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변 -백질간의 CNR은 두 기법간에 통계학적 유의한 차이가 없었다(p).05). 두개내 출혈 6 예중 4여l 에서 혈철소의 구별은 GRASE가 TSE보다 우수하였다. 영상획득시간은 TSE에서
3분 31초, GRASE에서 1분 12초이었고, 같은 조건하에서 인체내 RF 열 홉수율은 GRASE
가 TSE보다낮았다.
결 론 : GRASE 영상기법은 MR 인공물에 다소 민감한 점이 있으나, TSE 영상기법에
비해 촬영시간이 1/ 3에 불과하면서 인체내 RF 열 흡수율이 낮고 영상의 질이나 해부학적
구조와 병변의 명확도변에서 견줄만 하며 특히 혈철소의 구별면에서는 TSE 기볍보다 우수
하다.
최근에 T2 강조 자기공명영상기법의 하나인 재래식 스핀 에
코 펼스 연쇄 (conventional spin echo pulse sequence)를 고속
영상법으로 변형시킨 turbo spine echo(이하 TSE) 기법이 임
l 언제대 학교 의과대학 진단방사선과학교실 이 논문은 1997년 9월 3일 접수하여 1998년 l월 30일에 채태되었음.
상에서 흔히 이용되고 있다. 이 TSE 기법은 재래식 스핀 에코
(conventional spin echo: CSE)에 비해 하나의 반복시간
(repetition time : 이하 TR) 동안 다수의 재초점화 스핀 에코
(multiple refocusing spin echo) 즉 echo train length(야하
ETL = turbo factor)를 사용함으로써 여러 개의 에코를 얻어
η
--J
이종육 오1: 노|자기공명영상에서 GRASE 기법괴 Turbo Spin Echo 기법의 비교
촬영시간이 짧으면서도 고해상도의 영상을 얻을 수 있다. 그러
냐 자화율 효과(susceptibility effect)의 감소, 지방조직의 고
신호강도, 자화전이 (magnetization transfer) 에 따른 신호강
도의 차이 등의 단점이 보고되고 있다(1 -4). 반면, 경사자계
에코(gradient echo : 이하 GE) 기볍에서는 자화율 효과가 높
은것으로알려져 있다.
현존혐 고속영상기법중 가장 빠르다고 알려진 것으로 한
번의 TR 동안 단지 한 번의 고주파 펼스를 가하여 영상구성에
필요한 공간주파수(spatial frequency) 정보를 동시에 획득할
수 있는 echo planar imaging(이하 EPI) 기볍이 개발되어 아
주 짧은 시간에 MR 영상을 얻을 수 있는데, 여기에는 자화율
의 극대화로 인한 움직임 인공물이 심하게 나타나는 단점이 있
는 반면 혈철소를 뚜렷하게 관찰할 수 있다(4-6). 그렇지만
EPI 기볍은 1980년 이전부터 알려져 있였으나 hard ware 기
술이 따르지 못하여 사용되지 않고 있다가 최근에야 가능한 영
상볍이나 아직까지는 영상에 있어 여러 가지 문제점 때문에 보
편적인 영상에서는 사용되지 않고 있다.
또 다른 고속영상기법으로서 TSE, GE, EPI 기법의 장단점
을 보완한 GRASE( Gradient echo-EPI and Turbo Spin
Ech이 기법이 있다(Fig. 1). 이 기법은 TSE에서의 스핀 에코
기법과 GE 기법을 혼합한 기볍 즉 다수의 180。 펄스 사이에 다
수의 경사자계 에코를 얻는 기법으로서 영상획득시간이 빠르면
서 TSE와 유사하게 고해상력의 영상을 얻을 수 있는 것으로
알려져 있다(3, 7-12).
이 연구의 목적은 GRASE와 TSE 기법으로 얻어진 각각의
뇌 영상을 서로 비교 분석하고, 각각의 장단점을 조사하여
GRASE 기법의 유용성에 대해 알아보고자 한다.
