【MRI 이론】 6강. 펄스 시퀀스

6강. 펄스 시퀀스^]

 

추천글 : 【MRI 이론】 MRI 이론 목차

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1. 개요 [본문]

2. spin echo sequence [본문]

3. graident echo sequence [본문]

4. echo planar imaging sequence [본문]

5. magnatization-prepared sequence [본문]

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1. 개요 [목차]

⑴ 펄스 시퀀스(pulse sequence) : MR 이미지를 획득하는 데 사용하는 기술 조합

① 구성 요소 : RF 펄스, 그래디언트 펄스, 타이밍

⑵ 시퀀스 명명법에 대한 표준화 작업이 이루어짐 (DIN, 2008)

① 배경 1. 기기별 사용 가능한 펄스 시퀀스가 다를 수 있음

② 배경 2. 같은 펄스 시퀀스라도 다른 이름이 사용될 수 있음

⑶ 타이밍 다이어그램 : 시퀀스 실행 중에 나타난 기본적인 단계에 대한 도식

① 목적 : 펄스 시퀀스를 한 눈에 볼 수 있도록 함

② 대상 : 펄스 시퀀스에서 반복되는 유닛을 표시

○ 그 유닛을 그 시퀀스의 kernel이라고 함

③ 시퀀스 실행 중의 경과 시간은 좌우로 뻗어 있는 수평선으로 나타냄

④ 각각의 수평선은 서로 다른 하드웨어 요소를 나타냄

⑤ 최소한 네 개의 수평선이 펄스 시퀀스를 묘사하기 위해 사용됨

○ RF (radio frequency) transmitter

○ G_SLICE (G_Z)

○ G_READ (G_X)

○ G_PHASE (G_Y)

⑥ ADC(analog-to-digital converter)

○ 실제로 측정이 이루어지는 부분 

○ sampling 등을 위해 타이밍 다이어그램 상에서 추가적인 선으로 표시할 수도 있음 

⑦ 동시에 일어나는 작업은 동일한 수평선에서 표시함

○ 예 : RF transmitter와 slice selection gradient

⑧ 일정한 크기의 그래디언트 펄스는 baseline에 대해 사선으로 표시함

⑨ phase encoding과 같은 gradient table은 색칠된 영역으로 표시됨

⑩ 정확한 타이밍, 그래디언트의 세기, 루핑 구조 등은 포함되지 않음

○ 이유 1. 기기별로 상이한 값을 보임

○ 이유 2. 특허 등 지적재산권의 영역일 수 있음

Figure. 1. 타이밍 다이어그램의 예

 

 

2. spin echo sequence [목차]

⑴ 개요

① MRI에서 일반적으로 사용되는 펄스 시퀀스

② 명칭

 

지멘스(Siemens)	GE	Philips
single spin echo	spin echo	spin echo
double echo	multiecho multiplanar (MEMP)	modified spin echo
turbo spin echo (TSE)	variable echo multiplanar (VEMP)	multiple spin echo (MSE)
Half-Fourier acquisition turbo spin echo (HASTE)	fast spin echo (FSE)	turbo spin echo (TSE)
	single-shot FSE (SS-FSE)	ultra-fast spin echo (UFSE)

Table. 1. 여러 spin echo sequence의 명칭

 

⑵ 펄스 시퀀스의 구성

① 최소한 두 개의 RF 펄스가 사용됨

○ RF 펄스 : α (alpha) pulse라고도 함

○ 1개 이상의 180° refocusing pulse : 영위상화를 원상태로 하는 펄스. 즉, spin echo를 생성

○ 매 에코가 만들어질 때무다 한 개의 refocusing echo가 필요함

② readout 및 slice selection 방향에서 반대 극성을 가지는 gradient pulse가 사용됨

○ 목적 : spin echo를 위해 proton들을 동시에 refocus하기 위함

○ 다만, 대비는 주로 spin echo에 의해 결정됨

③ spoiler gradient는 잔류 transverse magnetization을 제거하고 과잉의 에코를 제거하기 위해 사용됨

④ TR (repetition time) : 주어진 슬라이스에서 연속적인 흥분 펄스 간 시간

⑤ TE (echo time) : 흥분 펄스에서 echo maximum에 도달할 때까지의 시간

⑥ 한 TR 시간 구간에서 여러 슬라이스의 신호를 얻기 위해 multislice loop 구조가 사용됨

⑶ 종류 1. standard single echo

Figure. 2. standard spin echo 시퀀스의 타이밍 다이어그램

 

