이 포스트는 이전에 작성된 MR physics 기초에 대한 포스트에 이어 작성된 글입니다. 1편을 못 보신 분은 아래 글을 참조하세요. 

goldenduck.tistory.com/329

3. FLAIR

FLAIR는 90도 앞에 180도 inversion pulse를 때려준다. 90도에서 180도 pulse까지의 시간을 inversion time (TI)라고 하는데, 이 inversion time을 조절하여 CSF signal을 억제하는 FLAIR 또는 지방을 억제하는 영상을 얻을 수 있다. 180도 inversion pulse를 때리면 vector 방향이 정 반대로 크기는 같은 -Mz 자화의 방향이 생긴다. 이 상태에서 T1 이완이 일어나게 된다. 억제하고자 하는 tissue가 있다면, 해당 조직의 T1 이완을 하다가 Mxy가 생기고 Mz가 0인 시점에 inversion time에 반영을 해주면 해당 조직을 억제할 수 있다. 

4. Gadolinium enhancement

gadolinium을 이용한 조영제를 MR 조영제로 쓴다. gadolinium은 7개의 unpaired electron을 가지고 있는데, 이는 물리학적으로 강한 paramagnetic 을 띤다고 한다. Paramagnetic은 주변 수소의 T1, T2 이완을 단축시키는 효과가 있다(단축되면 T1 high, T2 low로 보인다). 그러나 조영제 농도가 상대적으로 낮은 농도에서는 T1 이완효과가 T2 효과보다 크다. 이 경우 BBB 파괴로 인한 조영제 유출되어 증강되는 경우는 저농도에 해당한다. 고농도의 조영제의 경우(혈관으로 지나가는 고농도) T2 이완효과가 커서 perfusion 영상을 얻을 수 있다. 

조영증강 효과를 높이기 위해서는 이론적으로 (1) 조영제를 많이 주입한다 (2) field strength(Tesla)를 올린다. (3) 조영제의 relaxivity를 높인다 (4) 조영제를 주고 이미징을 하는 시간을 조절한다. 

5. Diffusion-weighted imaging

인체 내 물 분자의 확산 현상을 이용한 영상이다. 불규칙적인 물분자의 확산 운동은 MRI에서 신호 감소를 초래한다. 인체 내 물 분자의 운동 중 거시적으로는 blood flow, CSF motion이 있어 signal void가 나타나게 되고 microscopic하게는 diffusion, capillary perfusion이 있다. 

확산 MRI는 diffusion gradient라는 확산에 의한 신호 감소를 증폭시키는 gradient를 추가로 걸어주는 영상이다. 이 신호를 증폭시키기 위하여 90도, 180도 pulse를 주고 signal을 얻을 때 180도 앞뒤에다가 diffusion 경사자장이라는 강한 자장을 걸어주게 된다. 따라서 Diffusion MRI는 EPI, TSE에 많이 적용하여 쓰게 된다.

6. 기타 terminology

- b value

diffusion gradient의 세기이다. b value가 커지면 커질수록 신호 감소가 커지게 된다. diffusion이 강조되기 때문이고, 이는 diffusion에 의한 신호 감소를 증폭시킨다는 의미이다. Diffusion gradient를 쓰면 확산이 일어나는 모든 조직은 신호가 감소하게 된다. 특히 확산이 잘 되는 CSF가 제일 검게 된다.

- ADC

ADC는 감소를 수학적 계수에 의해 특정 pixel에서 signal을 재서 확산 계수를 계산하게 된다. 정상 brain의 확산 계수 값은 CSF와 뇌조직, 즉 두 개의 확산 계수만 가진다. 

- TRACE(isotropic) diffusion image

우리가 병원에서 흔히 접하는 diffusion image가 바로 TRACE diffusion image가 된다. GM, WM 사이에 확산 계수 차이는 없으나 확산 방향은 차이가 있다. WM는 물 분자의 확산이 fiber 배열 방향으로 일어나고, GM/CSF는 확산의 방향성이 전혀 없다고 알려져있다. 따라서 WM의 확산 방향성을 해결하기 위하여 x, y, z 세 방향으로 gradient를 걸어준다. 확산 운동이 방향성을 갇기 때문에 x, y, z 세 방향에서 걸어주고 averaging 하여 영상을 판독하는데 쓴다. 

diffusion MRI를 가장 많이 이용하는 경우는 acute infarction이다. acute cerebral infarction은 DWI에서 bright, ADC map에서 까맣게 보인다. 이렇게 되는 이유는, 뇌세포 차원에서 볼 때, ischemia가 되면 neuron으로 물이 들어가 cytotoxic edema가 생긴다. Neuron이 swelling 되면 물 분자가 확산할 수 있는 공간이 협소하여 확산이 잘 안되서 상대적으로 DWI에서 bright하게 보이게 된다. ADC는 확산이 잘 되지 않기 때문에 까맣게 보인다. 약 하루 정도까지의 infarction은 DWI, ADC가 정확히 반대로 보인다.

