MR physics와 MRI sequence (T1, T2) 이해의 기본 (1)

조직 각각의 특성에 따라 T1 relaxation time, T2 relaxation time이 있는데, disease에 따라 이 신호가 바뀌게 된다. T1강조영상, T2 강조영상, Proton density 영상, FLAIR 등으로 이 신호 변화를 잡아내어 이미지화 하는 것이 MRI이다. 

Reference: https://pt.slideshare.net/GaneshNair/basics-of-mri-14526558/6

1. T1, T2 relaxation time 

RF pulse를 가하여 proton의 종축 자기화 (Mz)를 횡축으로 눕히게 되면 Mxy라는 vector가 형성된다. Mz가 Mxy로 바꾸어야 MR 신호가 된다. 90도 펄스 직후에는Mxy가 100%, Mz가 0%가 되는 순간이 오는데, 이 순간 T1, T2 relaxation이 시작된다. Mz가 relaxation에서 회복되는 것이 T1이고, Mxy가 100%에서 relaxation 되는 것이 T2 relaxation curve 이다. 동시에 일어나고 서로 독립적으로 일어나고, T2가 T1의 대략 10배 빠르게 회복된다.

조직마다 이완되는 시간이 상이하고 이에 따라 이미지가 얻어지게 된다(fat이 가장 빠르고, 다음 brain tissue, 그 다음 CSF 이다). T1 relaxation time은 Mz가 63%를 회복하는데 걸리는 시간이다. 자장이 세질 경우 (1.5 T -> 3T -> 7T) T1 이완 시간이 길어지게된다.

T2 relaxation도 조직마다 다르다. T1 relaxation이 짧은 조직은 T2도 급격하게 curve가 감소하게 된다. T2 relaxation time은 Mxy(signal)이 37%까지 감소하는 데 걸리는 시간이다. 다만, T2는 자장의 세기에 별 영향을 받지 않는다. Fat이 가장 빨리 신호가 떨어지고, 그 다음 brain tissue, 그 다음 CSF 이다. 

이러한 T1, T2 relaxation time을 그대로 imaging에 반영하는 것이 아니라 scan parameter(TR- repetition time, TE - echo time, TI - inversion time) 등을 조절하여 MRI 영상에 반영하게 된다.

2. TR/TE vs. T1/T2 강조영상

90도 pulse, 180 pulse 주고 신호를 얻으면 이것이 spin echo 기법이다. 한 번으로 영상이 나오면 좋겠으나, 실제 영상을 얻을 때는 통상 수백 번의 RF pulse를 가해야 한다. 결국 수 백 번을 반복하는데 90도 pulse에서 다음 90도 pulse까지의 시간을 TR, 90도 pulse에서 signal 얻을 때까지의 시간을 TE라고 부른다.이렇게 반복하기 때문에 TR이라는 개념이 있는 것이지, 가슴 단순 촬영처럼 한 번에 발생한 RF로 신호가 나오면 TR 개념이 없다. 이 TE와 TR를 짧고 길게 조작을 하게 된다.

- T1

T1 강조 영상은 TR을 짧게 해주어서, T1 값의 차이가 영상에 영향을 미치게 된다(<600ms). TR이 충분하게 되면 Mz가 90도 pulse 회복을 다 하고 나서 pulse가 들어가기 때문에 T1 이완시간이 짧고 긴 것이 영상에 드러나지 않게 된다. 그러나 TR이 짧아져서 조직간 이완시간이 차이가 날 때 pulse가 들어가게 되면, 거의 회복이 다 된 경우에는 두 번째 pulse에 강하게 영향을 받지만 아직 이완이 덜 된 경우는 영향을 덜 받게 된다. 모든 tissue는 첫 번째 90도 pulse에는 강한 반응을 보이나, 두 번째 pulse부터는 T1 이완시간의 차이가 바로 반영이 되게 된다. 수 백번의 반복에 비슷한 현상이 이어진다. 

TE는 짧게 해주어야 T2 값의 차이에 영향을 못 미친다. Mxy가 시간에 따라 감소하는데, 조직간 신호의 차이를 영상에 반영하려면 TE를 길게 해 주어야 한다. 반영하지 않기 위해서는 짧게 한다. T1 강조 영상을 촬영하는 경우에는 짧게 해주어야 한다. 

조영제의 농도가 높아질수록 T1 T2 이완시간이 전부 짧아진다. 이완시간의 차이가 차이가 날 때, 즉 TR이 짧을 때 이미지를 얻으면 조직간 차이가 더 잘 나는 영상을 얻을 수 있다.

- T2

T1과 빈대이다. TR을 길게 하여 T1 값의 차이가 영향을 미치지 못하게 한다 (> 3000ms). TE는 길게 하여 T2 값의 차이가 영향을 미치게 한다. 이렇게 신호를 받으면 조직간 T2 값의 차이가 이미지에 영향을 미치게쯤 한다. TE가 길어야 T2 contrast가 가장 좋게 나온다. 

- Proton density 영상

말 그대로 proton density가 영상에 영향을 미친다. TR을 길게 하고 TE를 짧게 하여 T1, T2 모두 이미지에 영향을 못 미치게 한다. 이는 MSK 영상에서 유용하게 쓰이는데, ligament나 fibrous tissue는 proton density 영상에서 검게 보여서 유용하게 쓰인다. 

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MR physics와 MRI sequence (FLAIR, 조영증강, DWI)와 이해의 기본 (2)