① 일반적으로 T1-weighted image를 생성할 때 쓰임 : 짧은 TR (＜ 700 ms), 짧은 TE(＜ 30 ms)가 특징

② 특징 : 1개의 180° refocusing pulse, 1개의 에코, 1개의 single phase-encoding table

③ multislice loop 구조는 slice loop 내에 적용된 excitation 및 refocusing pluse 한 쌍과 함께 사용됨

④ 각각의 에코는 서로 다른 G_PE 적용 후에 selected TE와 함께 측정됨

⑤ rectilinear하고 순차적인 k-space filling이 사용됨

⑥ 이미지 재구성 후 영상 내 조직 간의 amplitude variation은 조직별 특성 차이로 인해 발생

○ proton density, T1, T2 등

⑷ 종류 2. standard multiecho

Figure. 3. standard multiecho spin echo 시퀀스의 타이밍 다이어그램

 

① 특징 : 2개의 에코, 1개의 phase-encoding gradient table, 여러 개의 180° refocusing RF 펄스

② 각각의 refocusing pulse는 서로 다른 TE를 가지는 spin echo를 생성함 : TE는 user에 의해 설정됨

③ RF excitation pulse마다 한 개의 G_PE가 쓰임

④ 각 TE에서 raw data 신호 강도의 차이는 여전히 G_PE만의 차이에 의함

⑤ 이 시퀀스는 T2 relaxation에 따른 raw data signal 세기를 echo에 따라서 볼 수 있음

⑥ 단일한 TE 시간에서 얻어진 신호에 대해서만 이미지를 얻을 수 있음

⑦ 이용 1. proton density-weighted image : 짧은 TE(＜ 30 ms). TR이 조직의 T1보다 충분히 큼 (≥ 2000 ms)

⑧ 이용 2. T2-weighted image : 긴 TE (＞ 80 ms). TR이 조직의 T1보다 충분히 큼 (≥ 2000 ms)

⑸ 종류 3. ETSE(echo train spin echo)

Figure. 4. echo train spin echo 시퀀스의 타이밍 다이어그램

(segment, 즉 echo train length가 3인 시퀀스)

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 5. echo train spin echo 시퀀스의 타이밍 다이어그램

 

① 특징

○ RARE(rapid acquisition with relaxation enhancement) 기법을 이용

○ ETSE 시퀀스는 여러 echo를 생성하기 위해 한 excitation pulse 후에 여러 180° 펄스를 사용

○ 각 에코 신호는 서로 다른 TE뿐만 아니라 서로 다른 G_PE에 대해 얻어짐

○ Figure 4에서 G_PE table 옆에 있는 화살표는 그 방향이 달라짐을 나타냄

○ ADC sampling 기간 동안 반대 방향의 gradient table은 극성만 반대일 뿐 세기는 동일함

○ turbo factor : echo train의 길이. 즉, 이미지를 생성하는 데 사용된 에코의 수

○ 각 segment에 있는 에코마다 k-space의 segmented filing을 함

○ ETSE 기법의 주요 장점은 데이터 수집 프로세스가 보다 효율적이고 스캔 시간이 단축된다는 점

 

(scan time)_ETSE = TR × N_SA × N_PE / echo train length

 

