영상의학 분야 MRI(자기공명영상) 란?

 

1. 자기공명영상이란? 

MRI(Magnetic Resonance Imaging) 라고 불리는 자기 공명 영상 촬영은 1980년대 중반부터 임상적으로 사용되었습니다. 자기 공명 영상이란 자석으로 구성된 장치 내에 사람을 눕히고, 자기장을 이용한 고주파를 쏘여 인체 내에 존재하는 수소 원자 핵에서 발생되는 신호를 분석하여 각 조직과 구조물들의 공명 현상의 차이를 계산하여 영상을 구성하는 것으로서 한마디로 자석을 이용한 촬영 방법인 것입니다. 기존의 진단 목적의 방사선 촬영은 대부분 방사선을 이용하였는데, 자기 공명 영상은 자석을 이용한 검사 방법이란 것이 기존의 방사선 촬영 방법과는 크게 다른 점입니다. 

2. 어떤 경우에 검사를 하게 되나? 

자기 공명 영상의 검사 대상은 매우 다양한데, 몇 가지 대표적인 예를 들면 다음과 같습니다. 뇌출혈, 뇌경색, 뇌종양 등의 뇌질환과 디스크 탈출이나 퇴행성 척추 질환의 진단에는 거의 필수적인 검사 방법이며, 무릎, 어깨, 손목, 발목, 팔꿈치 등등 관절의 이상, 스포츠 관련 외상, 골수염, 무혈성 괴사 등의 진단에도 필요한 검사입니다. 선천성 심장 질환, 심근경색증, 간의 종양, 사지의 종양, 종격동 질환, 두경부의 염증이나 종양의 진단에 있어서도 자기 공명 영상 촬영이 필요하며, 오래 전부터 자기 공명 영상을 이용한 혈관조영술이 가능하여 과거에 침습적인 방법으로 검사하던 혈관조영술 방식을 대체하기도 하였습니다. 

3. 자기 공명 영상을 위해 준비할 사항은? 

자기 공명 영상 촬영을 위하여 검사 전후에 특별한 처치는 필요하지 않습니다. 다만, 인공 심장 박동기나 금속성 물질을 체내에 이식하신 분은 자석의 영향이 크므로 검사를 받으실 수 없습니다. 또한, 임산부에게는 태아에 미치는 영향을 고려하여 특수한 상황이 아니면 일반적으로 자기 공명 영상 검사를 권하지 않습니다. 자기 공명 영상 검사실 내에는 강한 자장이 형성되어 있으므로 시계, 틀니, 보청기, 신용 카드, 열쇠, 머리핀, 무선 호출기 등 금속성 물질이나 전자파로 손상을 받을 수 있는 물건은 검사실 내로의 반입을 금하셔야 합니다. 만약에 신용 카드나 지하철 승차권 등을 검사실 내로 반입하시면 신용 카드나 승차권의 내용이 강한 자장에 의하여 지워져 사용하실 수 없게 됩니다. 

4. 어떻게 검사를 하나? 

검사하는 방법은 움직이지 않고 촬영 장치 내에 누워 있으면 되므로 검사를 받는 입장에서는 별다른 어려움은 없습니다. 다만, 폐쇄 공포증(협소한 공간에 있는 것을 견디지 못하는 증상)이 있는 사람은 자기 공명 영상 촬영이 곤란 할 수도 있습니다. 자기 공명 영상 검사는 이와 같이 첨단의 장비와 기술이 필요한 고가의 진료용 검사이기 때문에 검사를 받을 때 반드시 고려해야 할 사항을 충분히 검토하고, 전문가의 의견에 따라 적절한 방법으로 시행되어야 정확한 진단을 받으실 수 있습니다. 

 

 

자기공명영상 (Magnetic Resonance Imaging : MRI) 

1. 명칭 
NMR(nuclear magnetic resonance imaging) 
NMR-CT 
Spin mapping 
Zeugmatography 
MRI 

2. MRI의 역사 
1946년 미국하버드 대학 purcell, Torrey, pound와 미국 스탠포드 대학 
Bloch, Hansen, packard에 의해 핵자기 공명현상이 발견. 
(1952년 Purcell, Bloch 노벨 물리학상 수상) 
1971년 미국 뉴욕 주립대학의 Damadian이 쥐의 정상조직에 비해서 악성종양 
의 이완시간이 긴 것을 발견하여 의학 이용 가능성 시사. 
1973년 같은 대학의 Lauterber 최초 MRI영상법을 개발. 
1976년 Damadian. 인체의 최초 영상을 획득. 
1982년 임상이용.(한국과학기술원에서 0.15T 상전도형장치 개발 설치.) 
1984년 조영제 Gd - DTPA 사용. 
1985년 한국 과학 기술원에서 2.0T 초전도형 장치 개발. GE기법의 개발. 
1999년 3.0T FDA 승인 