대상및방법
1997년 9월에서 1997년 11월까지 뇌 MR 영상을 실시한 정
상인 5명과 뇌질환 환자 20명을 대상으로 하였다. 뇌질환의 원
언으로는 뇌경색과 소혈관질환에 의한 허혈성 변화가 10여예1 ’ 두
개내출혈이 6여예1. 뇌종。양&。이1 4예 이었다. 연령분포는 17-78해
(평균 연령 53세)였고남자가 14명, 여자가 1명 이었다. 촬영기
기로는 1.5T MR 장치 (Gyroscan ACS-NT, Philips, Nether
lands) 였고, 두부코일을 사용하여 MR 영상을 얻었다.
TSE의 촬영조건은 반복시간(TR)/에코시간(TE) 3300
msec / 100msec, matrix 224x 256, field of view(FOV) 230,
number of signal average(NSA) 2, 절편두께 6mm, 절편간격
2mm, ETL(이하 Turbo factor) 9로 얻었다. GRASE의 촬영
조건은 TR / TE 4500msec / 100msec, Turbo factor 7,
Gradient echo-EPI의 E PI factor ( 180。 펄스 사이에 경사자계
에코흘 걸어주는 수)는 3, 그 외 matrix, FOV, NSA, 절편두
께, 절편간격 등은 TSE와 같은 조건으로 하였다.
TSE와 GRASE의 두 영상을 경 험 있는 2명의 신경방사선
의사가나란히 놓고동시에 비교하였으며,분석은정성적 분석,
정량적 분석을 하였다. 정성적 영상분석은 TSE와 GRASE의
두영상을전반적인 영상의 질,펴질-백질 및 기저핵 -백질간
의 구별정도, 병변의 병확도, 그리고 MR 인공물의 구별정도를
주관척으로 비교하여 TSE가 GRASE보다 매우 좋은 경우를 1
등급으로 하고, 약간 좋은 경우를 2, 서로 비슷하게 보이는 경우
를 3, GRASE가 TSE보다 약간 좋은 경우플 4, GRASE 가 좋
은 경우를 5등급으로 구분하여 비교하였다.
정량적 영상분석은 TSE와 GRASE 두 영상에서 각각의 다
• 빼 180
SE .d디 l 디 l 디 lι그. 90 180
Gx ~ ij~ ijij
GRASE • 1,1,1,1,1,1, 1 • 90 18。
Fig. 1. Schematic diagram of differences between conventional spin-echo, turbo spin-echo, and GRASE (gradient echo-EPI and turbo spin-echo) images. GRASE sequence shows multiple 180
0
pulse echoes per repetition time (TR) interval for turbo spin-echo pulse sequence and three gradient echo-EPI between each repetitive 180
0
pulses for GRASE sequence.
Fig. 2. Areas of signal intensity measurement of each brain tissue. ROI 1. Background noise . ROI 2. Cortical gray matter. ROI 3. White matter. ROI 4. Basal ganglia. ROI 5. CSF.
% F 1 J
대한밤사선의학호|지 1998; 38: 577- 583
른 2개의 절편을 선택한 후 피질, 백질, 기저핵, 병변부위에서
신호강도를 각각 2번씩 측정하였다(Fig.2). 뇌실질 밖의 배경
부위에 주파수 부호화 방향으로 가능한 한 넓은 부위를 정하여
신호강도와 표준편차를 측정하였다. 여기서의 배경신호강도의
표준편차를 영상의 잡음으로 채택하였다. 위에서 측정한 피질,
백질, 기저핵, 그리고병변의 신호강도를 잡음으로나누어서 신
호 대 잡음비 (signal-to-noise ratio 이하 SNR)를 구하였고,
다시 서로각각의 SNR의 차이를구하여 피질-백질,기저핵
백질, 병변 -백질간의 대조 대 잡음비 (contrast -to -noise ratio
: 이하 CNR)를 계산하였다. 신호 강도가 불균질한 병변의 경
우에는최대한균질한부위에서 측정하였다.
SNR = Signal intensitv(SI) of brain tissue nOlse
Sla - S Ib CNR = -'"김oi끓-
A B
A B
SIa=signal intensity of a area
SIb=signal intensi ty of b area
noise=standard deviation(SD) of background intensity
또한 TSE와 GRASE를 같은 조건하에서 촬영시간과 인체의
안전도를 판정하는데 기초가 되는 RF 에너지의 인체 내 홉수
율(specifi c absorption rate : 이하 SAR)을 측정하였다.
