2010/03/04 (Thu) あほねこがMRI原理を勉強するようです～その１ かくじききょうめいってなあに編

基礎部分をぶっとばしてとりあえずの手順だけをめもってきた「ねこfMRIシリーズ」（今命名）ですが、ハリボテ知識ではぼちぼち歯が立たなくなってきたのと、集団解析はもちょっと先になるので、しばらくfMRI原理について勉強していこうと思います。
まあでもここを何度もお読みになっている方ならご存知でしょうが、ねこのひたいほどの記憶容量のあほのこ（しかも化学はてんでだめ。数学も苦手。ベイズなにそれおいしいの状態）の勉強ですので、遅々として進まなかったりときどき間違っていたりあほすぎておおざっぱな理解でいいやーとなったりします。
なので初学者のひとがここを見つけてもここはあんまり頼りにならないよ。
だいたいのイメージをつかむ程度にしかならないのでそこらへんはご了承ください。

とまあ言い訳はそのへんにして。
あほのこでも読める日本語のMRI入門書があればいいのですが、どうもそんな都合のいいものはないっぽいです。
たいていMRIばりばりやってる方々ってのはあほねこにとってはかしこさレベルが雲の上の方々なので、あほレベルに降りてきて解説をくださる例は稀です。
そもそもあほレベルが理解できなかったりします。「なんでわからないの？」的な。はいごめんなさい。
というわけでネット上の情報なぞを頼りにちまちまあほねこレベルでやっていきましょう。

昔先輩がMRIとはなんぞやという解説プリントをくれたのにそのプリントをどこにしまったのかわからない件。
ああああこの時点で既にあほすぎる。
もうねあほかとばかかと。
あーもーなんでないねん。
しょうがないのでいちからやろう。

つーかちょっとみない間にウィキペディア充実したなー。
かしこいひとはこれみたらもうだいたい把握できるんじゃね。
ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E7%A3%81%E6%B0%97%E5%85%B1%E9%B3%B4%E7%94%BB%E5%83%8F%E6%B3%95
あと参考になったのはこれ。
web.sapmed.ac.jp/radiol/MRIprinciple.html
これも若干ちんぷんかんぷんなとこあるのに。
これとか雲の上すぎる。
www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php

この時点で半泣きですが、ねこあたまでかみくだいて読みたいと思います。

他には、
www.komorebi.org/kaisetu/mri.htm
とかあっさりでわかりやすいかな。

science.is.akita-u.ac.jp/education/sentan/medicine/principle_2.html
は図がわかりやすい気がする。
とっつきにくいタームもあるけど。

www.senkensoi.net/ssnet/mechatronics/070608.html
とか正直これ読んでたらわたしのあほ文章とか読まなくてよくねってレベルに親切。


まあこのめもぶろぐは所詮わたしのウェブ上研究ノートなので、わかったことをだらだら書きます。

物質は原子というやつでできてるよね。
（えっそこからかよ、というツッコミは以下なんどもあると思いますが全スルー）
原子には原子核というものがあるよ。
原子核は核スピンという性質があるよ。
なんかよくわかんないけど「向き」っぽいかんじのもの。
２こめのみどりいろのサイトで矢印で表されているよ。

ふつーの状態では核スピンというやつはてんでばらばらだよ。
向きがばらばらなときには、磁化はふつー起こらないよ。
磁石はべつだよ。
ちなみに磁化っていうのはその物質のまわりに磁場が発生することを言うんだよ。
磁場っていうのは、磁石にはさみとかがくっつくよーなアレだよ。
N極からS極に磁力線というやつがでてるというアレだよ。
アレってなんだよ。うまく説明できないよ。
www.senkensoi.net/ssnet/mechatronics/070615.html
の説明がめちゃくちゃわかりやすいのでこれ読んでおけばおｋ。
（あれ早速最初の看板とずれてる・・・）

で、核スピンの話に戻ると、てんでばらばらなやつらに外から静磁場を作用させると、その静磁場の向きを軸にしてくるくるするらしいよ。
結果として全体のベクトルが静磁場の向きになるらしいよ。
静磁場っていうのは時間で変化しない磁場のことを言うそうだよ。

