MR영상을 만들기 위해서 인체에 필요한 양의 에너지를 주고 그 에너지를 끊는 순간 몸으로 부터 발생하는 신호(Signal)를 RF coil 이 포착하여 영상화 합니다.
신호를 만들기 위해서 인가한 여기RF pulse 부터 생성된 신호를 얻는데 까지 걸린 시간을 TE라고 합니다.
또 TE는 조직이 흡수한 에너지를 밖으로 방출하는데 걸리는 시간이라고 말 할 수 있습니다.
위 그림은 TE를 나타낸 Diagram으로 여기 Pulse인 90도 RF pulse와 Refocusing 180도 RF pulse를 사용 후 Echo 가 생성되는데 여기 pulse 부터 echo pulse 까지 총 걸린 시간을 TE 라고 합니다.
이 TE를 조절하고 변화 시킴으로 PD, T1, T2WI를 영상화 할 수 있습니다.
MRI Parameters 부가인자 TE(Echo Time)란?
MRI 영상의 T2 대비를 결정하는 중요한 파라미터
MRI 영상을 공부하다 보면 TR과 함께 반드시 등장하는 parameter가 있습니다.
바로 TE(Echo Time)입니다.
MRI 콘솔에서 T1WI, T2WI, PDWI 등의 영상을 확인하면 각각 서로 다른 TR과 TE 값이 설정되어 있는 것을 볼 수 있습니다.
앞서 TR(Repetition Time)은 RF pulse를 반복해서 인가하는 시간 간격으로, 주로 T1 weighting과 관련된 parameter라고 설명했습니다.
그렇다면 TE는 무엇일까요?
TE는 MRI 영상에서 *T2 또는 T2 relaxation에 따른 신호 감쇠가 얼마나 진행된 시점에서 echo를 측정하는지**를 결정하는 중요한 parameter입니다.
쉽게 말하면,
TE = RF excitation 후 echo signal을 측정하기까지의 시간
이라고 이해하면 됩니다.
1. TE란 무엇인가?
TE는 Echo Time의 약자입니다.
우리말로는 에코시간이라고 합니다.
MRI에서는 RF pulse로 조직을 excitation한 뒤 여러 과정을 거쳐 echo signal을 만들어냅니다.
이때 excitation을 시작한 시점부터 echo를 측정하는 중심 시점(center of k-space acquisition 또는 sequence 정의에 따른 echo 중심)까지의 시간을 TE라고 합니다.
예를 들어 TE가 20 ms라면 excitation 이후 약 20 ms 지점에서 echo signal을 측정하도록 설정했다는 의미입니다.
따라서 TE는 단순한 시간값이 아니라 조직의 transverse magnetization이 얼마나 감쇠한 후 신호를 얻는지를 결정하는 요소라고 볼 수 있습니다.
2. TE가 중요한 이유
TE가 중요한 가장 큰 이유는 *T2/T2 weighting**에 영향을 주기 때문입니다.
조직이 RF pulse에 의해 excitation된 후 transverse magnetization은 시간이 지나면서 감소합니다.
이 과정과 관련된 것이 T2 relaxation입니다.
조직마다 T2 relaxation 시간이 다르기 때문에 TE를 조절하면 조직 간 신호 차이를 강조할 수 있습니다.
일반적으로
짧은 TE → T2 영향 감소
긴 TE → T2 영향 증가
라고 이해하면 됩니다.
따라서 T2-weighted image에서는 일반적으로 긴 TE를 사용합니다.
3. TE가 길어지면 어떻게 될까?
TE가 길어지면 excitation 이후 더 오랜 시간이 지난 다음 echo를 측정하게 됩니다.
그동안 transverse magnetization은 계속 감소합니다.
특히 T2 relaxation 특성이 다른 조직 사이에서 신호 차이가 더욱 커질 수 있습니다.
대표적으로 T2-weighted image에서는 물 성분이 많은 조직이 상대적으로 높은 신호를 나타내는 경우가 많습니다.
예를 들어 뇌 MRI에서 CSF는 T2WI에서 밝게 보이는 대표적인 구조입니다.
즉,
긴 TE → T2 relaxation 차이를 더 많이 반영 → T2 weighting 증가
라고 이해할 수 있습니다.
4. TE가 짧으면 어떻게 될까?
반대로 TE가 짧으면 echo를 비교적 빨리 측정합니다.
따라서 조직의 transverse magnetization이 크게 감소하기 전에 신호를 얻습니다.
