T1・T2・プロトン密度の違いと使い分け

MRIの画像が組織ごとに白黒で描き分けられるのは、緩和（relaxation） のちがいによります。その中心が T1（縦緩和） と T2（横緩和）、そして プロトン密度（PD） です。

この記事では、3つの強調画像が「何の差」を見ているのかを、用語を噛み砕いて整理します。

緩和とは

MRIでは、まずRFパルスで磁化を倒します。パルスを止めると、磁化はゆっくりと元の状態（静磁場の向き）に戻っていきます。この戻る過程が 緩和 です。緩和には2つの側面があります。

• T1（縦緩和）：倒れた磁化の「縦成分（$M_z$）」が回復していく速さ
• T2（横緩和）：磁化の「横成分（$M_{xy}$）」が消えていく速さ

T1・T2は組織ごとに固有の値（時定数）を持ち、この差が画像のコントラストになります。

T1（縦緩和）

縦磁化 $M_z$ の回復は、次の式で表されます。

$$M_z(t) = M_0 \left( 1 - e^{-t/T_1} \right)$$

• T1が短い組織（例：脂肪）→ 速く回復する → T1強調画像で高信号（白い）
• T1が長い組織（例：水・脳脊髄液）→ 回復が遅い → T1強調画像で低信号（黒い）

T2（横緩和）

横磁化 $M_{xy}$ の減衰は、次の式で表されます。

$$M_{xy}(t) = M_0 \, e^{-t/T_2}$$

• T2が長い組織（例：水・脳脊髄液）→ 横磁化がゆっくり消える → T2強調画像で高信号（白い）
• T2が短い組織 → 速く消える → T2強調画像で低信号（黒い）

プロトン密度（PD）

プロトン密度（PD: Proton Density） は、その組織にある水素原子核（プロトン）の量です。T1・T2の影響をできるだけ抑え、プロトンの数の差を見るのが プロトン密度強調画像 です。プロトンが多い組織ほど高信号になります。

3つの強調画像は TR・TE で作り分ける

どの強調画像になるかは、TR（繰り返し時間） と TE（エコー時間） の組み合わせで決まります。

強調画像	TR	TE	主に見ている差
T1強調	短い	短い	T1（縦緩和）の差
T2強調	長い	長い	T2（横緩和）の差
プロトン密度強調	長い	短い	プロトンの量の差

考え方の整理：

• TRを短くすると、T1の差が信号に出る → T1強調
• TEを長くすると、T2の差が信号に出る → T2強調
• TRを長く・TEを短くすると、T1もT2も差が出にくくなり、残るのはプロトン量の差 → PD強調

代表的な見え方の例：T1強調で脂肪が高信号・水が低信号、T2強調で水が高信号（組織・シーケンス・撮像条件により異なります）。

試験で問われやすいポイント

• T1＝縦緩和（回復）、T2＝横緩和（減衰）という対応。
• T1が短い→T1強調で高信号、T2が長い→T2強調で高信号。
• 3つの強調画像と TR・TEの長短の組み合わせ（特にPD強調＝TR長・TE短）。
• 水（CSF）は T1が長く・T2も長い：T1強調で低信号、T2強調で高信号。

まとめ

• MRIのコントラストは T1（縦緩和）・T2（横緩和）・プロトン密度 の差から生まれる。
• T1強調＝TR短・TE短／T2強調＝TR長・TE長／PD強調＝TR長・TE短。
• 「T1が短い→T1強調で白い」「T2が長い→T2強調で白い」をまず押さえる。

次回は、SNRと加算回数（NEX）の関係を整理します。