で、なんとなく全体的に向きが静磁場の向きっぽくなったところに、ラジオ波というものを照射して傾斜磁場を加えるそうな。
ラジオ波とは、無線通信用に利用される電波（10kHz～100GHz）のことらしいよ。
電極間の最短距離を流れようとする特長があるらしい。
なんかよくわからん美容医療とかにも使われているらしいのでへんなサイトふまないように気をつけながらしらべたよ。
傾斜磁場というのは、一定の強さではなく直線的に強さが変わる静磁場のことらしいよ。
そうすると、核スピンは自転と公転を両方やるようなかんじにくるくるまわるらしい。
この自転する物の回転軸じたいが円を描くように動く運動のことを「歳差運動」というんだってさー。
んで核スピンの歳差運動のことを「ラーモア歳差運動」というらしい。
でその運動の周波数（回転する頻度）を「ラーモア周波数」というそうな。
ラーモア周波数は原子核の種類によって固有になってて、磁場のつよさに比例するそうな。
（比例の話については、「ゼーマン効果」というのを参照したらよいらしいが正直いっぱいいっぱいなので放置）
傾斜磁場は磁場がだんだんでかくなっていくから、エネルギーの安定した状態と不安定な状態とでのエネルギーの違いがだんだん大きくなっていくんだろうな。
このエネルギーの差とラジオ波の大きさがおなじになると、エネルギー低かった原子核がラジオ波を吸収してエネルギー高くなるそうな。
この原子核の状態変化のことを「核磁気共鳴」と呼ぶっぽい。
ほいでもって、共鳴が起こったときに、核スピンは上向きのと下向きのとがおんなじ数になって、結果的に全体のベクトルが静磁場に対して90°傾くことになるんだそうな。
これを「90°パルス」といふ。

んでラジオ波の照射を止めると、（ラジオ波の照射＝パルス照射、らしい）傾いていた核スピンがじょじょにもどってくる。
もとの状態にじわじわ戻っていくことを「緩和現象」というらしい。
じわじわ戻っていくときの全体のベクトルとしては、静磁場と直角の成分が短くなって（これを「横緩和」とか「T2緩和」というらしい）、上向きスピンが増えて静磁場方向の成分が長くなる（これを「縦緩和」とか「T1緩和」というらしい）そうな。
で、核スピンが90°になってた状態からもとの安定した状態に戻るまでのT1緩和の時間を「T1緩和時間」というらしい。まんまじゃねーか。
ちなみにT1緩和した、という状態はシグナル強度が1/e になる時間、だそうで。
分母のeはアレだよネイピア数だよ自然対数の底のアレですよ。
学部のとき数学で追試をくらった身としては未だに恐怖を感じるぜ。

んでだいじなのは、そのT1緩和時間というのが、原子核が含まれている分子がどういう運動をするものかによってかわってくるそうな。
たとえば、医療用MRIでは水素原子の信号を見ていることが多く水分子の運動がT1緩和時間に影響してくるんだけど、水分子が体液内のものか臓器内のものかによって運動がかわってくるらしい。
それを利用して撮像するんだよ、とさ。
画像化については次回のお話にしようかな。


今のところ、
その２　画像データにする話
その３　装置の話
その４　BOLD信号の話
みたいなかんじで進めていこうと思っています。
実験の合間を縫ってのおべんきょうなので、もさもさした愚痴とかが挟まると思いますがそのへんはてきとーにお目こぼしください。
実験しながら実験装置の勉強とか自転車操業すぎる。
まあ自転車操業なのは今に始まったことじゃないんだけど。

ーーーーー2012年5月5日追記－－－－－
ひさしぶりにコメント欄で教えてもらった日立メディコのサイトみたら入門ページのアドレスが変わってました。
今は
http://www.hitachi-medical.co.jp/tech/based/mri/mribeginner/index.html
のようです。
もし検索とかでここにたどり着いたひとがいたらこっち参照してくたさいね。