이 경우 T2 relaxation에 의한 신호 차이가 상대적으로 작아집니다.
그래서 일반적인 T1-weighted image에서는
Short TR + Short TE
를 사용합니다.
TR을 짧게 하여 T1 차이를 강조하고, TE를 짧게 하여 T2 영향을 최소화하는 것입니다.
5. T1WI와 T2WI에서 TE 비교
MRI 영상을 이해할 때 TR과 TE를 함께 보면 훨씬 쉽습니다.
| 영상 | TR | TE | 주요특징 |
| T1WI | 짧음 | 짧음 | T1 weighting |
| T2WI | 김 | 김 | T2 weighting |
| PDWI | 김 | 짧음 | Proton density weighting |
핵심은 다음과 같습니다.
TR은 주로 T1 weighting
TE는 주로 T2/T2 weighting* 에 영향을 줍니다.
따라서 MRI parameter를 공부할 때 TR과 TE를 따로 외우기보다는 두 값을 하나의 조합으로 이해하는 것이 좋습니다.
6. TE와 T2 relaxation의 관계
TE를 이해하려면 T2 relaxation을 간단하게 알아야 합니다.
RF pulse에 의해 excitation된 proton의 transverse magnetization은 시간이 지나면서 감소합니다.
이것을 T2 relaxation이라고 합니다.
조직마다 T2 relaxation time이 다르기 때문에 같은 TE에서 측정하더라도 신호강도가 서로 다르게 나타날 수 있습니다.
TE를 길게 설정하면 T2 relaxation에 의해 신호가 더 많이 감소한 이후 측정하게 됩니다.
따라서 조직 간 T2 relaxation 차이가 영상의 contrast에 더욱 크게 반영될 수 있습니다.
7. TE와 T2*는 어떻게 다른가?
MRI를 조금 더 깊게 공부하면 T2와 T2*라는 용어를 만나게 됩니다.
둘은 비슷하지만 동일하지 않습니다.
T2 relaxation
주로 spin-spin interaction에 의한 transverse magnetization 감소를 의미합니다.
T2* relaxation
T2 relaxation에 더해 자기장 불균일성(field inhomogeneity) 등의 영향까지 포함한 실제 transverse signal decay를 나타냅니다.
따라서 GRE(Gradient Echo) 계열 sequence에서는 T2* 효과가 중요한 역할을 합니다.
반면 Spin Echo 계열에서는 180° refocusing pulse가 일부 자기장 불균일성의 영향을 보정하기 때문에 상대적으로 T2 weighting을 얻는 데 유리합니다.
8. TE와 Spin Echo
Spin Echo sequence를 예로 들어보겠습니다.
일반적인 Spin Echo에서는
90° RF pulse → 180° refocusing pulse → Echo
순서로 신호가 만들어집니다.
이때 echo가 형성되는 시점과 관련된 시간이 TE입니다.
TE를 길게 설정하면 echo를 더 늦게 얻습니다.
그만큼 T2 relaxation이 진행된 상태의 신호를 측정하기 때문에 T2 contrast가 증가합니다.
따라서 일반적인 T2-weighted Spin Echo 또는 Fast Spin Echo 계열 영상에서는 비교적 긴 TE를 사용합니다.
9. TE와 촬영시간의 관계
TR은 촬영시간에 비교적 직접적인 영향을 주지만 TE는 조금 다르게 생각해야 합니다.
TE가 길어졌다고 해서 단순히 촬영시간이 TE만큼 동일하게 증가한다고 생각하면 안 됩니다.
실제 촬영시간은
- TR
- Phase encoding 수
- NEX/NSA
- Echo train length
- Parallel imaging
- Partial Fourier
- Sequence 종류
- 2D 또는 3D acquisition
등 여러 요소에 의해 결정됩니다.
따라서
TE = 촬영시간
이라고 생각하면 안 됩니다.
TE는 기본적으로 echo를 어느 시점에서 측정하는가를 나타내는 parameter입니다.
10. TE가 너무 길면 어떤 문제가 있을까?
TE를 길게 설정하면 T2 weighting을 증가시키는 데 도움이 되지만 무조건 긴 TE가 좋은 것은 아닙니다.
TE가 길어질수록 신호 자체가 많이 감쇠할 수 있습니다.
특히 T2가 짧은 조직에서는 signal loss가 크게 발생할 수 있습니다.
그 결과
SNR 감소
가 발생할 수 있습니다.
