MRIの基礎・原則｜T1・T2強調像とTR・TE、水と脂肪の見え方

先に結論：MRIの基礎

• MRIは体の中の水素原子(主に水と脂肪)の信号を画像にしており、信号の強さはT1・T2などの組織の性質と、TR・TEなどの撮像条件で決まります
• T1強調像は脂肪・亜急性期の出血・粘稠な液体が白く、T2強調像は水(浮腫・嚢胞・髄液)が白く写ります。FLAIRは髄液の信号を消したT2強調像で、脳表や脳室の近くの病変が見やすくなります
• TR・TEとも短いとT1強調像、ともに長いとT2強調像になります
• T1(縦緩和時間)は縦方向の磁化が元に戻る速さ、T2(横緩和時間)は信号が減っていく速さを表します。T2*はT2に磁場の不均一の影響が加わったもので、グラジエントエコー法で効いてきます(Chavhan 2009)
• 脂肪抑制で脂肪の信号を消すと病変が目立ち、T2*強調像・SWIは出血や石灰化を黒く描出します

MRIの基礎・原則

• 質量数１の水素原子核（¹H）＝プロトンを対象としている
• 水と脂肪以外（蛋白質、炭水化物、リン脂質、アミノ酸）の¹Hは、微量であるかT2が短いため、認識できない→水と脂肪の信号のみ認識できる
• プロトンの動きの規模に応じて、分子レベルの性質（T1、T2）、組織の中の水分子の動き（拡散強調）、毛細血管の流れ（灌流）、血管の血流を画像にできる
• 脂肪組織の病変は限られており、また脂肪は高信号（白）で水からの信号を相対的に減弱させるため邪魔→脂肪抑制で脂肪は無信号（黒）へ
• CTは物質のX線減弱値は比重により決まるため理解しやすいが、MRIでは内的因子（¹H・T1・T2・流速・拡散係数）と外的因子（TR・TE）で決まる
• T1（縦緩和時間）：信号放出能力の回復の早さ→T1強調は脂肪や粘稠な液体（蛋白の多い液体）が高信号
• T2（横緩和時間）：信号放出持続時間の指標→T2強調は自由水が高信号
• TR：繰り返し時間、TE：エコー時間
• FLAIR（Fluid Attenuated Inversion Recovery）：液体減衰反転回復→T2－自由水（CSF信号）でCSFに隣接する皮質梗塞に有用
• T2*（スター）：出血が低信号（急性・慢性の区別できない）
• SWI（磁化率強調像）：組織の磁化率の差を、グラジエントエコーの強度画像と位相画像を組み合わせて強調する撮像。T1・T2・T2*とは異なるコントラストで静脈や鉄・出血を鋭敏に描出し、外傷、脳梗塞、脳アミロイドアンギオパチー、静脈奇形、多発性硬化症、腫瘍などで補助的な情報を与える

TR・TEと強調像の関係、水と脂肪の見え方

TRを短くするとT1の差が、TEを長くするとT2の差が画像に表れやすくなります(Bitar 2006)。

撮像	TR	TE	水(髄液・嚢胞)	脂肪
T1強調像	短い	短い	低信号(黒)	高信号(白)
T2強調像	長い	長い	高信号(白)	比較的高信号(高速スピンエコー法)
プロトン密度強調像	長い	短い	中間〜やや高信号	高信号

T2強調像では水も脂肪も白く写るため、浮腫などの水を目立たせたいときは脂肪抑制を併用します。方法にはfat saturation、反転回復法(STIR)、opposed-phase(逆位相)があり、STIRは磁場の不均一に強い一方、脂肪だけを特異的に消すわけではありません(Delfaut 1999)。

T1(縦緩和)とは？TRとの関係

電波(RFパルス)で倒れた縦方向の磁化が元の向きへ戻る(縦緩和)速さを表す時間がT1です。

• T1が短い組織(脂肪など)は早く回復するので、次の電波を当てたときに大きな信号を出し、T1強調像で白く写ります
• T1が長い組織(水・髄液など)は回復が遅いため、T1強調像で黒く写ります
• TR(繰り返し時間)は、電波を当ててから次の電波を当てるまでの間隔です。TRを短くすると、回復が間に合う組織と間に合わない組織の差(=T1の差)が画像に出ます(Bitar 2006)
• T1の値は磁場の強さで変わり、1.5Tと3Tを比べると、調べたすべての組織で3TのほうがT1が長くなっていました。一方、T2は1.5Tと3Tで同程度でした(Stanisz 2005)