② effective TE는 G_PE = 0인 데이터가 얻어질 때의 TE 시간을 의미함

○ 이미지에 할당된 TE는 최종 이미지에 기여하는 서로 다른 TE가 있기 때문에 유효 TE가 중요함

○ 여러 TE를 사용하여 영상을 생성하면 조직 간 T2의 미세한 차이로 인해 대조가 발생하는 경우 ETSE 사용 불가

○ 지방은 동일한 TE로 획득한 standard spin echo나 muiltiecho image에 비해 신호가 증가함

③ ETSE 시퀀스를 사용하여 T1-weighted image를 생성할 수 있지만, 가장 일반적인 용도는 T2-weighted image

○ 이유 : 적당한 echo train length가 있을 때 긴 TR 스캔에 대해 달성할 수 있는 스캔 시간이 상당히 단축

○ 뇌, 척추 : T2-weighted image를 얻을 때 10 미만의 echo train이 사용됨

○ 복부 : 매우 긴 echo train을 사용하여 1초 이내에 T2-weighted image를 얻음

○ snapshot (ultrafase ETSE) : 스캔 시간은 bowel motion을 freeze할 정도로 충분함에도 T2 대비가 양호함

 

 

3. gradient echo sequence [목차]

⑴ 개요

① gradient echo sequence는 proton을 refocus하는 데 있어 180° 펄스를 사용하지 않음

② 명칭

 

Siemens	GE	Philips
fast low angle shot (FLASH)	Spoiled GRASS (SPGR), fast spoiled GRASS (FSPGR), multiplanar spoiled GRASS (MPSPGR), fast multiplanar spoiled GRASS (FMPSPGR)	T1 contrast enhanced FFE (T1 CE-FFE)
fast imaging with steady-state precession (FISP), true FISP	gradient acquisition in the steady state (GRASS), fast GRASS, multiplanar GRASS (MPGR), fast multiplanar GRASS (FMPGR), FIESTA	fast field echo (FFE)
reversed FISP (PSIF)	steady-state free precession (SSFP)	T2 contrast-enhanced FFE (T2 CE-FFE)
TurboFLASH, magnetization prepared rapid acquisition gradient echo (MP-RAGE)	IR-prepared fast GRASS, driven equilibrium (DE)-prepared fast GRASS	Turbo field echo (TFE)

Table. 2. 여러 gradient echo sequence의 명칭

 

⑵ 특징

① 180° 펄스 대신 gradient reversal을 통해 에코 신호를 생성

○ 1^st. imaging gradient는 proton dephasing을 일으킴

○ 2^nd. duration, 진폭이 동일하고 극성이 반대인 두 번째 gradient pulse를 가함

○ 3^rd. 1^st의 dephasing이 반전되어 에코가 만들어짐 : 이 에코를 gradient echo라고 함

② 모든 gradient echo 시퀀스는 적어도 두 개의 방향에서 gradient reversal 펄스를 사용

○ slice selection 방향

○ readout 방향

③ 90°보다 작은 excitation angle이 일반적으로 사용됨

④ 180° RF 펄스를 사용하지 않으면서 몇 가지 중요한 결과를 낳음

○ kernel time이 spin echo 시퀀스보다 짧음 : 최소 TR을 더 짧게 하거나 mltislice에서 더 많은 slice가 사용되게 함

○ total RF power가 적음 : 환자에게 있어 total RF 에너지 축적이 더 적어짐

○ 추가적인 조영제 메커니즘이 가능함

○ proton dephasing의 static source, B0 불균일성, magnetic susceptibility 차이가 signal decay에 관여함

○ 그 결과 TE는 T2* weighting의 양을 결정함

○ spin echo 이미지에서는 TE가 T2 weighting의 양을 결정함

○ 이 이유로 gradient echo 이미지에서의 신호가 spin echo 이미지에서의 신호보다 작음

○ 이 이유로 gradient echo 시퀀스에서 이미지 quality는 금속성 임플란트 존재 여부에 더 민감함

○ phase cycling : 지방과 물에 있는 proton이 TE에 따라 서로 다른 신호를 보임

⑶ 종류 1. spoiled gradient echo 시퀀스 : 가장 단순한 gradient echo 시퀀스

Figure. 6. spoiled gradient echo 시퀀스의 타이밍 다이어그램

 

① RF spoiling : 다음 excitation pulse에서 오직 longitudinal 방향에만 magnetization이 되도록 하는 방법

