MRIにおける巨視的磁化―スピン–スピン緩和（spin–spin relaxation）

🧠 T2緩和T2 relaxation T2緩和（T2 relaxation）T2 relaxation（T2緩和） は、スピンspin スピン（spin）spin（スピン） 同士の相互作用により横磁化 transverse magnetization 横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化） の位相がばらつき、合成横磁化 transverse magnetization 横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化） が減衰する過程である。 縦磁化longitudinal magnetization 縦磁化（longitudinal magnetization）longitudinal magnetization（縦磁化） のエネルギー回復とは別の現象であり、エコー時間を長くすると組織間のT2差が信号へ強く現れる。

横磁化と位相同期

高周波パルスradiofrequency pulse 高周波パルス（radiofrequency pulse）radiofrequency pulse（高周波パルス） 直後には、多数の核スピン spin スピン（spin） spin（スピン） がほぼ同位相で歳差運動 precession 歳差運動（precession） precession（歳差運動） し、受信コイルで検出できる横磁化 transverse magnetization横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化）$M_{xy}$を作る。局所磁場local magnetic field 局所磁場（local magnetic field）local magnetic field（局所磁場） がわずかに異なると各スピン spin スピン（spin） spin（スピン） の歳差位相が次第にずれ、ベクトル和vector sum ベクトル和（vector sum）vector sum（ベクトル和） である$M_{xy}$が小さくなる。

理想的なスピン spin スピン（spin） spin（スピン） ―スピン緩和 spin-spin relaxation スピン緩和（spin-spin relaxation） spin-spin relaxation（スピン緩和） は

で表される。$T_2$は横磁化 transverse magnetization 横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化） が初期値の$1/e$まで減衰する時間である。

T2とT2*の区別

T2減衰は、近接スピン spin スピン（spin） spin（スピン） 間の相互作用による微視的な局所磁場 local magnetic field 局所磁場（local magnetic field） local magnetic field（局所磁場） 変動から生じ、直ちに格子 grating 格子（grating） grating（格子） への正味のエネルギー移動を必要としない。一方、実測の自由誘導減衰 free induction decay 自由誘導減衰（free induction decay） free induction decay（自由誘導減衰） には主磁場 main magnetic field 主磁場（main magnetic field） main magnetic field（主磁場） の不均一や磁化率 magnetic susceptibility 磁化率（magnetic susceptibility） magnetic susceptibility（磁化率） 差による可逆的な位相ずれも加わり、より短い$T_2^*$として見える。

flowchart TD
  A["RF 後に<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spin'>スピン</span>位相がそろう"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='local magnetic field'>局所磁場</span>差で歳差速度がずれる"]
  B --> C["位相分散が進む"]
  C --> D["合成<span class='jp-term jp-term-diagram' title='transverse magnetization'>横磁化</span> Mxy が減衰"]
  D --> E["静的な不均一は 180° パルスで再収束可能"]

180°パルスを用いるスピン spin スピン（spin） spin（スピン） エコーは、静的な磁場不均一による位相ずれを再収束させるため、不可逆的なT2成分を評価しやすい。ただしスピン spin スピン（spin） spin（スピン） 間相互作用そのものは巻き戻せない。

MRI信号への反映

TEが長いほど横磁化 transverse magnetization 横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化） は多く減衰し、組織間のT2差が信号差として現れやすい。これはT1による縦磁化 longitudinal magnetization 縦磁化（longitudinal magnetization） longitudinal magnetization（縦磁化） 回復とは独立に考える必要がある。位置情報positional information 位置情報（positional information）positional information（位置情報） を与える空間符号化 encoding符号化（encoding） encoding（符号化）の間にも位相は蓄積し、最終的なMRIMRI（magnetic resonance imaging）コントラスト contrastコントラスト（contrast） contrast（コントラスト）を左右する。

まとめ

T2とT2*の区別は、スピンspin スピン（spin）spin（スピン） エコー形成と静的磁場不均一の補正を理解する基礎である。¹²

• T2緩和T2 relaxation T2緩和（T2 relaxation）T2 relaxation（T2緩和） は横磁化 transverse magnetization 横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化） を構成するスピン spin スピン（spin） spin（スピン） の位相同期 phase locking 位相同期（phase locking） phase locking（位相同期） が失われる過程である。
• 理想的な横磁化 transverse magnetization 横磁化（transverse magnetization） transverse magnetization（横磁化） は時定数 time constant時定数（time constant） time constant（時定数）$T_2$で指数関数的 exponentially 指数関数的（exponentially） exponentially（指数関数的） に減衰する。
• $T_2^*$には真のT2減衰に加え、主磁場main magnetic field 主磁場（main magnetic field）main magnetic field（主磁場） 不均一などの可逆的な位相分散が含まれる。
• TEを調節すると、組織間のT2差を画像コントラスト contrast コントラスト（contrast） contrast（コントラスト） として強調できる。