영상의학

MRI T2 Weighted Image 쉽게 이해하기, T1WI와 무엇이 다를까?

봄날의 중년 2021. 5. 27. 11:19

MRI : T2 강조영상 (T2 weighted image)

인체의 영상을 만들기 위해 필요한 에너지 즉, 공명주파수 (RF puse)를 가한 직후 RF pulse 를 끊는 순간 부터 Fat과 Water의 횡축 자기화는 spin-spin 상호간의 간섭과 local magnetic field inhomagenity 에 의해서 빠르게 Dephading 된다.

Fat은 물보다 빠르게 Dephasing 되고, Water는 서서히 Dephasing 되어, 일정시간(80ms)후에 Fat의 신호는 물보다 작게 보이고 Water의 신호는 크게 보이는데, 이런 영상을 T2강조 영상이라고 한다.

T2강조영상도 T1강조영상처럼 TR과 TE 두 Factor를 조절하여 영상화 할 수 있다.

위 그림은 T2- weighted image의 Digram으로 T1-weighted image를 위해서는 TR을 두 조직의 T1성분차이가 많은 A지점에 주었고, T2 강조 영상은 TR을 T1성분이 되도록 없는 상태에서 이루어져야 하기 때문에 두조직이 거의 다 회복되는 지점인 B지점에서 TR을 선택해야 한다.

또한 RF pulse를 가한 직후 Signal을 받는 시간(TE)이 중요한데, T2강조 영상은 에너지를 받은 원자핵이 열을 방출하는 차이를 이용하는 것이므로 긴 TE(80ms 이상)를 선택해 신호를 받으면 Fat과 Water 두조직의 Signal차이가 큰 T2 강조영상이 된다.

결국 T2 강조영상은 가능한 TR을 T1 성분이 없는 긴 TR이어야 하고(1000ms), TE는 길게(80 ~150ms)선택해 T2 차이가 많은 신호를 받아야 한다.

즉, TR과 TE 모두 길게 하고, 임상적으로 병소를 찾는데 이용된다.

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MRI T2 강조영상(T2 Weighted Image)이란? T2 이완과 영상 특징 쉽게 이해하기

MRI 영상을 공부할 때 T1 강조영상과 함께 반드시 알아야 하는 영상이 있습니다.

바로 T2 Weighted Image, T2 강조영상입니다.

앞서 살펴본 T1이 종축 자화가 회복되는 특성이라면, T2는 횡자화가 감소하는 특성과 관련이 있습니다.

MRI에서는 조직마다 T2 이완 특성이 다르다는 점을 이용해 조직 사이의 신호 차이를 만들 수 있습니다.

특히 T2 강조영상은 물과 액체 성분이 밝게 보이는 특징 때문에 병변을 찾고 조직의 이상 여부를 평가하는 데 매우 중요한 영상입니다.

1. T2란 무엇인가?

T2는 MRI에서 사용하는 대표적인 고유인자(Intrinsic Parameter)입니다.

T2 이완은 RF Pulse에 의해 만들어진 횡자화가 시간이 지나면서 감소하는 과정과 관련됩니다.

RF Pulse가 조사되면 수소 원자핵의 자화가 횡축 방향으로 이동합니다.

이때 수소 원자핵들은 비교적 같은 위상으로 움직이면서 강한 횡자화를 형성합니다.

하지만 시간이 지나면서 각각의 수소 원자핵이 조금씩 다른 위상을 갖게 됩니다.

결과적으로

위상 일치성 감소 → 횡자화 감소 → MRI 신호 감소

가 나타납니다.

이러한 과정을 T2 이완(Spin-Spin Relaxation)이라고 합니다.

2. T2 이완을 쉽게 이해하기

T2를 이해할 때는 여러 사람이 함께 달리는 모습을 생각하면 쉽습니다.

처음에는 모든 사람이 같은 속도와 간격으로 달립니다.

시간이 지나면서 조금씩 속도가 달라지면 사람들이 서로 떨어지게 됩니다.

MRI에서도 비슷한 현상이 일어납니다.

