MR의 원리 2편(T1,T2 이완과 스핀)

MR의 원리 2편(T1,T2 이완과 스핀)

 

MR의 원리 2편(T1,T2 이완과 스핀)

 

T1 relaxation

공명 된 상태에서 고주파펄스를 끊게 되면 순자화가 원래의 평형상태로 회복되는데, 

이를 이완(relaxation)이라 한다.
이때 두 가지 일이 동시에 발생되는데, 이 중에서 종축 자화가 원래의 상태로 회복되는

과정을T1 이완(Relaxation) 또는 종축이완(Longitudinal relaxation)이라 하고, 

T1 이완(Relaxation)이 일어나기 위해서는수소 원자핵의 에너지를 주위물질(Lattice)에

전달하기 때문에 spin-lattice

이완이라고도 한다. 또한 원래의 자화의 63% 까지 회복될 때까지의 시간을 그물질의 

T1 relaxation time이라 정의한다. T1이완시간의 두 배가되면 91%의 종축자화가 회복되며,

3배의 시간 후에는 97%가 회복된다 

T1이완시간이 가장 긴 물질로는 순수한 물로써 약 3초 이상이다. 인체 내에서는 

순수한 물은 아니더라도, 비점액성 액체의 분자는 매우 빠르게 움직이므로, 

에너지 전달이 매우 느리고, 

이완시간이 길다. 뇌척수액이 나소변과 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.
지방 조직 안에 있는 지방산은 활동이 제한되어 있어, T1 이완 효율이 높아

인체 조직 중에서 T1이완 시간이 가장 짧다. 단백질 같은 큰 분자의 양자는

 T1 이완시간과 횡 이완이 너무 빨라 영상화하기 힘들다.

 

T2 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 MR 신호로 검출된다. 만일 90°RF Pulse가 X-Y 평면으로

가해졌다고 하면 종축자화는 0(zero)이 될 것이고 횡축자화는 최대가 될 것이다.
이때 spin들의 위상을 살펴보면 동위상(in-phase)이다.

시간이 지남에 따라 동위상의 spin들은 spin과 spin의 상호작용(interaction)에 의해

횡축평면에서 흩어지게 되는데 이를 dephasing이라 하고, dephase가 많이 되면 될수록

MR 신호도 점점 작아져 나중에는 사라져 버린다. 이와 같이 s p i n 들 간 의 상호작용에

의하여MR 신호가 감소하는 현상을 T 2 r e l a x a t i on(d eca y)이라 하고,

횡축에서 일어난다고 하여 횡 이완(transverse relaxation) 또는 spin-spin relaxation이라 한다.

 

T2 이완(relaxation) 곡선

 

어떤 물질의 T2 relaxation time은 횡축자화가 37% 남을 때까지의 시간으로 정의하며,

 항상 그 물질의 T1 이완시간 이하이다. 또한, T2 relaxation 은 T1 relaxation과 동시에 

일어나지만 서로 별개의 과정이다.
물 분자의 경우는 분자의 운동이 너무 빠르기 때문에 스핀 간의 에너지교환이

비효율적이어서 T2 이완시간이 길다. 한편, 지방의 경우는 분자의 크기가 크고, 

고도로 구조화되어 있어 분자의 운동이 상대적으로 느리다.
그렇기 때문에 스핀 간의 에너지 교환이 효율적이어서 T2 이완시간이 짧다.

다음 포스팅으로는 파라미터와 펄스 시퀀스에 대해 알아보겠습니다.