1. MRI(Magnetic Resonance Image) - 자기공명영상
인체를 자기장이 형성되어 있는 직경 50~60cm의 커다란 통으로 만든 자석 장치에 눕히고, 고주파(Radio Frequency Pulse)를 발생시켜 인체에 보낸 후 인체 내의 수소 원자핵의 반응으로부터 발생되는 신호를 모아 컴퓨터로 계산하여 인체의 모든 부분을 단면 및 3차원 영상으로 재구성하여 질병의 유무를 진단, 검사한다.
1.1 Spin
평상시에는 수많은 수소원자가 서로 다른 방향의 자기 벡터를 가지므로 합벡터는 0이 된다. 여기에 외부의 자기장(B0)을 걸어주면 각각의 수소원자 자기벡터는 한 방향으로 정렬하게 된다. 이 때의 자기벡터의 합을 B라고 하자. B는 아주 작아서 B0+B = B0가 된다.
즉, B는 가상적으로 조직의 상태나 종류를 대변하고 있다.
1.2 Radio Frequency & Nuclear resonance
수소 원자의 회전측은 세차운동을 한다. 세차운동이란 팽이가 돌다가 회전 속도가 느려지면, 팽이의 축이 회전하면서 흔들리는 현상을 말한다. 수소원자가 세차 운동을 할때 이 운동의 주파수를 Lamor Frequency라고 하며 외부 자기장에 비례한다.
이 주파수와 동일한 주파수의 에너지를 가하면, 이에 반응해 세차운동의 축은 z축이 아니라 xy면에 가까워진다. 이를 '횡자화'라고 한다.
횡자화된 상태(세차운동 축이 옆으로 다 누운 상태)에서, 전자기파를 갑자기 끊어주면, 에너지를 방출하고 세차운동의 축은 다시 z축에 가까워져 저에너지상태가 된다. 이를 '종자화'라고 한다.
1.3 T1, T2 image
횡자화되었던 수소원자가 종자화되는데, 이 종자화가 총 63% 회복하는데 필요한 시간이 바로 T1 relaxation time이다.
이 시간은 원자에 따라, 같은 원자라도 주변 결합에 따라, 조직에 따라 다르며 이것을 이용한 영상이 T1 weighted MR image이다.
반면, 종자화가 회복되는 동시에 횡자화는 다시 사라진다.(누웠던 축이 다시 서니까)
횡자화가 사라지면서 37%까지 줄어드는데 걸리는 시간이 T2 relaxation time이며, 이를 통해 얻은 영상이 T2 weighted R image이다.
<T1 image>
지방성분이 많을수록 신호강도가 높다. (하얗게 보임)
대부분의 병변은 물을 많이 함유하고 있어(염증으로 인한 부종, 혈류가 풍부한 종양 등) T1에서 저신호강도(까맣게)로 보인다.
-> 물은 까맣게, 지방은 하얗게, 병변은 까맣게
<T2 image>
물이 많을수록 신호강도가 높다.(하얗게)
병변은 T2에선 고신호강도(하얗게)로 보인다.
-> 병변을 빨리 찾으려면 T2에서 고신호강도(하얗게)로 보이는 부분을 먼저 찾으면 된다.
2. fMRI (Functional Magnetic Resonace Imaging) - 기능적 자기공명영상
fMRI는 혈류와 관련된 변화를 감지하여 뇌 활동을 측정하는 기술이다. 뇌의 어떤 부위가 사용될 때 그 영역으로 가는 혈류의 양도 따라서 증가한다는 사실을 이용하여 어떤 부위의 신경이 활성화되었는 측정하는 기술이다.
활성화된 신경세포 주위의 모세혈관에서 산소를 운반하는 헤모글로빈 중에서 산소와 결합된 산화헤모글로빈의 농도는 증가하고, 산소가 분리된 환원헤모글로빈의 농도는 감소한다. 그런데 산화 헤모글로빈은 자성을 띄지 않지만 환원 헤모글로빈은 자성읠 띌 수 있어서 그 주변에 있는 수소원자핵의 자기장 내 반응성에 영향을 미치게 된다. (MRI의 원리가 수소원자핵의 자기장 반응을 보는것) 이에 따라 자기 공명촬영 시 T2신호를 감소시키게 되는데, 앞서 설명한 바와 같이 신경활성이 일어나는 부위에 환원헤모글로빈의 농도가 감소하므로 T2신호는 반대로 증가된다. 따라서 T2신호를 연속적으로 측정하면서, 자기공명 신호의 증가가 일어나는 부위를 찾아내면 곧 활성화된 뇌부위로 추정할 수 있다.
2.1 장점
- 인체에 무해하다.
- 영상의 해상도가 높다.
- 촬영에 걸리는 시간이 짧다.
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