○ 이 시퀀스는 신호 측정 후에 transverse magnetization을 dephase하기 위한 spoiling scheme을 사용

○ 그 결과 다음 excitation pulse에서 오직 longitudinal magnetization이 M에 기여함

○ 세부 방법 1. 높은 세기의 gradient pulse를 적용하는 방법 : spoiler gradient 또는 crusher gradient라고 함

○ 세부 방법 2. 랜덤하게 RF excitation pulse의 위상을 바꾸는 방법

② spoiled gradient echo의 특징

○ 180 RF 펄스를 쓰지 않기 때문에 G_RO의 극성은 신호 측정에서의 readout gradient pulse와 정반대

○ TE는 T2*의 양을 결정함

○ excitation angle과 TR은 T1 weighting의 양을 결정함

○ 낮은 excitation angle pulse는 최소한의 RF 에너지를 전달하고 대부분의 M을 세로 방향으로 유지함

○ 이는 proton의 saturation 없이 TR이 더 짧아지도록 함

○ proton density-weighted image 조건 : 작은 excitation angle (15-20°), 긴 TR (500 ms), 짧은 TE (＜ 10 ms)

○ T2*-weighted image 조건 : 작은 excitation angle (15-20°), 긴 TR (500 ms), 긴 TE (25-30 ms)

○ T1-weighted image 조건 : 큰 excitation angle (≥ 80°), 짧은 TR (100-150 ms), 짧은 TE (＜ 10 ms)

③ spoiled gradient echo와 looping 기법

○ 척추 또는 복부 연구를 위한 routine spoiled gradient echo 이미징은 2D multislice mode를 사용

○ MR 조영술에는 2D sequential mode가 사용

○ multiplanar reconstruction에 요구되는 매우 얇은 슬라이스는 3D volume acquisition을 통해 생성 가능

⑷ 종류 2. refocused gradient echo sequence (steady-state gradient echo sequence)

① 특징

○ 한 개의 excitation pulse를 사용하고 spoiling을 사용하지 않음

○ TR이 T2 relaxation time보다 짧음

○ 일단 M이 정상상태 값에 도달하면 다음 excitation pulse에서 longitudinal 및 transverse 요소가 존재함

○ spoiled gradient echo sequence와 달리 가능한 많은 transverse magnetization을 유지

○ 이를 위해 rephasing gradient pulse가 사용됨

○ spin echo가 생성될 때 다음의 excitation pulse를 가할 수 있도록 충분히 빠르게 (짧은 TR) excitation pulse가 적용

○ refocused pulse sequence의 신호 세기는 조직의 T1 및 T2 relaxation time에 많이 의존함

○ 최적의 대조는 오직 T1 및 T2 relaxation time이 긴 조직에서만 달성 가능함

② 2-1. postexcitation 기법

Figure. 7. postexcitation 기법의 타이밍 다이어그램

 

○ 정의 : refocusing pulse 후의 신호를 이용하는 방법

○ spoiled gradient echo 기법과 유사 : 단, unspoiled transverse magnetization이 있는 점이 다름

○ 일반적으로 postexcitation S⁺ 신호는 RF excitation pulse 타이밍에 나타난 두 가지 원인으로부터의 알짜 자화에 의존

○ transverse magnetization M_T : 이전의 excitation pulse에 의해 생성. spin echo를 만들고 T2 이완에 따라 decay

○ longitudinal magnetization M_L : T1 relaxation으로부터 생성. FID를 만들고 T2* 이완에 따라 decay

○ M_T의 제거를 위한 방법

○ 방법 1. spoiling의 사용 : gradient 또는 RF를 사용하여 spin echo sequence에서처럼 그 성분을 제거함

○ 방법 2. 긴 TR (예 : 500 ms), 작은 excitation pulse angle (10-15°)를 쓰면 자연스럽게 제거

○ 두 방법 모두 M_L 성분만 남도록 하여 S⁺의 decay가 T2*를 따르도록 할 수 있음

○ preexcitation 기법은 M_T 성분에서 얻어진 신호만을 이용 : spoiling이나 긴 TR을 쓰면 아무 이미지도 얻지 못함

○ 경우 1. T2가 길고 TR이 짧은 경우 (예 : 뇌척수액, 혈액) : preexcitation 기법처럼 밝은 신호를 생성함

○ 경우 2. T2가 짧고 (＜ T1) TR이 긴 경우 : preexcitation 기법과 차이가 나타남

③ 2-2. preexcitation 기법

Figure. 8. preexcitation 기법의 타이밍 다이어그램

 

