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ST (Slice thickness)

Slice thickness는 자장의 강도, gradient 성능을 표현하는데 관련이 있으며 장치의 능력 평가 기준이 되기도 한다.

넓은 slice는 SNR이 증가되나 resolution, sharpness의 감소를 초래함과 동시에 세밀한 부위 관찰시는 partial volume effect 로 인해 판독 시 바람직하지 못하다.

높은 해상력을 장점으로 한 MRI는 low field 에서 high field로 점차 변천하면서 얇은 두께의 영상이 가능하게 되었고, SNR의 증가와 함께 좋은 영상을 묘사하고 있 다.

대체로 얇은 두께의 기준은 3mm - 1mm의 해상력을 의미하며, 일정 SNR을 유지하기 위한 scan time도 증가하지 않아야 한다.

주 적용부위는 Pituitary gland, Temporal area (TM joint), IAC, C-spine,T-spine 에서는 sagittal, knee joint, shoulder joint 등이며, T1WI 보다는 특히 T2WI 에서 SNR의 감소나 contrast의 변화가 없어야 한다.

이는 자장 세기에도 크게 좌우되고 있기에, 자장의 세기가 감소되는 기간(center frequency)을 고려 한 QA를 통해 정확한 Slice가 선택, 조절되는지를 RF pulse bandwidth나 selection gradient amplitude로 확인 할 필요성이 있다.

절편 두께가 넓을 경우는 average를 감소시켜도 영상의 SNR에는 크게 변화가 없다 (단 motion제외).

Gradient 세기가 증가하고, RF bandwidth 가 좁아지면, slice 두께가 얇아지는 현상으로 인해 생기는 trade-off도 고려해야 한다.

일례로 low-field 에서는 얇은 두께를 적용할 경우 높은 SNR을 위해 몇 배 의 average를 해주어야 한다.

또한 같은 slice thickness라 할지라도 사용 하고 있 는 적 용 기 법 에 의 해 S N R 의 변 화 를 초 래 한 다 .

Inter slice spacing (GAP)

현재 No gap (gapless)기법도 출현했지만, MR image가 sine-shape 또 는 Gaussian-shape의 형태에 의해 scan되므로 특정 절편과 절편 사이에 도 gap이 있어야 이상적이다.

왜냐하면 영상자체에는 noise를 항상 포함 하고 있기 때문이다.

그렇기 때문에 이론상으로는 약 slice thickness에 25% 정도는 gap이 있어야 한다.

그러나 현실적으로 TR과 TE에 의해 slice 수의 허용범위가 결정되므로 한번에 lesion을 다 포함할 경우 no gap 으로 검사 하기엔 부위에 따라 어려움이 있어 Gap을 적절히 이용하면 효과적이다.

Gap의 관련된 문제를 해결하기 위해 순차적으로 RF excitation을 하지 않 고 alternative 하게 excitation하기도 한다.(Interleaved) No gap 보다 Gap이 있으면 SNR이 증가하며, gradient 에도 무리가 없으며 필히 no gap 이 필요하다면 interleave 방법을 이용하는 것도 하나의 방법이다.

그러나 결국은 S/W(Soft Ware)에 의해 Gapless가 보편화 될 것이다.

MRI Parameters 부가인자 ST와 GAP

Slice Thickness와 Slice Gap은 MRI 영상에 어떤 영향을 줄까?

MRI 검사실에서 촬영 조건을 확인하다 보면 TR, TE, Flip Angle, Bandwidth와 함께 자주 등장하는 parameter가 있습니다.

바로 ST(Slice Thickness)와 GAP(Slice Gap)입니다.

MRI는 CT처럼 한 번에 하나의 덩어리를 촬영하는 것이 아니라, 검사 부위를 여러 개의 얇은 절편으로 나누어 영상을 획득합니다.

이때 각각의 절편이 얼마나 두꺼운지, 그리고 절편 사이에 얼마나 간격을 둘 것인지를 결정하는 것이 ST와 GAP입니다.

쉽게 정리하면

ST = 한 장의 MRI 절편 두께

GAP = 인접한 절편 사이의 간격

이라고 생각하면 됩니다.

1. ST란 무엇인가?

ST는 Slice Thickness의 약자입니다.

우리말로는 절편 두께라고 합니다.

MRI에서 검사 부위를 여러 개의 slice로 나누어 촬영할 때 각각의 slice가 가지는 두께를 의미합니다.

예를 들어

ST = 3 mm

라고 설정했다면 하나의 영상 절편이 약 3 mm 두께의 조직을 대상으로 신호를 획득한다는 의미입니다.

따라서 ST는 MRI의 공간해상도와 SNR, 부분용적효과(partial volume effect) 등에 영향을 주는 중요한 parameter입니다.

2. ST가 얇아지면 어떻게 될까?

절편 두께를 얇게 설정하면 작은 구조물을 보다 세밀하게 표현하는 데 유리합니다.

