

オーケストラでいう指揮者のような役割です。

 

ということは、RFパルスを切るということは、指揮者がいなくなることに等しいわけです。

 

すると、以下の2つのようなことが起こります。

 

➀陽子は低いエネルギーレベルの状態に戻る。
例えるなら、指揮者という監視役がいなくなることで、怠けてしまい、演奏の手を抜いてしまう。

 

➁位相がバラバラになる。
指揮者がいないから、合わせるための基準がなくなり、それぞれが独自テンポで演奏が進んでしまう。全体的に聞くと、音がバラバラに聞こえてくる。

 

ここで、注意すべきことは、この二つの過程は、異なったメカニズムで起こることですが、同時かつ独立して起こってしまうということです。少しわかりにくいので、上の出来事をざっとまとめてみましょう。

 

➀6個の上向きの陽子が歳差運動している。

 

➁RFパルス（90°パルス）を照射。

 

➂6個中3個の陽子が下向きになる。（縦磁化の消失と横磁化の出現）

 

➃RFパルスを切る。

 

➄陽子の一つが低いエネルギー状態に戻り、4個の陽子が上向き、2個の陽子が下を向いた状態になる。（2個の縦磁化がある）

 

➅次の1個の陽子が上向きになる。5個の陽子が上向き、1個の陽子が下向きになる。（正味の縦磁化は4個分）

 

➆6個すべての陽子が上向きに戻る。（陽子の歳差運動の位相がバラバラになり、横磁化はなくなる。）

 

といった感じです。図に表すと以下のような感じになります。

 

 

位相がバラバラになりながら、陽子は低いエネルギーレベルに戻るということです。（陽子が低いエネルギーレベルに戻りながら、位相がバラバラになるともいえます。）

総和ベクトルだけで見てみると・・・

次に、縦と横の総和ベクトルを図に表してみます。

ベクトルは、大きさと方向を表しているため、異なった方向を足し合わせると、「結局のところ、陽子の磁気ベクトルはどこ向いているの？」という疑問を解決することができます。

 

そして、この総和ベクトルは、一般的に組織の全磁気ベクトルを表しているので、非常に重要なのです。

 

ここで、押さえておくポイントは二つです。

 

➀総和ベクトルは縦⇒横⇒縦と変化していくこと。

➁総和ベクトルは歳差運動しているので、実際は、らせん状に動いていることです。

上の図のような軌道を描きながら、横から縦磁化に戻っていきます。

ＦＩＤとは？

ここで、思い出していただきたいのが、磁力は電流を誘導（流す）し、それがＭＲで使う信号となり、画像が作られているということです。

 

陽子から発せられる信号をアンテナで受信するような感じです。そして、音の発信源から近いほど大きくはっきりと聞こえ、遠いほど音は小さくぼやけて聞こえるのと同じように、アンテナと磁気ベクトルが近いときほど強い信号を得ることが出来ます。

 

では、アンテナと磁気ベクトルが最も近いのはいつなのか？

 

それが、90°パルス直後です。

 

横磁化がもっとも大きい時に大きな信号を得られ、縦磁化に戻る連れて信号は小さくなっていきます。この種の信号のことをfree induction decay(自由誘導減衰)という言葉から、頭文字を取って、FID信号と呼ぶのです。