○ 정의 : refocusing pulse 전의 신호를 이용하는 방법. spin echo imaging에서는 echo 전후의 신호가 모두 사용·분석됨

○ 경우 1. T2가 길고 TR이 짧은 경우 (예 : 뇌척수액, 혈액) : postexcitation 기법처럼 밝은 신호를 생성함

○ 경우 2. T2가 짧고 (＜ T1) TR이 긴 경우 : postexcitation 기법과 차이가 나타남

④ T2가 길고 TR이 짧은 경우 문제점

○ 두 개의 transverse magnetization이 다른 속도로 decay 될 수 있음

○ 특히, 자기장이 균일하지 않을 때 문제가 됨

○ 이는 postexcitation image에서 banding artifact를 생성함 : M_T 성분의 신호가 클 때 특히 그러함

○ refocising gradient 펄스의 세기가 증가할수록 banding artifact도 증가함

○ 해결방법 : complete gradient refocusing (steady-state free precession sequence)의 선행

○ 위 방법은 M_L 기반 신호에 있어서 T2*를 증가시키고 banding의 정도를 감소시킴

 

 

4. EPI(echo planar imaging) [목차]

⑴ 개요

① 데이터 수집 과정에서 매우 다른 방법을 사용함

② readout 방향에서 다양한 gradient reversal을 사용함

③ 각각의 reversal은 gradient echo를 생성 : 한 readout 기간의 후반부는 후속 readout 기간의 전반부에 의해 재배치

④ gradient reversal은 매우 빠르게 이루어짐 : echo planar 이미지를 얻는데 100-200 ms가 소요됨

⑵ 종류 1. constant phase encoding

Figure. 9. constant phase encoding의 타이밍 다이어그램

 

① 대체로 오래된 하드웨어에 사용됨

② 전체 readout 기간 동안 phase encoding gradient가 사용됨

③ preparatory phase encoding 펄스를 적용하는 경우 각 echo가 서로 다른 양의 total phase accumulation으로 획득

④ k-space는 연속적이고 사인파적인 방식으로 샘플링됨

⑤ 균일한 밀도의 k-space를 얻기 위해 한쪽 또는 양쪽 방향의 regrididng이 필요함

⑶ 종류 2. blipped phase encoding

Figure. 10. blipped phase encoding의 타이밍 다이어그램

 

① 대부분의 최신 시스템에 사용됨

② 작은 진폭의 G_PE 펄스(= Δk_y)를 샘플링 기간 전에 적용하는 것이 특징

③ phase encoding gradient가 사용되지 않음 : 각 에코의 phase encoding은 일정

④ raw data matrix는 rectilinear, zigzag 형태로 얻어짐

⑤ gradient echo를 사용하기 때문에 T2*에 매우 민감함

⑥ 특히, 자화 감수성 차이는 조직-뼈 또는 조직-공기 경계면에서 왜곡을 일으킴

⑷ EPI sequence의 data collection scheme의 종류

① 종류 1. single-shot : 한 개의 excitation pulse 후에 모든 phase encoding 단계를 수행

○ 오직 한 개의 RF 펄스가 slice position마다 사용되기 때문에 각 이미지는 "무한한" TR에서 획득

○ 최신 gradient amplifier가 필요 : 모든 에코를 획득하는 데 필요한 readout gradient의 빠른 극성 전환 때문

② 종류 2. multishot

○ 세그먼트 기법은 각 excitation pulse에 이어 phase encoding 단계의 하위 집합을 획득함

○ 여러 개의 excitation pulse가 있는 segment loop 구조를 사용하여 모든 phase encoding 단계를 획득

○ segment EPI는 종종 오래 된 imaging gradient 시스템을 통해서도 사용할 수 있음

⑸ EPI 영상의 대비는 k_y = 0일 때 획득된 에코에 대한 TE에 의해 결정됨

① 각 에코가 echo train spin echo sequence와 유사한 다른 TE에서 획득되므로 이미지의 TE를 effective TE라고 함

