초음파, CT, MRI의 원리
I. 초음파 촬영
a) 초음파 촬영술의 개요
의학적 초음파촬영술은 초음파에 기반한 영상진단 기술로서 근육과 내장기의 크기, 구조, 병변등을 시각화하는 장비이다. 임산부에 대한 산과적 초음파촬영이 가장 친숙하게 알려져 있다.
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<초음파로 촬영된 태아의 사진> <3차원 초음파로 촬영된 29주된 태아의 사진>
초음파 촬영술은 주로 의학에서 사용되고 있다. 생검이나 요추천자와 같은 진단 방법 대신에 초음파를 사용할수 있고, 일반적으로 손에 들고 사용할수 있는 트랜스듀서를 환자의 몸에 대고 이동하며 촬영한다. 수분을 다량 함유한 gel이 환자와 트랜스듀서 사이에 사용된다.
일반적인 초음파 촬영의 목적은 영상화 하는데 있다. 대개 특별한 목적에 맞추어져서 특별한 트랜스듀서가 만들어진다. 이를테면 질내초음파, 직장내초음파와 같은 것들 말이다.
골반초음파에서는 골반내 장기가 보이게 된다. 여기에는 자궁, 난소, 방광이 포함되어 있다. 주로 여성의 경우 임신중 태아의 발달상태를 확인하기 위해 흔하게 초음파를 접하지만, 남성의 경우 방광 및 전립선 질환이 의심될때 초음파를 이용하게 된다. 골반초음파는 두가지 방법으로 사용되는데, 내부적인 방법은 질 혹은 직장을 통해 이루어진다. 골반초음파는 복부장기와 다른 골반장기의 관련성을 확인할수 있고, 요실금, 기형아 진단 등 여러 분야에 도움이 되고 있다.
복부 초음파는 췌장, 복부대동맥, 하대정맥, 간, 담낭, 담관, 신장, 비장과 같은 단일 장기들을 관찰할수 있게 해준다. 음파는 내장 가스에 의해 전달이 막히기 때문에 이 지역의 진단에는 제한이 있다. 맹장염을 초음파로 확인할수 있기도 하다.
초음파는 치료목적에도 사용되는데, 치과 위생, 온열 자극치료, 종양치료(FUS, HIFU), 신장결석, 골성장 촉진 등에 쓰인다.
b) 초음파 촬영의 원리
초음파 영상이 만들어지는 기전은 음파의 생성, 에코의 수신, 해석의 3단계로 이루어진다.
음파의 생성
초음파촬영은 펄스-에코(pulse-echo)의 원리를 이용한다. 초음파 탐촉자(prove, 또는 트랜스듀스 transducer)내에는 압전결정체(piezoelectric crystal)가 들어있는데, 이는 기하학적 형태로 배열된 수많은 쌍극자(dipole)로 형성되어 있다. 만일 순간적인 전압을 가하면 결정체의 두께가 변하면서(진동하면서) 초음파를 발생한다. 초음파의 짧은 펄스가 체내로 발사되면 이 펄스는 체내의 어느 반사면과 만날 때까지 일정한 속도로 조직 속을 진행한다. 반사면에 부딪히면 초음파속(ultrasound beam)의 일부는 진원 쪽으로 반사되는데, 이것이 에코이다.(물론 나머지는 다음의 반사면과 만날 때까지 계속 진행한다.) 초음파의 조직과의 상호작용은 반사(reflection), 굴절(refraction), 흡수(absorption)로 대별할 수 있는데 그 중 반사가 초음파영상 형성의 기초가 된다, 반사, 즉 에코생성은 서로 성질이 다른 조직 간의 경계면(이를 초음파 계면이라 한다.)에서 발생하는데 매우 작은 밀도의 차이라도 계면을 만든다. 즉 물, 혈구, 지방, 간세포, 담즙, 담관벽과 결체조직이나 섬유조직 모두가 계면을 만들 만큼 서로 다른 밀도를 가지고 있다. 여기서 조직의 성질이라 함은 그 조직의 음향저항(acoustic impedance)을 말하며 밀도와 음파 속도의 곱으로 결정된다. 음향저항의 차이가 클수록 반사가 증가한다. 인체의 음향저항을 조직별로 보면 <표1>과 같다.
