【MRI 이론】 8강. Signal Suppression Techniques

8강. Signal Suppression Techniques^]

 

추천글 : 【MRI 이론】 MRI 이론 목차

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1. 개요 [본문]

2. 공간적 선포화 [본문]

3. magnetization transfer suppression [본문]

4. 주파수 선택적 포화 [본문]

5. 비포화 기법 [본문]

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1. 개요 [목차]

⑴ 펄스 sequence의 개념과 분류 

⑵ RF와 그래디언트 펄스는 모든 양성자에 동일한 영향을 주기 위해 매우 정확하고 확실하게 적용되어야 함

⑶ 양성자별로 서로 다른 영향을 주기 위하여 추가적인 RF 흥분 펄스가 가해짐

⑷ 접근 방법 1. 주파수-선택적 포화 펄스를 기존 그래디언트 벡터에 덧씌워서 적용(공간적 선포화 spatial pre-saturation)

⑸ 접근 방법 2. 그러한 벡터를 가하지 않은 채 적용

① 예 1. 지방/물 포화(fat/water saturation)

② 예 2. 자화 전달 억제(magnetization transfer suppression)

⑹ 접근 방법 3. 신호에 기여하는 상대적 위상의 변화와 관련된 chemica shift 주파수를 이용

① 이것은 지방/물 억제를 이용한 Dixon 기법의 기초가 됨

② 그 펄스의 적용을 위해 두 접근 방법 parameter에서 minimal TR(서열 커널 시간)의 증가가 요구됨

③ 게다가 추가적인 RF 펄스는 환자에 축적되는 총 RF 에너지를 증가시킴

④ RF 에너지 흡수의 특징적 비율(SAR)에 대한 제한이 필요함 (ref)

⑤ 위와 같은 제한은 특히 짧은 TR을 이용하는 spin-echo 기반 sequence에서 두드러짐

 

 

2. 공간적 선포화(spatial presaturation) [목차]

⑴ 개요

① spatial presaturaion 펄스는 위치 선별적인 그래디언트 펄스에 덧씌워서 적용되는 주파수 선택적 RF 펄스임

② 그 펄스는 기존 펄스와는 다른 중심 주파수와 그래디언트 진폭을 가짐

③ spatial presaturation 펄스는 바람직하지 않은 신호를 억제하기 위해 쓰임

④ 이 펄스는 기관지 연구나 혈류 연구에서 활발하게 이용됨

⑵ spatial presaturation 펄스는 slice selection pulse 전에 적용됨

① 보통 슬라이스 루프당 1번씩 적용되거나 TR 시간 구간당 1번씩 적용됨

② presaturation 펄스는 특정 위치를 바르게 포화시켜 그것의 정상상태 알짜 자화가 나머지 조직의 알짜 자화보다 훨씬 작게 만듦

③ 추가로 spoiler gradient 자기장을 가하여 선포화 펄스 이후의 횡평면 상의 나머지 자화를 영위상화시킴

④ 그 결과 선포화된 영역의 신호는 그렇지 않은 영역보다 훨씬 작아짐

⑤ 이전에 언급한 sequence kernel time의 문제와 RF 에너지 축적과 관련하여, spatial presaturation 펄스는 선택된 영역에서 모든 신호를 제거하지 않음

⑥ 포화된 영역에서 presaturation 펄스와 영상화 흥분 펄스가 인가되는 사이에 T1 완화가 일어나서 슬라이스 흥분 펄스가 인가될 때 선포화된 영역에서 경도축 자화 성분이 존재하게 됨

⑦ 이 성분은 포화 지역에서 조직의 T1 값과 특정 TR에 따라 상당한 크기의 신호를 생성

⑧ 명백한 신호 억제의 정도는 비포화 영역에서 생성된 신호에 대한 포화영역에서 생성된 신호의 비율에 달려 있음

 

 

3. magnetization transfer suppression [목차]