② EPI sequence의 contrast의 변화는 readout 기간 전에 적용된 magnetization-preparation pulse를 사용하여 이루어짐

③ T1-weighted image는 excitation pilse 전에 180° inversion RF pilse를 사용함으로써 얻어짐

④ T2-weighted image는 90-180°의 펄스 쌍을 사용하여 spin echo를 생성함으로써 얻어짐

⑤ spoiled gradient echo EPI sequence는 준비 펄스를 사용하지 않으며 T2*-weighted image를 생성함

 

 

5. magnetization-prepared sequence [목차]

⑴ 개요

① 앞에서 언급된 pulse sequence는 MRI에서 spatial localization에 필요한 기본적 방법을 제공함

② 특정 파라미터 조합의 경우 이러한 기법으로 발생하는 영상은 조직 대비가 부족하거나 공간 분해능이 나쁠 수 있음

③ 이러한 한계를 극복하기 위해 spatial localization 측정 전에 알짜 자화를 preset하도록 RF 펄스를 추가로 사용할 수 있음

④ 이러한 추가 펄스를 magnetization-preparation pulse라고 함

⑤ 이를 포함하는 시퀀스를 총칭하여 magnetization-prepared (MP) sequence라고 함

⑵ 종류 1. inversion recovery spin echo (IRSE)

Figure. 11. inversion recovery의 타이밍 다이어그램

 

① 명칭

 

Siemens	GE	Philips
standard inversion recovery	multiplanar IR (MPIR)	IR
echo train inversion recovery	fast multiplanar IR (FMPIR)	IR-turbo spin echo (IR-TSE)
interleaved excitation	nonsequential (standard)
magnitude reconstruction	absolute value, magnitude	modulus real
phase-sensitive reconstruction

Table. 3. inversion recovery의 명칭

 

② 특징

○ 전통적인 IR 시퀀스는 spin echo sequence의 응용 : initial excitation 전에 180° 펄스를 추가로 사용

○ 180° 펄스는 슬라스이 안에 있는 proton의 M을 뒤집음 : T1 민감도를 높임

○ TI(inversion time)는 180° 펄스와 excitation pulse 간의 시간이며 조절 가능하고 T1 relaxation의 양을 결정