3. 자기공명 영상에 필요한 단위 
· 자력선의 단위 : Maxwell(Mx). 1(Mx) = 1개의 자력선 
· 자속의 단위 : Weber(Wb). 1(Wb) = 1 × 108(Mx) 
· 자속밀도의 단위 : Gauss(G). 1(G) = 1(Mx/cm2) 
  Tesla(T). 1(T) = 1(Wb/m2) 
  1(T) = 10,000(G) 
· 자기회전율 : Gyromagnetic ratio = ㎐/gauss(또는 ㎒/T) 
· 주파수(f) : Hertz(㎐). 1(㎒) = 1 × 106(㎐) 
· 주기(T) : Second(s). 1(μs) = 1 × 10-6(s) 
· 각속도(ω) : ω = 2π/T, ω = 2πf[rad/s] 
· 경사자장 크기 : gauss/cm, mT/m 
· 경사자장의 변화율 : T/sec 
· Magnet의 균질도 : PPM(part per million) 
· 화학적 이동단위 : ppm(part per million) 
· 특수흡수율 : SAR(specific absorption rate) = watt/Kg 
· 전기신호의 증폭도 및 소리의 크기비교 : ㏈ 
· 1몰 : 6.02×1023개의 사물, 혹은 입자로 정의(Avogadro 수) 
· 몰농도(M) = 용질의 몰수/용액의 부피(ℓ) 

4. MRI 기본 원리 
: 강력한 외부 자장에 의해 자화되어 일정한 주파수로 회전하는 양자에 동일한 회전수의 고주파 신호를 인가한 후, 양자로부터 얻어지는 신호 즉, 자기공명현상에 의한 신호를 받아서 영상화하는 장치이다. 
① 환자를 gantry 또는 bore에 놓는다. 
② 자화 (자장) 
③ 고주파를 가한다. 
④ 공명 (원자핵의 밀도, 물리화학적 특성 보임) 
⑤ 이완 (T1, T2) 
⑥ Computer의 영상처리 


5. MRI 영상의 기본 인자 
① Proton density (수소밀도) 
② T1 이완 
③ T2 이완 
④ Flow (혈액 등의 흐름을 이용) 
⑤ Chemical shift (화학적 이동) 
⑥ Susceptibility (자기감수성) 

6. MRI 장점 
① 다양한 영상을 얻을 수 있는 parameter를 가지고 있다 
② 연부 조직의 대조, 분해능 높다 
③ 환자의 체위 변화 없이 여러 방향의 단층영상을 얻을 수 있다 
④ 방사선 피폭이 없다 
⑤ 기능적 정보를 알 수 있다 
⑥ 생체내 분광술(MRS)이 가능하다 
⑦ 요오드계 조영제를 사용하지 않는다 
⑧ Bone artifact발생 않는다 

7. MRI 단점 
① 검사비가 비싸다 
② 기기가 고가이며, 유지비가 많이 든다 
③ 설치가 복잡하고, 설치 공간을 많이 차지한다 
④ 환자의 협조가 필요하다 (폐쇄공포증 등) 
⑤ 원인을 알 수 없는 artifact발생하고, CT보다 공간해상력이 낮다 
⑥ 검사대상에 제한이 있다 (금속물질, 이식환자등) 
⑦ 경골과 석회화 병변 검사시 정보획득이 어렵다 
⑧ 움직임이 심한 환자, 소화기 검사시 영상이 질이 떨어진다 
⑨ 기본 이론, 영상화 기법이 복잡 

8. MRI 금기환자 
① 심장 박동기(cardiac pacemaker) 부착 환자 (5Gauss 이하) 
② 동맥류 클립(aneurysm clips) 부착 환자 
③ cochlear implant 부착 환자 
④ 임신 3개월 이내 환자 
⑤ 눈 속에 금속성 이물질 있는 환자 
⑥ 심장 밸브중 검사할 수 없는 환자 
⑦ 기타 (체내에 전자기적 기구를 부착한 환자) 

9. MRI 주의 요하는 환자 
① 중증 부정맥 환자 
② 폐쇄공포증(claustrophobia) 환자 
③ 금속성 물질을 체내에 부착한 환자 
④ 간질 환자 

10. MR의 생물학적 효과와 안전 
* MR에 의한 위해(hazard)가 발생할 요인 
1) static magnetic fields … polarization 
2) gradient magnet fields … Induced currents 
3) RF electromagnetic fields … Thermal heating 
4) a combination of these 

공간 흡수율(SAR : specific absorption rate) 

- RF의 에너지가 어떠한 조직에 흡수되는 양 (Watt/kgor (J/sec/kg)은 유도된 전기장, pulse duty cycle, flip angle, 조직밀도, 전도성 그리고 환자의 크기에 의존 한다. 

: 단위 질량당 생체조직에 대해서 단위 시간당에 주어 지는 전자 에너지