MRIで水素原子が整列する仕組みとは？

MRI（磁気共鳴画像）では、体内の水素原子が強い磁場によって整列します。水素原子は陽子のスピンにより磁気モーメントを持ち、外部磁場に対して自らの磁気モーメントを磁場方向に揃えようとします。

磁化（マグネティゼーション）

この整列プロセスは「磁化」と呼ばれ、通常は超伝導磁石が作り出す均一で強い磁場（テスラ単位で表されます）を使用して行われます。磁場が強いほど水素原子の整列度が高くなり、画像のコントラストや解像度が向上します。

ラジオ周波数パルス（RFパルス）による操作

水素原子が整列した後、ラジオ周波数（RF）パルスを照射して磁化ベクトルを一時的に乱します。これにより原子のスピンが「フリップ」し、磁場から外れた状態になります。RFパルスが停止すると、原子は再び磁場方向に戻りながらエネルギーを放出します。このエネルギーはラジオ波として検出され、画像情報の元となります。

画像生成のメカニズム

磁場とRFパルスのタイミング・強度を精密に制御することで、体内の特定部位の水素原子からの信号だけを選択的に取得できます。取得した信号はコンピュータで処理され、解剖学的・生理学的情報を含む高解像度の断層画像が生成されます。これにより、様々な疾患の診断や経過観察が可能になります。