○ 표준 phase encoding gradient table이 사용됨

○ TE는 spin echo sequence와 같이 정의됨

○ TR이 긺 : 최대의 T1 relaxation을 허용하기 위함. 불충분한 TR은 T1이 큰 조직에서의 신호 손실을 야기함

○ IR pulse는 위에서 언급한 모든 시퀀스와 함께 사용될 수 있음

⑶ 종류 2. echo train inversion recovery sequence

① 180° inversion pulse를 가한 뒤 ETSE(echo train spin echo) 시퀀스를 얻는 형태

② echo train IR sequence에서 얻은 대비는 IR sequence와 같이 TI 및 T1에 기초함

③ echo train 길이와 유효 TE는 ETSE와 동등함

⑷ IR에 관한 multislice imaging에서 looping mode

① TI가 상대적으로 짧은 경우

○ 모든 RF 펄스가 얻어지고 신호는 다음 슬라이스를 처리하기 전에 얻어짐

② TI가 상대적으로 긴 경우

○ 모든 inversion RF 펄스가 excitation 전에 순차적으로 얻어짐

○ 그 뒤에 excitation, refocusion pulse, 신호 탐지가 이루어짐

○ 그 결과 한 번의 TR 기간 동안 보다 효율적인 데이터 수집이 가능함

⑸ 이미지 재구성 프로세스는 IR 이미지에 중요한 역할을 함

① 180° RF 펄스에 의한 M의 반전은 음수의 세기를 갖는 신호를 만들어 냄

② 짧은 TI 시간은 반전과 RF excitation 사이에서의 T1 relaxation을 최소화함

○ 대부분의 조직은 excitation pulse를 가하면 M이 반전됨

③ 긴 TI 시간은 두 펄스 사이의 조직이 보다 완전하게 relaxation을 하도록 하여 M에 대한 양의 값을 생성

④ 중간 TI 시간은 특정 조직의 T1 값에 따라 양의 M과 음의 M이 나올 수 있음

⑤ phase-sensitive IR : 반전된 M을 갖는 조직에 음의 픽셀 값을 부여한 것

○ 배경에 있는 공기는 중간 범위의 픽셀 값이 할당됨

○ 모든 영상 기법 중에 가장 큰 픽셀 값 범위를 갖는 편

⑥ absolute value IR (magnitude IR) : M의 위상을 무시하고 순전히 신호 세기에 기반하여 본 이미지

○ T1 relaxation time이 매우 짧거나 매우 긴 조직은 픽셀 값이 높음

○ 배경 공기는 픽셀 값이 낮음

⑹ inversion pulse는 적절한 TI 선택을 통해 신호의 억제를 가능하게 함

① 조직이 excitation pulse를 가할 때 종방향 성분이 없도록 TI 시간을 선택 시 그 조직은 최종 영상에서 보이지 않음

② 조직의 null 시간 : TR 시간이 충분히 긴 경우 T1 relaxation time의 함수로 정의됨

 

TI_NULL = 0.693 × T1

 

⑺ MP 펄스와 EPI sequence의 통합

① 이러한 펄스는 짧은 측정 시간이 필요한 스캔에서 조직 대비를 개선하는 데 종종 사용됨

② EPI sequence도 excitation pulse 당 하나의 MP pulse를 사용

○ M은 EPI data collection process로 인해 각 phase encoding 단계 이전에 동일한 값을 가지지 않음

○ 즉, spin echo-based sequence와 달리 EPI sequence는 non-steady-state 기법

③ (참고) spin echo-based sequence는 excitation pulse당 하나의 MP pulse를 사용

○ M 값은 MP pulse가 없을 때와 값이 다르지만 excitation pulse가 있을 때 일정하게 유지됨

○ 즉, spin echo-based sequence는 steady-state 기법

⑻ MP 펄스와 gradident echo의 통합

① 이러한 펄스는 짧은 측정 시간이 필요한 스캔에서 조직 대비를 개선하는 데 종종 사용됨

② gradient echo sequence는 일반적으로 단일 MP 펄스에 이어 여러 개의 excitation pulse를 적용

③ M은 각 phase encoding 단계 이전에 동일한 값을 가지지 않기 때문에 non-steady-state 기법

④ 각 phase encoding 단계는 preparation pulse에 이어 서로 다른 시점에 획득됨

⑤ 결과적인 영상 대조는 데이터 수집 기간 동안 G_PE = 0인 단계가 언제인지에 의존

○ G_PE = 0인 시간은 사용된 특정 gradient table-ordering scheme에 의해 결정됨

○ 선형적인 k-space 순서는 phase encoding table 중간에 k_y = 0 라인이 있음

○ contrast-controlling echo가 TR × N_PE × N_SA / 2 시간 동안에 획득됨

○ 이 경우 대비는 매트릭스 크기와 획득에 따라 달라짐

○ 중심적인 k-space 순서는 시간 TR에 G_PE = 0 단계가 발생하도록 데이터 수집 기간 시작 시 G_PE = 0 단계를 획득

○ centric-ordered magnetization prepared sequence에 대한 대조는 외부 변수에 크게 달라지지 않음

⑼ MP gradient echo sequence에서 사용되는 RF 준비 방법

① T1-weighted image는 데이터 수집 전에 한 번의 180° RF 펄스를 적용하여 생성할 수 있음

○ 펄스 유형 1. 송신기 코일 내의 모든 양성자를 반전시키기 위한 비선택적 펄스

○ 펄스 유형 2. 관심 슬라이스의 양성자만 반전시키기 위한 슬라이스 선택적 펄스

○ 반전 펄스와 데이터 수집 기간 사이의 지연시간 TI는 조직의 longtudinal magnetization에 변화를 줌

○ T1 MP sequence는 전체 데이터 수집 주기에서 하나의 반전 펄스만 적용된다는 점에서 IR sequence와 다름

○ effective TI : inversion과 k_y = 0 line 사이의 시간. 이미지 대조에 중요

 