T2(横緩和)・T2*とは？TEとの関係

倒れた磁化が出す信号は、プロトンどうしの影響で回転の足並みがずれて減っていきます(横緩和)。その速さを表す時間がT2です。

• TE(エコー時間)は、電波を当ててから信号を読み取るまでの時間です。TEを長くすると、T2の短い組織の信号はすでに減り、T2の長い組織(水)だけが白く残ります。これがT2強調像です
• T2*(ティーツースター)は、プロトンどうしの影響(spin-spin緩和)に磁場の不均一による足並みのずれが加わった減衰です。スピンエコー法では180度パルスが磁場の不均一によるずれを打ち消すため、T2*の影響が表に出るのはグラジエントエコー(GRE)法です(Chavhan 2009)
• GRE法は、小さいフリップ角・長いTE・長いTRにするとT2*強調になります。出血・石灰化・鉄沈着の描出のほか、SWI、灌流画像、機能的MRI(BOLD)の土台になっています(Chavhan 2009)

	T1	T2	T2*
何の時間か	縦方向の磁化が戻る速さ(縦緩和)	横方向の信号が減る速さ(横緩和)	横緩和+磁場の不均一による減衰
白く写るもの	脂肪、亜急性期の出血、粘稠な液体、ガドリニウム造影剤	水(浮腫・嚢胞・髄液)	(出血・石灰化・鉄は黒く写る)

MRIの用語早見表(DWI・ADC・造影・磁化率)

T1・T2のほかに、読影でよく出てくる用語を整理します。

用語	何を見ているか	読むときのポイント
拡散強調像(DWI)	組織の中の水分子の微小な動き(ブラウン運動)	水分子が動きにくい部分が高信号になります。ADC(見かけの拡散係数)の画像とあわせて見ます(Kim 2023)
T2 shine-through	T2が非常に長い病変の信号がDWIにも写り込む現象	DWIで白くても、拡散が本当に制限されているとは限りません。ADCマップが暗い(低値)かを確認します(Kim 2023)
造影MRI(ガドリニウム造影剤)	主にT1が短縮する(T1強調像で白くなる)	造影剤が入った部位が白くなるため、造影前後のT1強調像を同じ条件で比べます(Bellin 2008)
T2*強調像・SWI	組織の磁化率(磁場の乱れやすさ)の差	静脈や鉄、出血が目立ちます。T1・T2・T2*とは異なるコントラストです(Haacke 2009)

MRIの基礎でよくある疑問(Q&A)

Q1. T1強調像とT2強調像は、画像だけでどう見分ける？

A. 髄液(脳室やくも膜下腔、脊柱管の液体)に注目します。髄液が黒ければT1強調像、白ければT2強調像です。FLAIRは髄液が黒く見えるT2強調像なので、T1強調像と取り違えないよう、病変が白く写っているか(T2系)も合わせて確認します。

Q2. 脂肪抑制を使うと何が変わる？

A. 脂肪の信号を消して、水の多い病変(浮腫・炎症・腫瘍)を目立たせます。造影T1強調像では、脂肪の白さと造影効果を区別するために脂肪抑制(fat saturation)が使われます(Delfaut 1999)。

※MRIの検査や画像の見え方について心配なことがあれば、担当の医師や放射線科にご相談ください。

 

あわせて読みたい：CT・MRIの画像解剖の勉強法、頭部MRIの読み方

参考文献

1. Bitar R, Leung G, Perng R, et al. MR pulse sequences: what every radiologist wants to know but is afraid to ask. Radiographics. 2006;26(2):513-37. PubMed
2. Haacke EM, Mittal S, Wu Z, et al. Susceptibility-weighted imaging: technical aspects and clinical applications, part 1. AJNR Am J Neuroradiol. 2009;30(1):19-30. PubMed
3. Mittal S, Wu Z, Neelavalli J, et al. Susceptibility-weighted imaging: technical aspects and clinical applications, part 2. AJNR Am J Neuroradiol. 2009;30(2):232-52. PubMed
4. Delfaut EM, Beltran J, Johnson G, et al. Fat suppression in MR imaging: techniques and pitfalls. Radiographics. 1999;19(2):373-82. PubMed
5. Kim Y, Lee SK, Kim JY, et al. Pitfalls of Diffusion-Weighted Imaging: Clinical Utility of T2 Shine-through and T2 Black-out for Musculoskeletal Diseases. Diagnostics (Basel). 2023;13(9):1647. PubMed
6. Bellin MF, Van Der Molen AJ. Extracellular gadolinium-based contrast media: an overview. Eur J Radiol. 2008;66(2):160-7. PubMed
7. Chavhan GB, Babyn PS, Thomas B, et al. Principles, techniques, and applications of T2*-based MR imaging and its special applications. Radiographics. 2009;29(5):1433-49. PubMed
8. Stanisz GJ, Odrobina EE, Pun J, et al. T1, T2 relaxation and magnetization transfer in tissue at 3T. Magn Reson Med. 2005;54(3):507-12. PubMed