|
물질 |
음향저항 |
물질 |
음향저항 |
|
공기 |
0.0004 |
눈의 수정체 |
1.84 |
|
지방 |
1.38 |
압전중합체 |
4.0 |
|
물(50℃) |
1.54 |
두개골(骨) |
7.80 |
|
뇌 |
1.58 |
알루미늄 |
18.00 |
|
혈액 |
1.61 |
수은 |
19.7 |
|
신장 |
1.62 |
PZT-5A |
29.3 |
|
간 |
1.65 |
PZT-4 |
30.0 |
|
근육 |
1.70 |
놋쇠 |
38.0 |
대부분의 연부조직은 서로 작은 차이를 보이고 있지만 공기와 뼈는 매우 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 따라서 공기나 뼈와의 계면에서는 대부분의 초음파가 반사되고 그 뒤는 볼 수 없게 된다. 반사에 의한 에코가 초음파 탐촉자에 도달하면 압전결정체(기계적 압력을 전기적 신호로 변환시킨다는 의미)에 의해 전기적 신호로 변환되어 감지되고, 아울러 되돌아오는 데 걸린 시간을 거리로 환산하여 텔레비전 수상기 위 적절한 위치에 그 강도를 나타내게 된다. 진단 목적의 초음파 장치에서는 3.5~10MHz의 주파수를 사용하는데 주파수가 높아질수록 음속의 방향성이 생기고 해상력은 증가하지만 투과력이 줄어들어 검사할 수 있는 깊이가 얕아지는 단점이 있다.
에코의 수신
되돌아온 음파(에코)는 트랜스듀서가 음파를 발생했던것과 같은 과정을 통해 음파를 받아들인다. 에코가 트랜스듀서를 진동시키고, 트랜스듀서는 진동을 전기신호로 변환시킨다. 그리고 이 전기신호는 초음파 스캐너에서 디지털 이미지로 변환된다.
해석
초음파 스캐너는 다음 세가지를 결정지어야 한다.
- 에코의 방향
- 에코의 강도
- 에코가 돌아온 시간
이 세가지를 표시하는 방법에는 네가지가 있다.
A모드(amplitude mode)는 인체 내부에 있는 조직에서의 에코를 진폭에 따라 스파이크(spike)로 나타낸 것이다.
B모드(brightness mode)는 2차원적으로 에코의 밝기를 회색조 단계(gray scale)로써 표현하는 방법으로 현재 복부를 비롯한 대부분의 해부학적 영상에서 이 방법을 사용하고 있다. M모드(motion mode)는 B모드 영상을 속도를 고려해서 전자적으로 처리하여 움직이는 상태를 파형화한 것으로 심장 초음파촬영에 사용된다.
<도플러효과를 파장으로 표시한것> <컬러 도플러>
c) 초음파 촬영의 장점과 단점
장점
근육과 연부조직이 아주 잘 나타나며 고체와 액체간의 구분이 확연히 나타난다.
실시간으로 이미지가 생성되므로 역동적인 진단이 가능하다.
장기 구조를 보여준다.
장기간동안 지속되는 부작용이 없으며, 환자에게 거의 불편감을 일으키지 않는다.
쉽게 장비를 사용할수 있다.
베드에서의 촬영도 손쉽다.
CT, MR 촬영에 비해 비용을 덜 들이고도 진단이 가능하다.
단점
음파가 뼈를 투과할수 없기 때문에 두개골내 촬영같은 것은 극도로 제한되어있다.
장 내부에 가스가 차있을 경우 진단을 수행하기 곤란해진다.
몸 깊은곳을 촬영하기 힘들다. 특히 비만한 환자에게서는.
진단결과가 진단자의 숙련도에 매우 의존하고 있다.
CT나 MR에 비해 확실한 이미지 촬영은 어렵다.
d) 주의사항
초음파 촬영으로 눈에 띄는 부작용이 생긴다는 보고는 없지만, 신경발달의 지체와 같은 부작용에 대한 장기간의 추적조사 연구가 부족하다.