T2 shine through 현상을 알아야 하고, 이는 subacute stage에 잘 나타난다. infarct일어나고 6시간째에는 DWI, ADC가 흑백을 바꾸어 둔 것처럼 보이지만, 8일째 되면 ADC가 정상 조직과 비슷한 정도로 돌아오지만 DWI는 여전히 하얗다. 이 이유는 T2 shine through 때문이다. Diffusion MRI의 signal이 ADC에 의해서만 좌우되는 것이 아니라, T2 signal도 영향을 미치기 때문이다. 

각각 sequence에서 무엇이 밝게, 무엇이 어둡게 표현되는지 익혀봅시다.

1. MRI 원리

Pulse Sequence = RF(radiofrequency) + Acquisition

RF(energy)를 준 후 tisssue로부터 release되는 energy를 감지

MR physics에 대한 자세한 내용은 아래 post에 작성하여 두었으니 필요한 분은 참고하시면 됩니다.

goldenduck.tistory.com/329

2. T1 vs. T2

물과 지방은 opposite signal intensity이다

T1과 T2에서 특정 물질은 반대의 intensity를 가질 것이다.

3. T1

fat- bright

water - dark

fresh blood - bright

T1 high signal intensity: subacute hematoma(methemoglobin), calcification, fat, paramagnetic substance(Ca, Fe, Mn, Cu, Gd), protein(고단백 물질), 유동 관련 증강, 멜라닌

uses: anatomical detail, vascular changes, disruption of BBB

3-1. Contrast - enhanced T1 weighted image

contrast leakage from BBB disruption

uses: tumor, infection/inflammation, subacute infarction, etc.

4. T2

fat-dark

water- bright (e.g. CSF)

flow is dark (blood vessel)

Low signal intensity: acute hematoma(deoxyhemoglobin, hemosiderin), calcification, protein, 높은 세포밀도, 적은 세포질(scant cytoplasm), 섬유교원성 간질(fibrocollagenous stroma), 유동액에 의한 신호소실(flow signal void)

uses: anatomic detail, picking up lesions

CSF도 밝아서 잘 구분이 안 된다는 단점이 있음

5. FLAIR(fluid attenuation inversion recovery)

T2 + CSF 까맣게 죽인 것

Non free flowing water is bright

fat is dark

uses: delineating lesions near ventricles, edema (free flowing이 아니어서 밝게 보입니다), grey-white differentiation이 잘 보입니다

6. GRE - gradient echo (SWI, T2*)

paramagnetic substances are dark (blood, calcium, metals) 예를들어 wilson's disease의 경우 GRE로 copper deposition을 MRI에서 찾을 수 있다.

정상적으로 substantia nigra, red nucleus, globus pallidus에 침착된 철이 관찰될 수 있다. 

uses: early hemorrhage, old hemorrhage(secondary to deposition of hemosiderin)

hemorrhage 검출에 탁월하므로 diffuse axonal injury에서 보이는 microbleed 검출에 탁월

7. DWI (diffusion weighted imaging, ADC)

ischemic stroke의 초기에 사용

fluid restriction is bright (cytotoxic edema) - bright signal로 보입니다.

DWI는 물분자의 브라운 무브먼트를 감지하는 것입니다. CT에서 조기에 감지하기 힘든 lesion도 DWI가 감지하는 이유는 ischemic stroke에 해당하는 부위가 부어서 물분자들의 움직이기 적어지기 때문이지요. 

DWI는 반드시 ADC와 correlation을 해보아야합니다. ADC는 apparent diffusion coefficient를 의미합니다. 간혹 T2에서 high signal이 보이는 이미지의 경우 T2 shine through effect로 인하여 DWI에서 high signal intensity가 관찰되기도 합니다. ADC에서는 fluid restriction이 어둡게 보이니 T2 shine through effect와 fluid restriction을 감별할 수 있습니다.

uses: ischemia, abscess, seizure

아래 유튜브 영상과 책을 참고하여 작성하였습니다. 

Reference: youtu.be/aK1BcfkL5ww

              신경영상의학, 일조각