예를 들어

3 mm slice보다

1 mm slice가

z축 방향에서 더 세밀한 정보를 제공할 수 있습니다.

따라서 작은 병변이나 미세한 구조를 평가할 때 얇은 slice가 도움이 될 수 있습니다.

특히

Brain MRI
Spine MRI
관절 MRI
혈관 MRI
내이 MRI
3D MRI

등에서는 얇은 절편을 이용한 고해상도 영상이 중요한 경우가 있습니다.

3. 얇은 ST의 단점은?

그렇다고 무조건 얇게 촬영하는 것이 좋은 것은 아닙니다.

ST가 얇아지면 일반적으로 한 voxel에 포함되는 조직의 양이 줄어들기 때문에 SNR이 감소할 수 있습니다.

쉽게 생각하면

두꺼운 slice는 많은 조직에서 발생한 신호를 모아서 측정하는 반면,

얇은 slice는 상대적으로 적은 양의 조직에서 발생한 신호를 측정하기 때문입니다.

따라서

ST 감소 → SNR 감소 가능성

이라는 기본적인 관계를 이해하면 좋습니다.

결국 MRI에서는

해상도와 SNR 사이의 균형

이 중요합니다.

4. 두꺼운 ST를 사용하면?

반대로 Slice Thickness를 두껍게 하면 한 voxel에 포함되는 조직의 양이 많아집니다.

따라서 일반적으로

ST 증가 → SNR 증가

의 경향을 보입니다.

신호가 충분하기 때문에 영상이 보다 선명하게 보일 수 있다는 장점이 있습니다.

하지만 두꺼운 slice에는 단점도 있습니다.

바로 Partial Volume Effect입니다.

5. Partial Volume Effect란?

Partial Volume Effect는 하나의 voxel 안에 서로 다른 조직이 함께 포함되어 발생하는 현상입니다.

예를 들어 작은 병변이 1개의 두꺼운 slice 안에 일부만 포함되어 있다면,

정상조직과 병변의 신호가 한 voxel 안에서 평균화될 수 있습니다.

그 결과 작은 병변의 경계나 신호 특성이 명확하게 보이지 않을 수 있습니다.

따라서

두꺼운 slice → SNR에는 유리하지만 작은 구조물 평가에는 불리할 수 있음

이라고 이해하면 쉽습니다.

6. ST와 공간해상도

MRI의 공간해상도는 단순히 ST 하나만으로 결정되는 것은 아닙니다.

다음과 같은 여러 요소가 함께 영향을 줍니다.

FOV
Matrix
Pixel size
Slice Thickness
Acquisition 방법
Sequence

그중 ST는 z축 방향의 해상도와 관련된 중요한 요소입니다.

즉

Pixel size → 주로 x-y 평면 해상도

Slice thickness → z축 방향 해상도

라고 생각하면 MRI 영상을 이해하기 쉽습니다.

7. GAP이란 무엇인가?

이번에는 GAP을 알아보겠습니다.

GAP은 인접한 slice 사이의 간격을 의미합니다.

예를 들어

Slice Thickness = 3 mm

Gap = 1 mm

라면 하나의 절편이 3 mm 두께이고, 다음 절편까지 1 mm의 간격이 존재하도록 설정한 것으로 이해할 수 있습니다.

다만 장비나 parameter 표기 방식에 따라 GAP을 절대 거리(mm)로 표시하기도 하고, slice thickness에 대한 percentage로 표시하기도 합니다.

따라서 실제 MRI 장비에서는 GAP의 표시 방식을 확인해야 합니다.

8. GAP이 0이면?

GAP이 0이면 인접한 slice가 서로 맞닿도록 촬영합니다.

예를 들어

ST = 3 mm

GAP = 0 mm

라면 3 mm 두께의 절편을 연속적으로 획득하는 형태가 됩니다.

이런 방식은 인접한 slice 사이에 촬영되지 않는 공간을 최소화할 수 있다는 장점이 있습니다.

특히 작은 병변을 놓치지 않기 위해 연속적인 volume coverage가 중요한 경우 고려할 수 있습니다.

9. GAP이 커지면 어떻게 될까?

GAP이 커지면 인접한 slice 사이의 간격도 커집니다.

예를 들어

ST = 3 mm

GAP = 3 mm

라면 실제 절편 두께보다 절편 사이의 간격이 상당히 커집니다.

이 경우 전체 검사 범위를 빠르게 커버할 수 있다는 장점이 있을 수 있지만,

slice와 slice 사이에 촬영되지 않는 영역이 발생할 수 있습니다.

따라서 작은 병변이 절편 사이에 위치한다면 발견이 어려워질 가능성이 있습니다.