⑴ 개요

① spatial presaturation과 유사한 또다른 신호 억제 기법은 magnetization transfer suppression

② 주파수 선택적 RF 펄스가 쓰이지만 자기장 그래디언트 벡터가 쓰이지 않고, 간접적으로 조직 내 수분을 포화시킴

③ 조직 내 수분은 자유롭거나 고분자에 속박돼 있음

④ 속박된 물 분자 내 양성자는 영위상화가 매우 빨라 매우 작은 T2 값을 가짐

⑤ 이 양성자의 공명 피크는 매우 넓고 대개 작게 측정됨

⑥ 반면 자유 물 분자 내 양성자는 훨씬 긴 T2 값과 좁은 공명 피크를 가짐

⑦ 이 두 프로파일이 같은 중심 주파수를 중심으로 중첩됨

⑵ magnetization transfer suppression은 좁은 대역폭의 포화 펄스를 쓰는 게 특징적임

① 이 펄스를 MT(magnetization transfer) 펄스라고 함

② MT 펄스는 중심 주파수로부터 1-10 kHz 정도 떨어진 프로파일을 가지며 그래디언트 벡터 없이 인가됨

③ MT 펄스의 넓은 공명 피크 대역폭 때문에 오직 속박된 물 분자 내 양성자만이 RF 펄스를 흡수하고 포화됨

④ 그 이후 속박된 물 분자에서 자유 물 분자로 포화된 에너지가 전달되고, 이러한 전달 양상은 반복되어 정상상태의 자화 성분과 측정 신호는 줄어듦 : 이러한 과정을 magnetization transfer라고 함

⑤ 그 결과 magnetization transfer가 일어나는, 물을 다량 포함하는 조직과 그 과정이 일어나지 않는, 지방을 다량 포함하는 조직 간의 차이가 두드러짐

⑥ 또다시 물 분자에 신호 억제를 일으키기 위해 magnetization transfer 펄스를 spin echo나 gradient echo sequence에 인가

⑶ magnetization transfer suppression은 주로 물을 포함하는 조직의 신호를 줄여 관심 영역의 신호를 얻기 위한 연구에서 사용

① 예 1. time-of-flight MR 혈관조영검사 (ref)

○ 혈관망 내 혈류를 가시화하기 위해 사용되는 기법

○ 정상 뇌 조직을 magnetization transfer를 통해 신호 억제시키면 작은 혈관들의 신호들을 분리해낼 수 있음

② 예 2. 조영제를 첨가한 뒤 T1 연구를 하는 것

○ 조영제는 T1 완화 시간을 줄여줌 (ref)

○ 조영제를 투입한 전후의 이미지를 비교함으로써 조직 내 조영제의 확산의 정도를 결정할 수 있음

○ 조영제를 투입한 뒤 magnetization transfer 펄스를 사용하면 신호가 증폭된 조직과 나머지 조직의 신호 차이 증가

 

 

4. 주파수 선택적 포화 [목차]

⑴ 개요

① 그래디언트 벡터를 쓰지 않는 주파수 선택적 포화 펄스의 또다른 응용은 이미지에 나타나는 양성자의 신호를 직접적으로 억제하는 것임 : 지방이나 물에서의 양성자들이 주로 선택됨

② 정상 MR 기법에서는 조직 내 물 분자와 지방 분자의 신호가 모두 나타남

③ 지방과 물은 chemical shift 공명 주파수가 3.5 ppm 정도 차이가 남 (ref)

④ 주파수 선택적 포화 시 자기장 그래디언트 벡터 없이 지방이나 물의 공명 주파수를 중심으로 하는 좁은 대역폭 RF 펄스를 씀

⑤ 결과적인 횡단면 자화 성분은 spoiler gradient에 의해 영위상화됨

⑥ 표준 영상화 sequence가 그 뒤 사용되어 이미지 내 다른 타입의 양성자의 이미지를 생성

⑦ sequence 루프에서 쓰이는 포화 펄스의 수는 TR 당 1번부터 슬라이스 흥분 펄스당 1번까지 가변적

⑧ 슬라이스 흥분 펄스가 인가될 때 포화 영역의 양성자에서 minimal 알짜 자화 성분이 있다는 점에서 신호 억제 메커니즘과 spatial presaturation은 유사함