TI_effective = TI + TR × N_SA × N_PE / 2

 

② T2 MP gradient sequence의 경우 일련의 RF 펄스가 사용됨

○ 그 RF 펄스를 driven equilibrium pulse train이라고 함

○ 90° - τ - 180° - τ - 90°와 같이 시간 간격이 일정하게 세 개의 RF 펄스가 인가됨

○ 처음 두 개의 펄스는 spin echo를 생성하며 transverse magnetization에 대한 T2 가중치를 생성

○ 세 번째 펄스는 이 magnetization을 세로 방향으로 회전시켜 T2 relaxation time에 기반한 M의 변화와 interpulse spacing τ를 생성

○ 중심 순서 데이터 수집을 사용하면 대비가 좋은 T2-weighted image가 생성됨

⑽ MP gradient echo sequence는 2D 또는 3D 기법이 될 수 있음

① 2차원 MP 기법

○ 2차원 magnetization prepared technique은 단일 preparation pulse 세트에 이어 슬라이스에 대한 모든 데이터가 수집된다는 점에서 순차 슬라이스 기법으로 얻어짐

○ 빠른 측정 시간은 환자의 움직임에 덜 예민하게 해줌

○ 공간 분해능을 높이기 위해 분할된 k-space를 사용하여 이러한 시퀀스를 획득할 수도 있음

② 3차원 MP 기법

○ 일반적으로 phase encoding 항목 (k_y) 당 하나의 MP 펄스를 적용하여 M에 대한 비정상상태 동작이 partition gradient table (k_z)을 통과하는 루프 중에만 나타나도록 함

○ 이 접근 방식을 사용하면 영상 대비가 acquisition matrix의 영향을 받지 않음

○ 또한 일반적으로 k_z 값의 개수가 k_y 값의 개수보다 적기 때문에 측정된 M의 값의 개수를 줄임

⑾ 응용 1. CSF

① 정상 CSF의 T1 relaxation time은 1.5 T에서 대략 3000 ms

② 2080 ms의 TI 시간은 CSF magnetization에서 longitudinal 성분이 없게 함 : CSF 신호가 나오지 않도록 함

③ 이를 통해 뇌의 회질, 백질에 있는 염증을 더 쉽게 판단할 수 있도록 함

④ 이러한 기법을 FLAIR(fluid-attenuated IR)라고 함

⑿ 응용 2. 지방

① 지방은 불균일한 구조를 가지고 있고 T1 relaxation time은 1.5 T에서 약 200-250 ms

② 140-160 ms의 TI 값을 선택하면 지방 신호가 없는 이미지가 생성됨

③ 이러한 기법을 STIR(short TI inversion recovery)라고 함

④ 한계 1. TI 시간으로 인해 sequence kernel time이 더 긺

○ 일반적인 TR에 대해 제한된 수의 슬라이스를 획득할 수 있음

○ 원하는 해부학적 영역을 커버하기 위해 여러 스캔을 사용하거나 ETSE sequence 변동을 사용해야 할 수 있음

⑤ 한계 2. T1 조영제를 사용할 때 발생

○ Gd-DTPA 등의 가돌리늄 기반 조영제는 해당 물질을 흡수한 조직 내 물의 T1 relaxation time을 단축

○ T1 relaxation time 값이 컸던 조직은 T1 조영제가 있으면 STIR 하에서 신호 손실이 있을 수 있음

○ 이러한 이유로 일반적으로 조영제를 투여할 때 STIR 이미징은 수행되지 않음

 

입력 : 2021.08.30 01:29