10. ST와 GAP을 함께 봐야 하는 이유

MRI parameter를 볼 때 ST와 GAP은 반드시 함께 확인하는 것이 좋습니다.

예를 들어 다음 두 조건을 비교해보겠습니다.

A

ST 3 mm

GAP 0 mm

B

ST 3 mm

GAP 3 mm

두 검사 모두 slice thickness는 3 mm로 동일합니다.

하지만 영상이 조직을 커버하는 방식은 다릅니다.

A는 인접 slice가 연속적으로 이어지는 반면,

B는 절편 사이에 3 mm의 간격이 생깁니다.

따라서 단순히

"ST가 3 mm니까 동일한 촬영"

이라고 판단하면 안 됩니다.

ST와 GAP을 함께 봐야 실제 slice sampling 구조를 이해할 수 있습니다.

11. GAP이 너무 크면 생기는 문제

GAP이 지나치게 크면 검사 범위 내에 촬영되지 않는 영역이 생길 수 있습니다.

특히 작은 병변이나 작은 구조물을 찾는 검사에서는 문제가 될 수 있습니다.

예를 들어 병변이

첫 번째 slice와

두 번째 slice

사이의 gap 영역에 위치한다면 해당 병변이 명확하게 표현되지 않을 수 있습니다.

따라서 작은 병변의 검출이 중요한 검사에서는 연속적인 slice acquisition 또는 충분히 작은 gap이 중요할 수 있습니다.

12. GAP과 Cross-talk

GAP을 이해할 때 한 가지 더 알아두면 좋은 개념이 있습니다.

바로 Cross-talk입니다.

인접한 slice를 매우 가까이 연속적으로 excitation하면 서로 인접한 RF pulse의 영향 때문에 신호에 영향을 줄 수 있습니다.

특히 일부 2D multislice sequence에서는 인접 slice 간의 RF excitation 영향으로 신호가 감소하는 문제가 발생할 수 있습니다.

이러한 영향을 줄이기 위해 일정한 gap을 두거나 slice acquisition 순서를 조절하는 방법 등이 사용될 수 있습니다.

다만 최신 MRI에서는 sequence와 acquisition 방법에 따라 이러한 영향을 줄이기 위한 다양한 기술이 사용됩니다.

13. ST와 GAP 그리고 촬영시간

ST와 GAP은 촬영시간과도 관련이 있습니다.

특히 2D multislice MRI에서는 검사 범위를 유지하면서 ST를 변경하면 필요한 slice 수가 달라질 수 있습니다.

예를 들어 동일한 검사 범위를 촬영한다고 생각해보겠습니다.

ST를 얇게 하면 더 많은 slice가 필요할 수 있습니다.

반대로 ST를 두껍게 하면 필요한 slice 수가 감소할 수 있습니다.

따라서 실제 촬영시간은

ST
GAP
TR
Matrix
NEX
Echo train length
Parallel imaging
Sequence

등 여러 요소가 함께 결정합니다.

즉

ST 하나만 보고 촬영시간을 판단할 수는 없습니다.

14. 2D와 3D MRI에서 ST와 GAP은 다르게 생각해야 한다

MRI에서는 2D와 3D acquisition을 구분해서 생각하는 것도 중요합니다.

2D MRI

각 slice를 개별적으로 excitation하여 여러 절편을 획득합니다.

따라서 ST와 GAP의 개념이 비교적 직관적입니다.

3D MRI

전체 volume을 excitation한 후 phase encoding을 통해 volume data를 획득합니다.

따라서 3D에서는 일반적인 2D multislice와 같은 의미의 GAP 개념이 적용되지 않거나 다르게 표현될 수 있습니다.

3D acquisition에서는 isotropic voxel을 이용하여 여러 방향의 multiplanar reconstruction을 만드는 것이 중요한 장점 중 하나입니다.

15. Isotropic voxel이란?

3D MRI를 공부하다 보면 isotropic voxel이라는 용어가 등장합니다.

쉽게 말하면

X = Y = Z 방향의 voxel 크기가 동일한 것

입니다.

예를 들어

1 × 1 × 1 mm

의 voxel이라면 어느 방향으로 영상을 재구성하더라도 비교적 균일한 공간 정보를 유지할 수 있습니다.

따라서

MPR
3D reconstruction
작은 병변 평가
관절 영상
혈관 영상

등에서 유용하게 활용할 수 있습니다.

16. ST와 GAP을 실제로 어떻게 볼까?

MRI protocol을 확인할 때 다음과 같이 생각하면 쉽습니다.

ST 5 mm / GAP 1 mm

비교적 두꺼운 절편을 사용하면서 절편 사이에 작은 간격이 있습니다.

ST 3 mm / GAP 0 mm

3 mm 절편을 연속적으로 획득하는 형태입니다.

ST 1 mm / GAP 0 mm

얇고 연속적인 고해상도 volume 정보를 얻는 데 유리할 수 있습니다.