⑵ 신호 억제는 지방이나 물 둘 다 가능하지만, 주로 지방을 신호 억제하는 데 사용됨

① 지방 포화는 STIR 영상화 기법에서 두 가지 이점을 가짐 (ref)

② 장점 1. 어떤 유형의 영상화 sequence에서도 적용될 수 있음

③ 장점 2. 조영제가 물 분자에 한해서만 T1 완화 시간을 줄이기 때문에, T1 지방 포화 sequence는 Gd 기반의 T1 조영제에서도 쓰일 수 있음 (ref)

④ 물 분자의 T1의 단축은 조직의 신호를 진폭시키는 반면에, 지방의 신호는 조영제가 있든 없든 여전히 minimal하게 있음

⑶ 슬라이스 루프 시간과 RF 에너지 축적에 더불어, 주파수 선택적 선포화에는 3가지 잠재적인 문제점이 존재함

① 문제점 1. 지방이 포화가 된 뒤 물 분자로 포화 펄스가 magnetization transfer suppression을 일으킬 수 있음

② 문제점 2. 포화된 양성자는 포화 펄스와 imaging pulse 사이 구간에서 T1 완화를 함 : 이는 곧 측정 신호에 영향을 줌

○ 다중 지방 포화 펄스가 요구되는 TR을 증가시키면서 적당한 신호 억제를 가능케 할 것임

③ 문제점 3. 주파수 선택적 선포화는 자기장에 민감함

○ 지방과 물의 정확한 공명 진동수는 복셀에 인가된 자기장에 의존함

○ 자기장이 균일하지 않다면, 포화 펄스의 중심 주파수가 몇몇 스핀에 대해서는 공명하지 않아 신호 억제가 불완전

○ 어떤 경우는 물이 지방에 비해 더 많이 포화돼 있을 수도 있음

○ 이러한 이유로, 주파수 선택적 선포화 펄스를 가하기 전에 균일한 자기장을 형성하기 위한 최적화를 완성해야 함

 

 

5. 비포화 기법 [목차]

⑴ 개요 : 앞으로 소개할 두 가지 신호 억제 기법은 지방과 물의 공명 주파수 차이에 의존하고, 포화 기제를 이용하지 않는 방법

⑵ 방법 1. 합성 RF 펄스와 gradient echo sequence를 이용하여 슬라이스를 흥분시킴

① 합성 펄스 내 각 펄스의 강도와 상대적인 타이밍은 선택적으로 물 분자 내 양성자만 흥분시키도록 선택됨

② 지방과 물의 공명 주파수 차이가 사이클 시간을 바꾸기 때문에 합성 펄스는 자기장의 균질성에 매우 민감함

⑶ 방법 2. Dixon 기법(Dixon, 1984)

① 이는 수학적으로 접근한 기법이고 spin echo와 gradient spin echo 모두에 사용될 수 있는 방법

② spin echo pulse sequence가 RF 에코와 gradient echo가 신호가 수집되는 동안 동시에 중첩된다는 사실을 이용 (ref)

③ 결과적인 이미지는 같은 신호 위상에서 지방과 물 모두에 영향을 받을 것임

④ 만일 readout 방향의 gradient prephase 영역이 바뀐다면, 지방 echo는 spin echo에 비해 180° 바뀔 것임

⑤ 이는 지방의 신호를 뒤집어 놓을 것임

⑥ 만약 두 이미지를 '덧셈'하면 물의 신호만 나올 것이고, '뺄셈'하면 지방의 신호만 나옴

⑦ 이 기법은 지방과 물의 공명 주파수 차이에 따른 사이클 시간을 해석할 수 있기 때문에 자기장에 덜 민감함

⑧ 즉, artifact를 피하기 위해서는 다른 크기의 지방 신호를 나타내는 세 번째 에코를 얻는 것이 필요함

 

입력: 2017.11.12 09:00