T1, T2 강조영상, FLAIR 영상의임상적용 김재형 T1, T2강조영상, FLAIR (fluid attenuated inversion recovery) 영상기법은뇌 MRI의가장기본적인영상기법들이다. T1강조영상은짧은 TR과짧은 TE를이용한스핀에코기법으로서조직의 T1이완시간의차이를신호차이로반영하는기법이다. 짧은 TR을사용하면조직간에종축자기화의회복정도가크게차이나게되며이를신호에반영하는것이다. T2강조영상은긴 TR과긴 TE를이용한스핀에코기법으로서조직의 T2이완시간의차이를신호차이로반영하는기법이다. 긴 TE을사용하면조직간에횡축자기화의붕괴가크게차이나게되며이를신호에반영하는것이다. FLAIR는 180도반전펄스를먼저가하는반전회복 (inversion recovery) 기법의일종으로서뇌척수액의신호를억제하기위하여 2500 msec 정도의반전시간을적용한다. 서론 T1, T2강조영상, FLAIR (fluid attenuated inversion recovery) 영상기법은뇌 MRI의가장기본적인영상기법들이다. T1강조영상은해부학적정보를얻는데에유용하며, T2강조영상과 FLAIR영상은병변을발견하는데에유용하다. 임상에서각종병소의발견과진단에있어서이들영상기법의역할은너무도필수적이다. 그러나이들의진단적역할에대해다루는것은너무광범위하여여기서는이영상기법들의기본적인원리를팬텀과뇌의영상을통해설명하고자한다. 본론 1. T1 및 T2강조영상 1) T1 및 T2 이완 90도고주파펄스를맞은직후 proton은종축자기화는 0%, 횡축자기화는 100% 인상태가된다. 이후시간이지남에따라종축자기화를다시회복하는 T1 이완과횡축자기화가붕괴되 는 T2 이완현상이각각일어난다. 조직에따라차이가있으나대개 T2 이완이 T1 이완보다 5-10배정도빠른속도로일어난다. T1이완시간은종축자기화의 63% 를회복하는데까지걸리는시간이며, 지방조직은약 250 msec, 뇌조직은 500~1000 msec, 뇌척수액은 4000~5000 msec이다. 반면 T2이완시간은 100% 의횡축자기화가 37% 까지붕괴되는데걸리는시간이며, 지방조직은약 60 msec, 뇌조직은 80~100 msec, 뇌척수액은 2200 msec이다. 2) TR과 T1강조영상실제 MRI를시행할때, 90도고주파펄스를통상수백번반복하여가해야하므로펄스사이의시간간격 ( 반복시간, TR) 은 MRI 신호에큰영향을미친다. 즉 TR이길면 T1이완시간이긴조직이든짧은조직이든모두종축자기화를충분히회복한상태에서다음번 90도펄스를맞게되며, 매 90도펄스마다강한신호 ( 즉, 횡축자기화 ) 를생성할수있다. 그러나 TR이짧은경우, T1이완시간이짧은지방조직은종축자기화를충분히회복할수있으나다른조직들은충분히회복하지못한상태에서다음번 90도펄스를맞기때문에종축자기화가회복되지못 대한자기공명의과학회지 13:9-14(2009) 1 서울대학교의과대학영상의학교실, 분당서울대학교병원영상의학과접수 : 2009 년 4 월 28 일, 수정 : 2009 년 5 월 15 일, 채택 : 2009 년 5 월 30 일통신저자 : 김재형, (463-707) 경기도성남시분당구구미동 300, 분당서울대학교병원영상의학과 Tel. (031)787-7602 Fax. (031)787-4011 E-mail: jaehkim@snu.ac.kr - 9-
김재형 한만큼횡축자기화가생성되지못해결국 MRI 신호가감소한다. 따라서 TR을짧게하면조직간의 T1이완시간차이를대조도로반영한영상을만들수있으며이것이 T1강조영상이다. 즉 T1강조영상은짧은 TR과짧은 TE을사용하며, 짧은 TR 로조직간의 T1 대조도를증강시키고, 짧은 TE로는 T2 대조도는억제시키는기법이다. 실제로 TE를짧게고정한상태에서다양한 TR을적용한팬텀과뇌의영상을살펴보자 ( 그림 1). TR이길어질수록조직의 T1 대조도가약해지는것을알수있다. 3) TE와 T2강조영상 90도고주파펄스에의해만들어진횡축자기화는시간에따 라붕괴되는데, 적당한시점에 180도고주파펄스를가하면붕괴되고있는횡축자기화의 vector를 180도반대방향으로바꾸어줌으로서횡축자기화를다시재초점화 (refocusing) 할수있다. 90도펄스부터신호발생사이의시간간격을에코시간 (TE) 이라하며이를조절하면조직간의 T2이완시간차이를대조도로반영한영상, 즉 T2강조영상을얻을수있다. TE를짧게하여조직의횡축자기화붕괴 ( 즉 T2이완 ) 가별로일어나지않았을때 180도펄스를가하면조직간의 T2 대조도가낮은영상을얻게된다. 반면 TE를길게하여조직간의 T2이완이충분히차이나는시점에서 180도펄스를가하면 T2 대조도가높은 T2강조영상을얻게된다. 즉 T2강조영상은긴 TR과긴 TE을사용하여긴 TR로조직 그림 1. 다양한 TR 에따른 T1 대조도. A, B, C 는증류수에 MR 조영제를섞어만든팬텀이다. T1 이완은농도가가장높은 A 가가장빠르고, B 는중간이며, C 가가장느리다. 팬텀간의대조도가 TR 400 ms 에서가장우수하며 TR 이길어질수록나빠짐을알수있다 (TE 는 10 ms 로고정하였다 ). 동일한 TR/TE 로촬영한뇌의영상에서도 TR 400 ms 에서대조도가가장우수하다. - 10-