RF Pulse 직후에는 수소 원자핵의 위상이 비교적 잘 맞아 있지만 시간이 지나면서 위상이 서로 달라집니다.

결국 횡축 방향으로 만들어졌던 순자화가 감소합니다.

즉,

T2 = 횡자화가 위상 분산에 의해 감소하는 특성

이라고 기억하면 됩니다.

3. T2 Weighted Image란?

T2 Weighted Image(T2WI)는 조직 사이의 T2 이완시간 차이가 영상의 대조도에 크게 반영되도록 만든 영상입니다.

T1WI와 마찬가지로 T2라는 값을 직접 사진으로 촬영하는 것이 아닙니다.

조직의 T2 특성과 MRI 촬영 조건을 적절하게 조합하여 T2 차이가 영상의 밝기 차이로 나타나도록 만든 것입니다.

즉,

조직의 T2 특성

↓

적절한 TR·TE 설정

↓

T2 차이가 신호 강도 차이로 표현

↓

T2 Weighted Image

라는 과정으로 이해할 수 있습니다.

4. T2 강조영상의 가장 중요한 특징

T2WI를 공부할 때 가장 먼저 기억해야 할 특징은 이것입니다.

물과 액체 성분이 밝게 보인다.

대표적으로 뇌 MRI에서

CSF → 밝게
회백질 → 비교적 밝게
백질 → 상대적으로 어둡게

보이는 특징이 있습니다.

따라서 뇌 MRI에서 CSF가 밝게 보이는 영상을 만나면 T2 강조영상일 가능성을 생각할 수 있습니다.

다만 FLAIR와 같은 다른 영상에서는 CSF가 억제되어 어둡게 보일 수 있기 때문에 CSF의 밝기 하나만으로 영상 종류를 판단해서는 안 됩니다.

5. 왜 T2WI에서 물이 밝게 보일까?

T2 강조영상의 핵심 원리를 이해하면 이 부분도 쉽게 설명할 수 있습니다.

물 성분이 많은 조직은 일반적으로 T2 이완시간이 긴 특성을 가지고 있습니다.

즉, 횡자화가 상대적으로 천천히 감소합니다.

따라서 충분히 긴 TE를 사용하면 T2 이완이 빠른 조직은 신호가 많이 감소하지만, T2가 긴 조직은 상대적으로 많은 신호를 유지합니다.

그 결과

T2가 긴 조직 → 상대적으로 높은 신호 → 밝게 표현

됩니다.

대표적인 것이 CSF입니다.

6. T2 Weighted Image를 만드는 핵심은 TE

T2 강조영상에서는 TE(Time of Echo)가 매우 중요합니다.

T2 차이를 영상에서 잘 나타내려면 일반적으로 긴 TE를 사용합니다.

TE가 길어지면 수소 원자핵의 위상 분산이 더 진행되기 때문에 T2가 짧은 조직과 긴 조직 사이의 신호 차이가 커집니다.

따라서 기본적으로

Long TE → T2 차이 강조

라고 기억하면 됩니다.

7. T2WI에서는 TR도 중요하다

T2 강조영상에서는 TE뿐 아니라 TR(Time of Repetition)도 중요합니다.

T2 강조를 얻으려면 일반적으로 긴 TR을 사용합니다.

TR이 짧으면 T1 회복 차이가 영상에 영향을 줄 수 있기 때문입니다.

TR을 충분히 길게 설정하면 조직 간 T1 차이에 의한 영향을 줄이고 T2 차이를 상대적으로 강조할 수 있습니다.

따라서 전형적인 T2 강조영상은

Long TR + Long TE

라고 기억하면 됩니다.

8. T1WI와 T2WI 비교

T1과 T2 강조영상을 비교하면 차이가 더욱 명확해집니다.

구분	T1 Weighted Image	T2 Weighted Image
주요 고유인자	T1	T2
일반적인 TR	Short	Long
일반적인 TE	Short	Long
지방	밝게	상대적으로 낮거나 중간 신호
CSF	어둡게	밝게
백질	비교적 밝게	비교적 어둡게
회백질	상대적으로 어둡게	상대적으로 밝게
주요 특징	해부학적 구조 확인에 유용	물·병변 확인에 유용

여기서 가장 중요한 기억법은

T1WI = 지방이 밝고 CSF가 어둡다

T2WI = 물이 밝다

입니다.