다만 어떤 설정이 "더 좋은 검사"인지는 검사 목적에 따라 달라집니다.

17. 무조건 얇은 slice가 좋은 것은 아니다

MRI를 처음 공부하면

얇은 slice = 좋은 영상

이라고 생각하기 쉽습니다.

하지만 실제 임상에서는 그렇지 않습니다.

얇은 slice는 공간해상도 측면에서 유리하지만 SNR이 감소할 수 있습니다.

또한 얇은 slice를 얻기 위해 다른 parameter를 조정해야 할 수 있고 촬영시간이 증가할 수도 있습니다.

반대로 두꺼운 slice는 SNR 측면에서 유리할 수 있지만 작은 병변이나 세밀한 구조를 표현하는 데 불리할 수 있습니다.

따라서 검사 목적에 따라 적절한 ST를 선택하는 것이 중요합니다.

18. ST와 GAP 핵심 정리

MRI parameter를 공부한다면 다음 내용을 기억하면 됩니다.

ST

Slice Thickness

→ 한 절편의 두께

→ z축 방향 해상도에 영향

→ 얇아질수록 작은 구조물 평가에 유리할 수 있음

→ 얇아질수록 SNR이 감소할 수 있음

GAP

Slice Gap

→ 인접 slice 사이의 간격

→ GAP이 커지면 절편 사이의 미촬영 영역이 발생할 수 있음

→ 작은 병변 검출에 영향을 줄 수 있음

→ 일부 2D multislice에서는 cross-talk를 줄이는 데 활용될 수 있음

19. MRI Parameter 전체 흐름

지금까지 살펴본 MRI parameter를 연결하면 다음과 같습니다.

Parameter	핵심 역할
TR	T1 weighting에 영향
TE	T2/T2* weighting에 영향
Bandwidth	SNR·chemical shift·artifact 등에 영향
Flip Angle	자화 회전 및 contrast에 영향
ST	Slice 두께 및 z축 해상도에 영향
GAP	Slice 사이의 간격 및 coverage에 영향

MRI parameter를 공부할 때는 각각의 숫자를 외우는 것보다 숫자가 변화했을 때 영상이 어떻게 달라지는지를 이해하는 것이 중요합니다.

마무리

MRI에서 ST(Slice Thickness)와 GAP(Slice Gap)은 영상의 공간적 정보를 이해하는 데 중요한 parameter입니다.

ST는 한 장의 절편이 얼마나 두꺼운지를 나타내며,

GAP은 인접한 절편 사이의 간격을 의미합니다.

기본적으로

얇은 ST → 세밀한 구조 표현에 유리하지만 SNR 감소 가능

두꺼운 ST → SNR에 유리하지만 Partial Volume Effect 증가 가능

작은 GAP → 연속적인 조직 평가에 유리

큰 GAP → 절편 사이에 미촬영 영역이 생길 가능성

으로 이해하면 됩니다.

하지만 실제 MRI protocol에서는 ST와 GAP만 따로 결정하지 않습니다.

TR + TE + Flip Angle + Bandwidth + ST + GAP + Matrix + FOV + NEX

등을 종합적으로 고려하여 검사 목적에 맞는 영상을 만들어냅니다.

결국 MRI parameter를 이해한다는 것은 단순히 숫자를 암기하는 것이 아니라,

"이 parameter를 바꾸면 영상의 어떤 부분이 달라지는가?"

를 이해하는 것입니다.

출처 및 참고

MRI 기본 물리학 및 자기공명영상 관련 교육자료
MRI pulse sequence 및 image reconstruction 관련 참고자료
의학영상 물리학 및 MRI 교육자료
MRI 장비 제조사 기술자료 및 임상 protocol 참고자료
본 글은 MRI parameter의 기본 원리를 설명하기 위한 교육용 콘텐츠이며 실제 임상 protocol과 parameter는 장비, 제조사, field strength, sequence 및 검사 목적에 따라 달라질 수 있습니다.

MRI Parameter ST와 GAP이란? Slice Thickness와 Gap 쉽게 이해하기

ST (Slice thickness)

Inter slice spacing (GAP)

MRI Parameters 부가인자 ST와 GAP

Slice Thickness와 Slice Gap은 MRI 영상에 어떤 영향을 줄까?

1. ST란 무엇인가?

2. ST가 얇아지면 어떻게 될까?

3. 얇은 ST의 단점은?

4. 두꺼운 ST를 사용하면?

5. Partial Volume Effect란?

6. ST와 공간해상도

7. GAP이란 무엇인가?

8. GAP이 0이면?

9. GAP이 커지면 어떻게 될까?

10. ST와 GAP을 함께 봐야 하는 이유

A

B

11. GAP이 너무 크면 생기는 문제

12. GAP과 Cross-talk

13. ST와 GAP 그리고 촬영시간