( Magnetic Resonance Imaging system)

1. MRI (Magnetic Resonance Imaging system) 물리현상의 원리 6조

2. 개 요 • MRI의 원리 • 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 computer를 통하여 재구성, 영상화하는 기술 • MRI의 장점 • 인체에 무해 • CT에 비해 탁월한 대조도 및 해상도 • Multiplanar Imaging • 3D영상화가 가능

3. MRI system의 물리적 원리 • 원자핵의 자화 • 양성자와 중성자를 갖는 원자핵은 스핀과 자기 모멘트를 자기고 있어 각각 한 개의 미세자석과 같다. • 수소원자 사용

4. MRI system의 물리적 원리 • 원자핵의 공명 • 공명현상 • 외부의 자장하에서 자화상태에 있는 원자핵이 어떤 일정한 주파수의 고주파를 발사하면, 일부 낮은 상태의 원자핵이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지상태로 되는 것

5. MRI system의 물리적 원리 • 원자핵의 공명 • 원자핵은 각각의 공명주파수를 가지며 이는 외부자장의 강도에 따라 변하게 된다.

6. MRI system의 물리적 원리 • 원자핵의 이완 (Relaxation) • 원자핵에 고주파를 발사하면 일부 낮은 상태의 원자핵이 높은 에너지상태로 바뀌면서 평균자화가 X-Y평면상의 수평방향으로 놓이게 된다. • 이완(Relaxation) : 고주파 펄스를 끊으면 높은 에너지의 원자핵들이 흡수했던 고주파 에너지를 다시 방출하면서 원래의 상태로 돌아가는 것

7. MRI system의 물리적 원리 • 원자핵의 이완 (Relaxation) • T2 Relaxation • X-Y평면의 평균자화가 Dephasing에 의해 처음의 37%까지 감소하는데 걸리는 시간 • 외부자기장의 세기에 영향을 받지 않는다 • T1 Relaxation • 처음 상태의 63%의 평균자화가 Z방향으로 형성될 때까지의 시간 • 외부자장의 세기가 높아지면 길어진다.

8. MRI system의 물리적 원리 • 원자핵의 이완 (Relaxation) • T2 Relaxation • T1 Relaxation < T1 Weighted T2 Weighted Image>

9. MRI system의 물리적 원리 • 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 T1의 효과를 극대화 시킨 영상 • 시간이 많이 걸리므로 잘 사용되지는 않는다.

10. MRI system의 물리적 원리 • 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 펄스를 준 후 에코신호가 나올 때까지의 시간)를 다양하게 변화시킴으로써 T1 weighted T2 weighted Image, T1과 T2의 혼합영상, Spin Density 등을 얻을 수 있다.

11. MRI system의 구성 • 크게 세부분이다 • Gantry : 주자석, 전자기적 장치 • Operating Console : MR영상재현 및 Scan조건과 Scan상황재현 • Computer

12. Gantry MRI의 강한자성을 만든다. 실제임상에서 사용하는 MRI자장강도는 0.06-2.0Tesla정도 고균일성을 유지해야 한다. 1) Main Magnet 영구자석 자장의 세기는 0.3Tesla정도 벽 모양의 강자성세라믹 물질에 전자기장을 걸어 줘 만든 자석으로부터 나온다. MRI system의 구성

13. MRI system의 구성 • Resistive Electromagnet • 자장의 세기는 0.15-0.25Tesla • 매우 크고 고전적인 전자석에 의한다. • Supurconducting Electromagnet • 2.0Tesla • 저항이 없는 초전도 물질을 사용하여 이론상으로는 영원히 전류가 흐르게 만들어져 있다.

14. MRI system의 구성 2) Secondary Magnetic Field • Shimming coil • 자장을 더욱 균일하게 하기위해서 Shimming coil을 설치한다. • Gradient coil, Gradient amplifier, 와류보정 • Gradient ; 영상을 구성하는데 위치를 정해주며 Echo Production에 중요한 기능을 한다.

15. MRI system의 구성 < Gradient > • Gradient amplifier ; Gradient coil을 작동시키는 역할 • 와류보정 ; MRIsystem에는 세개의 amplifier가 각각의 coil을 작동시키는데 전류의 흐름으로 인해 주위의 전도물질에 와류가 생기게 된다. 이것을 방지하기 위해 와류보정을 해 준다.

16. 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-Noise-Ratio를 갖는 것으로 일종의 Receiver Antenna로써 인체의 아주 작은 단면을 영상화하는데 쓰이며 다른 코일에 비해 월등히 나은 Signal Intensity를 발생시킨다.

17. 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 양이 엄청나기 때문에 용량이 엄청나게 크고 처리속도가 빠른 Minicomputer를 사용, 8.1MB의 용량이 필요

18. 1 물질 속에 있는 핵은 고유한 스핀으로 인해 자기 모멘트를 갖는다. 2 핵은 Random하게 배열되어 있어 서로의 자장을 상쇄시켜 외부에서는 중성으로 측정된다. 3 외부자장에 놓일 경우 자장방향 혹은 반대방향으로 정렬하며, Lamor방정식의 주파수로 세차운동을 한다 정 리

19. 정 리 4 자장방향의 자기모멘트가 약간 더 많아 자장방향으로 평균자화 된다 5 세차운동을 하는 자기 벡터에 외부자장을 가하면 수직방향으로 늘어난다 6 Lamor 주파수에 맞는 고주파수는 수직자화벡터에 Torque를 제공한다 7 자화벡터는 수직정렬에서 벗어나 나선형으로 움직이며 세차운동을 하고 그 결과 수평자화가 증가한다 8 핵 스핀들은 물질마다 특정한 시간을 거친다음 완화된 원래의 상태로 되돌아 간다 9 수평자화 요소들은 원래의 상태로 되돌아 가며 측정가능한 MR신호를 방출한다 10 측정된 MR신호는 In-Phase상태의 수평자화의 크기와 일치한다

20. 11 고주파가 핵의 스핀을 여기시키면서 자화벡터의 수직정렬을 기울어지게 만들어 MR신호를 발생한다 12 측정된 신호는 빠른 속도로 자화벡터가 0인 지점으로 T2에 의해 Dephase 된다 13 원자핵의 밀도, T1, T2를 이용하여 그것들의 강조영상을 얻는다 정 리