1. DSC and DCE (조영제 사용 기법)

DCE는 Dynamic Contrast Enhanced MRI의 약자, DSC는 Dynamic Susceptibility Contrast의 약자이다. DCE는 조영제를 넣고 T1 weighted image에서 밝은 것을 정량화하는 기법이고 DSE는 T2/T2* weighted image를 얻은 후 signal이 얼마나 까맣게 변하는지를 보고 정량화한다. MRI에서는 조영제 concentration과 Signal intensity가 정비례하지는 않는다. CT에서 정량화된 값을 구할 수 있으나, MRI는 상대적인 값을 구하여 해석해야 한다. DCE는 정량화된 값을 구할 수 있다. 조영제가 얼마나 밖으로 샜는지를 구할 수 있으나 blood perfusion에 대한 정량화된 값을 얻기는 어렵다. 

DSC와 DCE의 주요한 차이는 signal intensity의 차이가 있다. DSC는 T2 base image이고, 조영제를 얻은 후 signal intensity가 DCE에 비해 10배 차이가 난다. DCE는 굉장히 작은 신호 차이를 가지고 image 해석을 해야 한다는 의미이다. 보통의 MR scanner에서는 DSC는 routinely 제공하지만 DCE는 routinely 제공하지 않는다. 이는 작은 신호를 가지고 여러 맵을 만들어야해서 재현성과 오차 범위가 커지기 때문이다. DSC는 signal 차이가 커서 조영제가 다녀오면서 큰 signal gap을 보인다. 조영제가 새는 부분으로 contrast leakage가 되고, 얼마나 샜는지에 따라 이미지를 해석할 수 있다.

- DSC

조영제를 injection 후 GRE-EPI 기법을 사용하기는 하지만 spin echo 기법을 쓰기도 한다. 조영제를 넣고 조영제 농도가 우리가 보고 싶은 조직에 pass 하면서 어떤 signal change를 만드는지 본다. 이를 통하여 map을 만들게 된다. 조영제를 넣고 signal이 떨어지면 정상이고, 높아지면 병변(e.g. stroke)이다. 조영제를 넣고 signal이 많이 떨어지는 부분이 정상인데 이 부분을 까맣게, signal change가 안 떨어지는 부분을 하얗게 이미지에 넣는다. 

Tumor에서 DSC를 해석하는 방법을 알아보자. Glioma는 grade가 높아질수록 나쁜 질환이고, 그럴수록 perfusion이 증가하고 CBV 값을 중요하게 생각한다. 또 post RT change를 감별하는 데 DSC를 사용할 수 있다. Radiation에 의한 change일 경우 perfusion, 즉 CBV 값이 증가되는 정도가 적게 나타난다.

- DCE

DCE는 조영제가 BBB에 의해 vascular space에서 extravascular space로 얼마나 샜는지 보는 기법이다. 대표적 기법이 Ktrans, Ve, Vp가 있다. Ktrans는 volume transfer constant between the plasma and extravascular extracellular space(즉 평형상수)를, Ve는 extravascular extracellular space per unit volume of tissue and is also known as leakage space(바깥에 조영제가 얼마나 존재하는지 퍼센트), Vp는 blood plasma volume per unit volume of tissue, which may be a marker of angiogenic activity in a tumor(혈관 안 조영제)라고 생각하면 된다. BBB가 깨지면 Ktrans, Ve가 증가한다.

DCE는 작은 signal로 해석해야 한다는 단점이 있다. 따라서 기본적으로 조영증강이 잘 되는 portion 위주로 해석해야한다. Glioma 같은 tumor에서는 Ve Vp가 둘 다 증가한다. 이에 반해 stroke 같은 경우는 Ve가 증가한다. 

2. ASL(arterial spine labeling) tecnhique

ASL은 우리 몸의 spin을 labeling하여 이미지를 만드는 테크닉이다. Brain으로 가는 모든 혈과는 목을 지나는데, 목의 혈관에 energy를 주면 에너지를 받아서 labeling이 되는 효과를 받는다. water가 brain으로 올라가서 signal을 만들게 된다. 따라서 두 번 스캔하면 CBF를 구할 수 있게 된다. 이 techinique은 T1 based image이고 tissue당 brain T1 계산값이 들어가있다. 따라서 이 수식을 다른 장기에 쓸 수 없다. ASL technique이 쓰이는 이유는 조영제를 쓰지 않아서 같은 환자에서 여러 번 사용할 수 있다는 장점이 있기 때문이다. 신기능이 떨어진 환자에서는 ASL을 사용할 수 있다. 또 ASL은 절대치를 계산할 수 있다는 장점이 있다. 

ASL은 single measurement를 바탕으로 결과가 나오기 때문에 해석에 주의해야 한다. 대표적인 것이 delayed transit time이다. 조영제 injection 후 curve를 만드는데, 어떤 경우에는 brain 혈관에 협착이 있으면 천천히 perfusion이 될지언정 전체적 perfusion volume은 큰 변화가 없을 것이다. 그러나 ASL의 기본 가정은 downslope의 특정 point가 blood flow를 반영하는 시점이라고 대전제를 한다. 따라서 peak가 늦게 나타나는 경우 circulation이 천천이 되는 부위가 perfusion이 더 많이 되는 것처럼 오류를 일으킨다. 이것이 delayed transit time effect이다. 따라서 DSC와 mismatch가 있을 수 있다.

3. SWI (hemorrhage가 까맣게 보인다)

SWI는 이전의 gradient imaging의 upgrade 버전이다. bleeding을 보는 데 sensitive한 technique이다. iron, heme 이외에 calcification도 positive 나올 수 있으나 어느 정도 구분이 된다. SWI는 high resolution 3D gradient echo 기법을 기반으로 한다. phase image + magnitude를 합쳐 만든다.

SWI의 clinical application에는 traumatic brain injur, stroke, neurodegenerative disease, multiple sclerosis, vascular malformation and venous disease, brain tumor가 있다. 그러나 주로 hemorrhage 평가에 많이 이용된다. 특히 brain injury에서는 diffuse axonal injury를 보는 데 이용되는데, multiple microbleed가 SWI에서 쉽게 detection 된다. Amyloid angiopathy는 lobar type bleeding이 성인에서 발견되었을 때 진단하고, SWI가 이를 detection 하는데 유용하다. Venous malformation도 SWI에서도 잘 보인다. Tumor의 경우 GRE에서 small amount of bleeding을 보기 어려우나 SWI에서 쉽게 볼 수 있다. RT change vs. tumor recur를 감별할 때에도, recurred tumor의 경우 내부 bleeding을 갖는 경우가 많이 없다. high-grade tumor라도 dot-like microbleed가 있는 수준이나, RT change에서는 큰 hemorrhage를 관찰할 수 있다. 

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. 

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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