T1, T2 강조영상, FLAIR 의임상적용 간의 T1 대조도는억제시키고, 긴 TE로는 T2 대조도를증강시키는기법이다. TR을길게고정한상태에서여러가지 TE를적용한팬텀과뇌의영상을살펴보자 ( 그림 2). 팬텀에서 TE가길어질수록 T2 대조도가증가하는것을알수있다. 그러나그림에서는제시하지않았지만 TE가 150 msec 이상으로너무증가하면뇌척수액만고신호로남고, 백질과회질은모두저신호로보며백질-회질간의대조도는오히려나빠진다. 이는백질과회질의횡축자기화붕괴가너무진행되어 180도펄스에의해재초첨화될수있는횡축자기화가거의남지않은상태가되기때문이다. 4) 양자밀도영상긴 TR에짧은 TE를사용하는스핀에코기법을양자밀도영상 (proton density 영상 ) 이라하며, 종축자기화가충분히회복되고, 횡축자기화의붕괴는별로일어나지않은시점에서신호를얻는기법이다 ( 그림 3). 따라서조직의 T1 및 T2 대조도는낮으나전체적인 signal-to-noise ratio는좋은영상이된다. 반면짧은 TR에긴 TE를사용하면어떻게될까? 대조도와 signal-to-noise ratio가모두나쁜영상이만들어진다 ( 그림 3). 2. FLAIR (fluid attenuated inversion recovery) FLAIR 기법은반전회복 (inversion recovery) 기법의일 그림 2. 다양한 TE 에따른 T2 대조도. A, B, C 는증류수에 MR 조영제를섞어만든팬텀이다. T2 이완은농도가가장높은 A 가가장빠르고, B 는중간이며, C 가가장느리다. 팬텀간의대조도가 TE 10 ms 에서는좋지않으나, TE 가길어질수록대조도가좋아짐을알수있다 (TR 은 3000 ms 로고정하였다 ). 동일한 TR/TE 로촬영한뇌의영상에서도 TE 가길수록우수한대조도를보임을알수있다. - 11-
김재형 종으로서뇌척수액의신호를억제시키는기법이다. 긴 TR과긴 TE를이용하므로뇌척수액의신호가검게억제된다는점을제외하면백질-회질대조도는 T2강조영상과비슷하다. 스핀에코영상의펄스대열은 90도펄스부터시작하나, 반전회복기법은 90도펄스앞에 180도반전펄스를먼저가한다 ( 그림 4). 180 도반전펄스직후에조직의 net 자기화는종축의 (-) 쪽으로완전히뒤집혀진상태가되며, 이후각조직의특성에따라 T1 이완현상이일어나 (+) 종축방향으로의자기화가생기기시작한다. 이과정에서종축의 net 자기화가제로가되는시점이생기는데, 180도펄스부터이때까지의시간을반전시간 (TI, inversion time) 이라고한다. 지방은 150 ms, 백질은 300~400 ms, 회질은 600~700 ms, 뇌척수액은 2000~2500 ms의반전시간을갖는다. 따라서 90도펄스는 180도반전펄스후신호를억제하고자 하는조직의반전시간만큼기다렸다가가하게된다. 즉 150ms 후에 90도펄스를가하면지방신호가억제되는 STIR (short TI inversion recovery) 기법이되고, 2000~2500 ms 후에 90도펄스를가하면뇌척수액의신호가억제되는 FLAIR 영상이된다. TR과 TE를고정한상태에서여러가지반전시간의 180도펄스를사용한팬텀과뇌의영상을살펴보자 ( 그림 5). 이를통해반전시간을조절하면원하는조직의신호를억제할수있음을알수있다. 결론 T1강조영상은짧은 TR과짧은 TE를이용한다. 짧은 TR로조직의 T1이완차이를극대화시키고, 짧은 TE로는조직의 T2 이완차이를억제시킨다. 반면 T2강조영상은긴 TR과긴 TE a b c d 그림 3. 여러가지스핀에코영상기법. a. T1강조영상 (TR/TE: 500/10) b. T2강조영상 (TR/TE: 3000/90) c. 양자밀도영상 (TR/TE: 3000/10) d. 짧은 TR, 긴 TE의영상 (TR/TE: 500/150) 그림 4. 반전회복기법의펄스열및 180 도반전펄스후의 T1 이완 - 12-
