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( M a g n e t i c R e s o n a n c e Imaging system) 물리현상의 원리 6조 개 요 MRI의 원리 – 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측 정하여 computer를 통하여 재구성, 영상화 하는 기술 MRI의 장점 – – – – 인체에 무해 CT에 비해 탁월한 대조도 및 해상도 Multiplanar Imaging 3D영상화가 가능 MRI system의 물리적 원리 1 원자핵의 자화 – 양성자와 중성자 를 갖는 원자핵은 스핀과 자기 모멘 트를 자기고 있어 각각 한 개의 미세 자석과 같다. – 수소원자 사용 MRI system의 물리적 원리 2 원자핵의 공명 공명현상 – 외부의 자장하에서 자화상태에 있는 원 자핵이 어떤 일정한 주파수의 고주파를 발사하면, 일부 낮은 상태의 원자핵이 고 주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지상 태로 되는 것 MRI system의 물리적 원리 2 원자핵의 공명 – 원자핵은 각각의 공명주파수를 가 지며 이는 외부자 장의 강도에 따라 변하게 된다. MRI system의 물리적 원리 3 원자핵의 이완 (Relaxation) – 원자핵에 고주파를 발사하면 일부 낮은 상 태의 원자핵이 높은 에너지상태로 바뀌면서 평균자화가 X-Y평면상의 수평방향으로 놓 이게 된다. – 이완(Relaxation) : 고주파 펄스를 끊으면 높은 에너지의 원자핵들이 흡수했던 고주파 에너지를 다시 방출하면서 원래의 상태로 돌아가는 것 MRI system의 물리적 원리 3 원자핵의 이완 (Relaxation) T2 Relaxation X-Y평면의 평균자화가 Dephasing에 의해 처음 의 37%까지 감소하는데 걸리는 시간 외부자기장의 세기에 영향을 받지 않는다 T1 Relaxation 처음 상태의 63%의 평균자화가 Z방향으로 형 성될 때까지의 시간 외부자장의 세기가 높아지면 길어진다. MRI system의 물리적 원리 3 원자핵의 이완 (Relaxation) T2 Relaxation T1 Relaxation < T1 Weighted T2 Weighted Image> MRI system의 물리적 원리 4 Pulse Sequense 포화회복 (Saturation Recovery) – 90도 주파펄스를 일정한 시간간격(Repetition Time ; TR)으로 반복하여 발사하고, 90도 고주파 펄스를 발사한 직후에 자유유도감쇄(Free Induction Decay)신호를 포착하는 방법 반전회복 (Inversion Recovery) – 포화회복방식에 비해 이완시간의 범위를 두배로 늘림으로서 T1 의 효과를 극대화 시킨 영상 – 시간이 많이 걸리므로 잘 사용되지는 않는다. MRI system의 물리적 원리 4 Pulse Sequense Spin Echo – Spin Echo : 90도 펄스를 준 후에 180도 펄스를 주면 – 에코신호가 나타나는데 이 신호를 포착하는 방법 TR과 TE(Echo Time;90도 펄스에서부터 180도 펄스 를 준 후 에코신호가 나올 때까지의 시간)를 다양하게 변화시킴으로써 T1 weighted T2 weighted Image, T1 과 T2의 혼합영상, Spin Density 등을 얻을 수 있다. MRI system의 구성 – 크게 세부분이다 1 Gantry 2 Operating Console : MR영상재 : 주자석, 전 자기적 장치 현 및 Scan조건과 Scan 상황재현 3 Computer MRI system의 구성 1 Gantry 1) Main Magnet – MRI의 강한자성 을 만든다. – 실제임상에서 사 용하는 MRI자장 강도는 0.062.0Tesla정도 – 고균일성을 유지 해야 한다. 영구자석 – 자장의 세기는 0.3Tesla정도 – 벽 모양의 강자성세 라믹 물질에 전자기 장을 걸어 줘 만든 자 석으로부터 나온다. MRI system의 구성 – – Resistive Electromagnet 자장의 세기는 0.15-0.25Tesla 매우 크고 고전적인 전 자석에 의한다. Supurconducting Electromagnet – – 2.0Tesla 저항이 없는 초전도 물 질을 사용하여 이론상으 로는 영원히 전류가 흐 르게 만들어져 있다. MRI system의 구성 2) Secondary Magnetic Field Shimming coil – 자장을 더욱 균일하게 하기위해서 Shimming coil 을 설치한다. Gradient coil, Gradient amplifier, 와류보정 – Gradient ; 영상을 구성하는데 위치를 정해주며 Echo Production에 중요한 기능을 한다. MRI system의 구성 < Gradient > – Gradient amplifier ; Gradient coil을 작동시키는 역할 – 와류보정 ; MRIsystem에는 세개의 amplifier가 각 각의 coil을 작동시키는데 전류의 흐름으로 인해 주 위의 전도물질에 와류가 생기게 된다. 이것을 방지 하기 위해 와류보정을 해 준다. MRI system의 구성 Radiofrequency system – RF system은 주파수 합성기, RF Power Amplifier, Pre-Amplifier, Cupler 등으로 구성되어 있다. RF Coil – Whole-Volume Coil ; 커다란 Sample Tissue에서 여기된 신호를 받아들이는 것 – Local 혹은 Surface Coil ; Tissue의 작은 면에서 신호를 받으나 상당히 높은 Signal-To-NoiseRatio를 갖는 것으로 일종의 Receiver Antenna로 써 인체의 아주 작은 단면을 영상화하는데 쓰이며 다른 코일에 비해 월등히 나은 Signal Intensity를 발생시킨다. MRI system의 구성 2. Operating console – MR영상을 보여주는 Monitor와 Keyboard, Scan 조건과 Scan 상황을 보여주는 Monitor와 Keyboard로 되어 있다. 3. Computer – 영상을 만들기 위해 얻어지는 데이터의 양 이 엄청나기 때문에 용량이 엄청나게 크고 처리속도가 빠른 Minicomputer를 사용, 8.1MB의 용량이 필요 정 리 1 물질 속에 있는 핵은 고유 한 스핀으로 인해 자기 모 멘트를 갖는다. 2 핵은 Random하게 배열되 어 있어 서로의 자장을 상 쇄시켜 외부에서는 중성 으로 측정된다. 3 외부자장에 놓일 경우 자 장방향 혹은 반대방향으 로 정렬하며, Lamor방정 식의 주파수로 세차운동 을 한다 정 리 4 자장방향의 자기모멘트가 약간 더 많아 자장방향으로 평균자화 된 다 5 세차운동을 하는 자기 벡터에 외부자장을 가하면 수직방향으로 늘 어난다 6 Lamor 주파수에 맞는 고주파수는 수직자화벡터에 Torque를 제공 한다 7 자화벡터는 수직정렬에서 벗어나 나선형으로 움직이며 세차운동을 하고 그 결과 수평자화가 증가한다 8 핵 스핀들은 물질마다 특정한 시간을 거친다음 완화된 원래의 상태 로 되돌아 간다 9 수평자화 요소들은 원래의 상태로 되돌아 가며 측정가능한 MR신호 를 방출한다 10 측정된 MR신호는 In-Phase상태의 수평자화의 크기와 일치한다 정 리 11 고주파가 핵의 스핀을 여기 시키면서 자화벡터의 수직 정렬을 기울어지게 만들어 MR신호를 발생한다 12 측정된 신호는 빠른 속도 로 자화벡터가 0인 지점으 로 T2에 의해 Dephase 된 다 13 원자핵의 밀도, T1, T2를 이용하여 그것들의 강조영 상을 얻는다