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MRI

이완( Relaxation )

by 건강샘 2021. 5. 27.
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T1이완(relaxation)

 

공명된 상태에서 고주파펄스를 끊게 되면 순자화가 원래의 평형상태로 회복되는 것을 이완(relaxation)이라고 합니다.

이때 두가지 일이 동시에 발생되는데 종축자화가 원래의 상태로 회복되는 과정을 T1이완 또는 종축이완(Longitudinal relaxation)이라고 하며, T1이완이 일어나기 위해서는 수소원자핵의 에너지를 주위물질(Lattice)에 전달하기 때문에 spin-lattice 이완 이라고도 합니다.

또한 원래의 자화의 63%까지 회복될때 까지의 시간을 그물질의 T1 relaxation time 이라고 정의합니다.

T1이완시간이 두배가 되면 91%의 종축자화가 회복되며, 3배의 시간 후에는 97%가 회복됩니다.

T1 이완시간

 

 

T1이완 시간이 가장 긴 물질은 순수한 물로써 약 3초이상이다.

인체내에서는 순수한 물은 아니더라도, 비점액성 액체의 분자는 매우 빠르게 움직이므로, 에너지 전달이 매우 느리고, 이완시간이 길다.

뇌척수액이나 소변과 같이 전해질만 조금 있고, 큰 분자가 없는 액체는 T1이완시간이 2~3초로 매우 길다.

물질의 이완시간은 그 양자가 존재하는 분자의 크기에 따라 달라진다.

물처럼 작은 분자는 빠르게 움직이므로 이완효율이 낮고 이완시간이 길다.

지방조직안에 있는 지방산은 활동이 제한 되어 있어 T1이완 효율이 높아 인체 조직중에서 T1이완시간이 가장 짧다.

단백질 같은 큰 분자의 양자는 T1이완시간과 횡이완이 너무 빨라 영상화 하기 힘들다.

 

물질에 따른 T1이완 시간.(WM=White matter, GM=Gray matter)

T2 이완( relaxation )

전자기파는 외부자장과 나란하게 종축(Z)으로 배열되어 있는 자화(또는 spin)를 횡축(X-Y)평면으로 눕게 한다.

이렇게 누운 스핀은 종축성분(Mz)과 횡축성분(Mxy)으로 나눌 수 있는데, 이들 중 Mxy 만이 RF Coil에 의해 MR신호로 검출된다.

만일 90도 RF Pulse가 X-Y 평면으로 가해졌다고 하면 종축자화는 0(zero)가 될것이고 횡축자화는 최대가 될 것이다.

이때 spin들의 위상을 살펴보면 동위상(in-phase) 이다.

시간이 지남에 따라 동위상의 spin 들은 spin과 spin의 상호작용(interaction)에 의해 횡축 평면에서 흩어지게 되는데 이를 dephasing 이라 하고, dephase가 많이 되면 될수록 MR신호도 점점 작아져 나중에는 사라져 버린다.

이와같이 spin 들간의 상호작용에 의하여 MR신화가 감소하는 현상을 T2relaxation(decay)이라 하고, 횡축에서 일어난다고 하여 횡이완(transverse relaxation)또는 spin-spin relaxation 이라 한다.

T2 이완곡선

 

어떤 물질의 T2 relaxation time은 횡축자화가 37% 남을 때까지의 시간으로 정의하며, 항상 그 물질의 T1 이완시간 이하이다.

또한 T2 relaxation은 t1 relaxation과 동시에 일어나지만 서로 별개의 과정이다.

물분자의 겨우 분자의 운동이 너무 빠르기 때문에 스핀간의 에너지 교환이 비효율적이어서 T2 이완시간이 길다.

지방의 경우는 분자의 크기가 크고, 고도로 구조화 되어 있어 분자의 운동이 상대적으로 느리다. 그래서 스핀간의 에너지 교환이 효율적이어서 T2이완시간이 짧다.

물질에 따른 T2이완 시간

 

자자의 세기에 따른 각 조직의 이완시간.

 

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