통계학적인 분석은 TSE와 GRASE의 두 영상 사이의 관련성
을보기 위해 정성적 분석은 Wilcoxon signed rank test,정량적
분석은 paired t-test를 사용하여 통계적 유의성을 검정하였다.
결 과
정성적 영상분석에 있어 전반적 영상의 질은 15예에서
GRASE와 TSE가 서로 비슷하였고(Fig. 3), 8예에서 TSE가
GRASE보다 더 좋았으며, 나머지 2예에서 GRASE에서 더 좋
Fig. 3. Comparison of image quality between two imaging techniques. a. Turbo spin-echo axial T2-weighted MR image, b. GRASE image. Overall image quality between TSE (A) and GRASE (8) is similar
Fig. 4. Comparison of hemorrhagic contusion sequela between on two imaging techniques . A. Turbo spin echo, 8. GRASE Hemosiderin rim of low intensity (arrow) in the lesion of right frontal lobe is more conspicuous on GRASE image (8) than on Turbo spin-echo T2-weighted axial MR image(A).
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이종육 오1: 뇌자기공명영상에서 GRASE 기법과 Turbo Spin Echo 기법의 비교
은 균질한 영상을 보였다. 피질 -백질간의 구별정도는 8예에서
GRASE가 TSE보다 잘 구별되 었고, 15예에서 두 영상간에 서
로 차이없이 비슷하게 보였으며, 나머지 2예에서 GRASE보다
TSE에서 더욱 잘 구별되었다. 기저핵 -백질간의 구별정도는 9
예에서 GRASE가 TSE보다 잘 구별되었고, 14예에서 두 영상
간에 서로 차이없이 비슷하게 보였으며, 나머지 2예에서
GRASE보다 TSE에서 더욱 잘 구별되었다. 총 25예중 뇌명변
은 20예에서 관찰되었는데 병변의 명확도는 7예(두개내 출혈 4
예, 뇌경색과 허혈성 변화 2예, 뇌종양 1예)에서 GRASE가
TSE보다 잘 구별되었고, 10예에서 두 영상간에 서로 차이없이
비슷하게 보였으며, 나머지 3예(허혈성 변화 2예, 뇌종양 1예)
에서 GRASE보다 TSE에서 더욱 잘 구별되었다. 이 모든 경우
에 있어서 두 기법의 영상간에 통계학적으로 유의한 차이는 없
었다. 특히 두개뇌출혈 6예 중 2예는 서로 비슷하게 보였고, 4 예에서는 GRASE에서 더 뚜렷하게 혈철소를 보였다(Fig.4).
하지만, MR 인공물의 구별정도는 10예에서 GRASE가 TSE보
다 더 많이 관찰되었고(Fig. 5) , 13예에서 두 영상간에 서로 차
이를 보이지 않았으며, 나머지 2예에서 TSE에서 더 많이 관찰
되었다. GRASE에서 TSE에 비해 통계학적으로 유의하게 더
높았다(Table 1).
정량적 영상 분석으로 각 뇌조직중 피질의 SNR은 TSE에서
79.57, GRASE에서 57.56, 백질의 SNR은 TSE에서 107.16,
GRASE에서 95.56, 기저핵의 SNR은 TSE에서 90.37, G RASE
에서 75 .17, 병변의 SNR은 TSE에서 146.15, GRASE에서 133.
26으로 각각 측정되었으며 모든 예에서 GRASE보다 TSE에서
유의하게 높았다(p(.05)(Table 2).
피질 -백질간의 CNR은 TSE에서 27 .31, GRASE에서 35.
99, 기저핵-백질간의 CNR은 TSE에서 16.79, GRASE에서
20.39로 두 경우에 있어서 통계적으로 GRASE 기법이 TSE 기
법보다 유의하게 높았다(p(.05) , 병변-백질간의 CNR은
TSE에서 38.99, GRASE에서 37.70로서 두 영상간의 서로 유
의한 차이를 보이지 않았다(p > .05)(Table 3).
TSE와 GRASE 기법을 이용한 경우에 있어서 촬영시간은
각각 3분 31초, 1분 12초 이 였다. 인체 열 홉수율 SAR은 phan
tom에서 같은 조건하에 측정한 결과 TSE는 0.8W /kg,
GRASE는 0.6W /kg으로 GRASE가 TSE보다 낮았다.