9. T2WI에서 병변이 밝게 보이는 경우가 많은 이유

T2 강조영상이 임상적으로 중요한 이유 중 하나는 많은 병적 변화에서 수분 함량이 증가하기 때문입니다.

염증, 부종, 일부 종양성 병변, 허혈성 변화 등에서는 조직 내 수분 변화가 발생할 수 있습니다.

이러한 변화는 T2 이완 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에 T2WI에서 주변 정상 조직과 신호 차이가 나타날 수 있습니다.

따라서 T2WI는 다양한 질환에서 병변을 찾고 범위를 평가하는 데 중요한 역할을 합니다.

다만

"병변은 무조건 T2에서 밝다"

라고 생각하면 안 됩니다.

병변의 성분과 조직 특성, 출혈의 시기, 석회화, 섬유화, 지방, 혈류, 촬영 sequence 등에 따라 신호가 달라질 수 있습니다.

10. T2WI와 T2 FLAIR는 다르다

뇌 MRI를 공부하다 보면 T2WI와 함께 FLAIR(Fluid Attenuated Inversion Recovery)를 자주 만나게 됩니다.

두 영상 모두 T2 특성을 이용하지만 중요한 차이가 있습니다.

일반적인 T2WI에서는

CSF가 밝게

보입니다.

반면 FLAIR에서는 특수한 TI(Inversion Time)를 이용하여 CSF 신호를 억제합니다.

따라서

T2WI → CSF 밝음

T2 FLAIR → CSF 어두움

이라는 특징이 나타납니다.

이러한 차이 때문에 뇌실이나 지주막하 공간에 존재하는 CSF의 강한 신호를 줄이고 주변 병변을 더 쉽게 확인할 수 있습니다.

11. T2WI와 T2*는 같은 것이 아니다

T2를 공부할 때 반드시 구별해야 하는 개념이 T2*입니다.

T2

수소 원자핵 사이의 상호작용 등에 의해 횡자화의 위상 일치성이 감소하는 현상과 관련됩니다.

T2*

T2에 의한 위상 분산뿐 아니라 자기장 불균일성(Magnetic Field Inhomogeneity) 등에 의한 추가적인 위상 분산까지 포함합니다.

따라서 일반적으로

T2 < T2*

관계가 성립하며, T2*에 의한 신호 감쇠가 더 빠르게 나타납니다.

T2* 특성은 Gradient Echo 계열 영상과 Susceptibility 관련 영상 등을 이해할 때 중요합니다.

12. T2 강조영상의 대표적인 영상 특징

일반적인 T2WI에서 다음과 같은 특징을 기억해 두면 좋습니다.

밝게 보이기 쉬운 조직

CSF
물
부종이 증가한 조직
일부 염증성 병변
일부 낭성 병변

상대적으로 어둡게 보이기 쉬운 조직

공기
피질골
섬유성 조직 등

하지만 실제 신호강도는 조직의 T2 특성뿐 아니라 Pulse Sequence, TE, TR, 조직 구성 등에 의해 영향을 받습니다.

13. T2WI를 볼 때 물을 먼저 찾아보자

MRI 영상을 처음 공부한다면 T2WI를 판단할 때 CSF를 먼저 확인하는 방법이 도움이 됩니다.

뇌 MRI라면 뇌실이나 지주막하 공간의 CSF를 확인합니다.

CSF가 밝게 보인다면 일반적인 T2WI일 가능성을 생각할 수 있습니다.

반대로 CSF가 어둡게 억제되어 있다면 T2 FLAIR인지 확인해 볼 수 있습니다.

다만 실제 MRI에는 다양한 변형 sequence가 존재하므로 최종적으로는 영상의 sequence 정보와 촬영 조건을 함께 확인해야 합니다.

14. 고유인자와 외적 인자의 관계

T2WI도 T1WI와 마찬가지로 고유인자와 외적 인자의 조합으로 만들어집니다.