T1, T2 강조영상, FLAIR 의임상적용 그림 5. 다양한 TI( 반전시간 ) 에따른조직억제. A, B, C 는증류수에 MR 조영제를섞어만든팬텀이다. 180 도펄스후 T1 이완은농도가가장높은 A 가가장빠르고, B 는중간이며, C 가가장느리다. 따라서반전시간은 A 가가장짧고, C 가가장길게된다. 팬텀영상을통해반전시간을조절하면원하는팬텀의신호를억제할수있음을알수있다. 뇌영상에서 TI 150 ms 에서는지방신호가, TI 1000 ms 에서는회질신호가, TI 2500 ms 에서는뇌척수액의신호가억제됨을알수있다. 를이용한다. 긴 TR로조직의 T1이완차이를억제시키고, 긴 TE로는조직의 T2이완차이를증강시킨다. FLAIR는 180도반전펄스를가한후일어나는 T1이완과정에서종축자기화가제로가되는시점, 즉반전시간이조직마다다른점을이용한다. FLAIR는뇌척수액의신호를억제시키는기법이므로약 2500 msec의반전시간을적용한다. 감사의글팬텀영상촬영을도와준분당서울대학교병원 MRI실의홍성우선생님께감사를드립니다. 참고문헌 1. 자기공명영상학, 대한자기공명의과학회, 일조각, 2008 2.Elster AD, Burdette JH. Questions and answers in magnetic resonance imaging, 2nd ed. St. Louis: Mosby, 2001 3.Stark DD, Bradely WG, Magnetic resonance imaging, 2nd ed. St. Louis: Mosby-Year Book, 1992 4.Westbrook C, Roth CK, Talbot J. MRI in practice, 3rd ed. Oxford: Blackwell Publishing Ltd, 2005 5.Hajnal JV, Bryant DJ, Kasuboski L, et al. Use of fluid attenuated inversion recovery (FLAIR) pulse sequences in MRI of the brain. J Comput Assist Tomogr. 1992;16:841-844 - 13-
김재형 J Korean Soc Magn Reson Med 13:9-14(2009) T1-, T2-weighted, and FLAIR Imaging: Clinical Application Jae Hyoung Kim 1 Department of Radiology, Seoul National University Bundang Hospital T1-, and T2-weighted imagings and FLAIR (fluid attenuated inversion recovery) imaging are fundamental imaging methods in the brain. T1-weighted imaging is a spin-echo sequence with short TR and short TE and produces the tissue contrast by different T1 relaxation times. In other words, short TR maximizes the difference of the longituidinal magnetization recovery between the tissues. T2-weighted imaging is a spin-echo sequence with long TR and long TE and produces the tissue contrast by different T2 relaxation times. Long TE maximizes the difference of the transverse magnetization decay between the tissues. FLAIR is an inversion recovery sequence using 180 degree inversion pulse. 2500 msec of inversion time is applied to suppress the CSF signal. Index words : Spin-echo image FLAIR image Address reprint requests to : Jae Hyoung Kim, M.D., Department of Radiology, Seoul National University Bundang Hospital 300 Gumi-dong, Bundang-gu, Seongnam-si 463-707, Korea Tel. 82-31-787-7602 Fax. 82-31-787-4011 E-mail: jaehkim@snu.ac.kr - 14-