Table 1. Qualitative Assessment by Subjective Grading of GRASE and TSE Images. (n=20)
p ( .05 for all compression using Wilcoxon signed rank test.
2(8) 8(32) 9(36) 7(38) 9(36) 1(쇠
) .05 ) .05 ) . 05 ) .05 ( .05
grade 1 : TSE better than GRASE GM: Gray matter, WM: White matter grade 5 : GRASE better than TSE BG : Basal ganglia
B
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Fig. S. Comparison of susceptibility artifact between on two imaging techniques. A. Turbo spin echo, B. GRASE. GRASE image (B) shows mild image distortion compared to TSE image (A), especially in areas of skull base and paranasal sinuses.
대한방사선의학호|지 1998; 38: 577- 583
Table 2. Quantitative Assessment of Signal to Noise Ratio(SNR)
17. Feinberg DA, Kiefer B, Litt AW. Dual contrast GRASE (gradi
ent-spin echo) imaging using mixed bandwidth. Magn Reson
Med 1994; 31: 461-464
m
ι
대한빙사선의학회지 1998 ; 38 : 577 - 583
J Korean Radiol Soc 1998; 38 : 577 - 583
Comparison of GRASE and Turbo Spin Echo Sequences in Brain MR Imaging1
Jong Youk Lee, M.D. , Young Joon Lee, M.D. , Choong Ki Eun, M.D. Young Seup Jeon, M.D., Ig Dae Kim, M.D. , Seong Sook Cha, M.D.
1 Department of Diagnostic Radiology, Pusan Paik Hospita /, College of Medicinε Inje Universiη
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the utility of GRASE images of the brain,
which combine gradient echo-EPI and turbo spin echo, and to compare the results with those of the turbo spin echo (TSE) technique.
Materials and Methods: We analyzed and compared brain MR images obtained in 25 patients between October, 1996 and January , 1997, both TSE and GRASE techniques. Diagnosis was normal (n=5) , infarct or ischemia(n= lO), intracerebral hemorrhage(n=6), and neoplasm(n=4). TSE and GRASE MR images were obtained using a 1. 5T Gyroscan ACS-NT(Philips, Netherlands).
For qualitative assessment, overall image quality, discrimination between cortical gray-white matter and basal ganglia-white matter, lesion conspicuity, and MR artifact were evaluated using a subjective grading system ranging from 1 to 5(1 = TSE better than GRASE, 5=GRASE better than TSE).
For quantitative assessment, signal-to-noise ratios (SNRs) were calculated for cortical gray matter, white matter, basal ganglia, and lesions, and contrast-to-noise ratios (CNRs) were calculated for cortical gray-white matter, basal ganglia-white matter and lesions-white matter. We measured image acquisition time and RF speci턴c absorption rate (SAR) on TSE and GRASE.
Results: Qualitative assessment showed that overall image quality, discrimination between cortical gray-white matter and basal ganglia-white matter, and lesion conspicuity were not significantly different between the two imaging techniques. MR artifact was more frequently seen on GRASE than on TSE. Quantitative assessment showed that the SNR of each brain tissue and lesion was significantly greater on TSE images than on GRASE. Cortical gray-white matter and basal gangliawhite matter CNRs were significantly greater on GRASE images than on TSE, but lesion-white matter CNR was not significantly different between the two techniques. Image acquisition time was 3 minute 31 second in TSE and 1 minute 12 second in GRASE. SAR was lower in GRASE than in TSE.
Conclusion : With regard to MR artifact, GRASE is more sensitive than TSE, but as regards image quality and lesion distinction, the two modalities show no distinct difference. Since GRASE is superior to TSE for the detection of hemosiderin, and image acquisition time is three times shorter using GRASE, GRASE might usefully be applied during the evaluation by MR imaging of certain brain conditions.
Index words : Brain, MR Magnetic resonance(MR), pulse sequences Magnetic resonance(MR), comparative studies
Address reprint requests to : Jong Youk Lee, M.D. , Department of Diagnostic Radiology, College of Medicine, Inje University, Pusan Pail‘ HospitaL n 633-165 Gaekum-Dong, Pusanjin-Gu, Pusan, 61 4-735 Korea. Tel. 82-51-890-6579 Fax. 82-51-896-1085