고유인자

T1
T2
Proton Density

외적 인자

TR
TE
TI
Flip Angle
기타 촬영 조건

예를 들어 조직의 T2가 서로 다르더라도 TE가 너무 짧으면 T2 차이가 충분히 나타나지 않을 수 있습니다.

반대로 적절한 TR과 TE를 사용하면 조직 간 T2 차이를 영상 대조도로 효과적으로 표현할 수 있습니다.

즉,

조직의 고유한 특성 + 촬영 조건 = 최종 MRI 영상

이라고 이해하면 됩니다.

15. T1WI와 T2WI를 빠르게 구별하는 방법

뇌 MRI를 기준으로 가장 간단하게 구별하면 다음과 같습니다.

T1 Weighted Image

CSF가 어둡다.

지방이 밝다.

백질이 회백질보다 상대적으로 밝다.

T2 Weighted Image

CSF가 밝다.

수분이 많은 조직이 밝게 보이는 경향이 있다.

회백질이 백질보다 상대적으로 밝다.

이 세 가지 특징을 기억하면 기본적인 T1WI와 T2WI를 구별하는 데 도움이 됩니다.

16. T2 Weighted Image 핵심 정리

T2WI를 공부한다면 다음 내용을 기억하면 됩니다.

첫째, T2는 조직의 고유한 이완 특성입니다.

둘째, T2 이완은 횡자화가 감소하는 과정과 관련됩니다.

셋째, T2 Weighted Image는 조직 간 T2 차이가 영상 대조도에 크게 반영되도록 만든 영상입니다.

넷째, 일반적인 T2WI에서는 물과 CSF가 밝게 보입니다.

다섯째, 일반적인 T2 강조 조건은 Long TR + Long TE입니다.

여섯째, T2WI는 수분 변화가 동반된 다양한 병변을 확인하는 데 유용합니다.

일곱째, T2WI와 T2 FLAIR는 다르며 FLAIR에서는 CSF 신호가 억제됩니다.

마무리

MRI의 T2 강조영상은 T2 이완 특성의 차이를 영상 대조도로 이용한 영상입니다.

T1WI와 비교하면 가장 중요한 차이는 물의 표현입니다.

T1WI에서는 CSF가 어둡고

T2WI에서는 CSF가 밝습니다.

그리고 T2 강조영상을 만들기 위해서는 일반적으로

Long TR + Long TE

조건을 사용합니다.

MRI 물리학의 관점에서는

RF Pulse → 횡자화 형성 → 위상 분산 → T2 감쇠 → 신호 변화 → T2WI

라는 흐름으로 이해하면 좋습니다.

앞서 공부한 내용을 연결하면

순자화

→ 세차운동

→ 공명

→ RF Pulse

→ 이완

→ T1 / T2

→ T1WI / T2WI

로 이어집니다.

결국 T1과 T2는 단순히 MRI 영상의 이름이 아니라 조직마다 다른 고유한 자기공명 특성이며, MRI는 이러한 차이를 적절한 촬영 조건으로 영상화하는 검사라고 이해하면 됩니다.

다음 단계에서는 Proton Density(PD)라는 고유인자와 PD Weighted Image를 공부하면 MR Image Parameter의 세 가지 핵심 고유인자인 T1·T2·PD를 완성할 수 있습니다.

글의 출처 및 참고

Westbrook C. MRI in Practice
Haacke EM et al. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design
International Society for Magnetic Resonance in Medicine(ISMRM)
RadiologyInfo.org, Magnetic Resonance Imaging
대한영상의학회 MRI 관련 교육자료

※ MRI 물리학의 이해를 돕기 위해 일부 전문적인 내용을 쉽게 풀어 설명했습니다. 실제 MRI 신호강도는 T1·T2뿐 아니라 TR, TE, TI, Flip Angle, Proton Density, Pulse Sequence 및 기타 촬영 조건의 영향을 함께 받습니다.

MRI T2 Weighted Image 쉽게 이해하기, T1WI와 무엇이 다를까?