또한 움직임이나 susceptibility 등의 영향이 영상에 더 크게 나타날 수 있습니다.
따라서 TE는 원하는 contrast와 SNR 사이의 균형을 고려하여 선택해야 합니다.
11. TE와 SNR의 관계
TE와 SNR의 관계도 중요한 개념입니다.
일반적으로 TE가 길어질수록 transverse magnetization이 더 많이 감소하기 때문에 신호가 감소할 수 있습니다.
즉,
TE 증가 → signal 감소 → SNR 감소 가능성
이라는 기본적인 관계를 생각할 수 있습니다.
하지만 실제 영상에서는 sequence 구조와 조직 특성, field strength, bandwidth 등 여러 요소가 함께 작용하기 때문에 단순한 하나의 공식으로 모든 상황을 설명할 수는 없습니다.
12. MRI 영상을 볼 때 TE를 어떻게 활용할까?
MRI 영상을 공부하면서 parameter를 확인할 때는 단순히 숫자를 외우는 것보다 영상과 연결해서 생각하는 것이 좋습니다.
예를 들어 다음과 같이 생각해볼 수 있습니다.
T1WI
TR이 짧고 TE도 짧다.
→ T1 weighting을 강조하고 T2 영향을 줄인다.
T2WI
TR이 길고 TE도 길다.
→ T1 영향을 줄이고 T2 relaxation 차이를 강조한다.
PDWI
TR은 길고 TE는 짧다.
→ T1과 T2 weighting을 상대적으로 줄이고 proton density 차이를 이용한다.
이렇게 TR과 TE를 함께 확인하면 해당 영상이 어떤 목적으로 만들어졌는지 이해하기가 쉬워집니다.
13. 실제 임상 MRI에서는 TE 숫자만 보면 안 된다
MRI protocol을 보다 보면
TR 500 ms
TE 10 ms
와 같은 숫자를 볼 수 있습니다.
하지만 특정 숫자만 보고 이것은 무조건 T1WI라고 판단하는 것은 적절하지 않습니다.
왜냐하면 MRI 장비 제조사, field strength, sequence 종류, RF pulse, flip angle, echo train, acquisition 방식 등에 따라 적절한 parameter가 달라지기 때문입니다.
따라서 실제 임상에서는
TR + TE + Sequence + 영상 대비
를 함께 보는 것이 중요합니다.
14. TR과 TE를 한 번에 정리하면
MRI parameter를 처음 공부하는 분이라면 다음과 같이 기억하면 쉽습니다.
TR
반복시간
RF excitation을 반복하는 간격입니다.
주로 T1 weighting과 관련됩니다.
TE
에코시간
RF excitation 이후 echo를 측정하는 시점까지의 시간입니다.
주로 *T2/T2 weighting**과 관련됩니다.
따라서
Short TR + Short TE → T1WI
Long TR + Long TE → T2WI
Long TR + Short TE → PDWI
라는 기본 구조를 기억하면 됩니다.
마무리
MRI에서 TE(Echo Time)는 단순히 echo를 얻는 데 걸리는 시간이 아니라 *영상의 T2/T2 weighting과 신호강도에 영향을 주는 중요한 parameter**입니다.
특히 TE가 길어질수록 T2 relaxation에 의한 신호 차이가 영상에 더 많이 반영됩니다.
하지만 TE가 길다고 항상 좋은 영상이 만들어지는 것은 아닙니다.
너무 긴 TE는 signal 감소와 SNR 저하를 가져올 수 있기 때문에 검사 목적에 맞는 적절한 TE 설정이 필요합니다.
MRI parameter를 공부할 때는 다음 두 문장을 기억하면 좋습니다.
TR은 T1, TE는 T2를 이해하는 출발점이다.
그리고 실제 MRI에서는 TR과 TE만 보는 것이 아니라 sequence 종류와 영상 contrast를 함께 판단해야 한다는 점도 꼭 기억해야 합니다.
다음 편에서는 MRI Parameters의 또 다른 중요한 요소인 Flip Angle(FA)을 살펴보겠습니다.
출처 및 참고
- MRI 기본 물리학 및 자기공명영상 관련 교육자료
- MRI pulse sequence 및 image contrast 관련 참고자료
- 의학영상 물리학 및 MRI 교육자료
- 본 글은 MRI parameter의 기본 원리를 설명하기 위한 교육용 콘텐츠이며 실제 임상 protocol은 MRI 장비, 제조사, field strength 및 검사 목적에 따라 달라질 수 있습니다.
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