II. 전산화단층촬영술(computed tomography, CT)
a) CT의 개요
CT는 본래 “EMI scan"으로 알려져 있었다. 왜냐하면 EMI사의 연구에서 가지를 쳐서 발전된 것이 CT이기 때문이다. 이 진단방법은 이차원 X-RAY사진을 한 축을 두고 회전하여 다량의 사진을 촬영한뒤 이를 합성해 삼차원의 상을 얻는 기법을 사용한다. CT 사진은 이차원 사진들에서 얻어진 자료들을 토대로 windowing이라고 알려진 과정을 통해 새로운 자료를 만들어 낸다. 이 과정을 통해 신체 구조상 X-RAY가 통과할수 없는 부분도 시각화 할수 있게 된다. 최신의 CT장비는 사진을 어떤 축을 두고 찍었던지간에 촬영된 정보를 토대로 축의 방향을 달리해 보여줄수도 있고 입체로 구조물을 표시할수도 있다.
CT기기는 크게 5단계로 발전해 왔는데, 그 내역은 다음과 같다.
|
Generation |
configuration |
detectors |
beam |
min scan time |
|
First |
translate-rotate |
1~2 |
pencil thin |
2.5 min |
|
Second |
translate-rotate |
3~52 |
narrow fan |
10 sec |
|
Third |
Rotate-rotate |
256~1000 |
wide fan |
0.5 sec |
|
Fourth |
Rotate-fixed |
600~4800 |
wide fan |
1 sec |
|
Fifth |
electron beam |
1284 detectors |
wide fan electron beam |
33 ms |
그러나, 4단계 CT장비 역시 실험단계에 있고, 현존하는 CT 장비는 모두 3세대에 속해 있다. CT의 종류에는 다음과 같은것들이 있다.
Electron Beam CT(EBCT) : 기존 장비가 환자 주위를 돌면서 촬영을 했기 때문에, 회전시간보따 빠른 역동적인 움직임의 촬영은 불가능했다. 그래서 거대한 진공관을 이용해서 스캔속도를 높인 것이 EBCT이다. 그러나 장비값이 비싸고, 기본적으로 심장 촬영이외에는 적용성이 부족해서 전세계에 150대 미만만이 존재한다.
Helical CT(Spiral CT) : 기존방식에 비해 속도가 개선되어 20-60초만에 촬영을 완료할수 있다. 또한 촬영중 환자의 움직임에 대한 MotionArtifacts의 발생이 감소되기 때문에, 3D 영상을 만드는 데에도 유리하다. 이러한 점 때문에 현재 가장 인기있는 CT 기술이다.
Multislice CT : helical CT와 유사하지만, 적어도 링의 개수가 2개 이상이다. 링의 개수가 4, 8, 16...개로 늘어날수록 회전속도가 빨라지게 되는데 최근 장비들은 초당 3회전을 한다. 해상도도 단일 스캐너를 채용한 고해상도CT에 비해 높지만, 잡음과 높은 방사선 피폭량 때문에 사용이 제한되어 있다.
Dual Source CT : 지멘스사가 2005년 RSNA에서 발표한 것으로, 해상도를 높여 심장 촬영시 심박을 낮추는 등의 처치를 필요없게 한것이다.
256 Slice CT : 도시바사 등에서 개발중인 것으로, 존스홉킨스 병원에 실험적으로 설치되어 있다. 아직 개발중이나 검사시 방사선 피폭량을 줄일수 있을것으로 기대된다.
Inverse geometry CT(IGCT) : 아직 구상단계의 장비로서, EBCT와 유사한 원리에 기반한 것이다.
<CT의 예 : cranial slices>
b) CT의 원리
단층 촬영
CT의 가장 큰 장점은 해부학적 구조를 몸의 깊이에 따라 표시해 줄수 있다는 점이다. (그래서 “단층” 촬영술이다.) 단층사진의 형성은 방사선 폭로시 방사선원과 검출기의 거리를 이동시켜서 이루어진다. 이렇게 되면 알고자 하는 부위는 선명하게 표시되지만 다른 층의 영상은 흐릿하게 보이게 된다. 여러장을 촬영하게 되면 많은 정보를 얻게 되고 여러 층위의 정보를 선명하게 얻을수 있게 된다.
인체의 한 단면에 X선을 투과시키면 X선이 지나간 조직들은 그 조직들의 X선 흡수율에 따라 각각 다르게 X선을 흡수하게 되고, 결국 흡수되지 않고 남은 X선은 감약되어 인체를 뚫고 나온다. CT에서는 세격(slit)형 collimator를 이용하여 부채꼴 모양의 slit beam을 이용하고 인체를 투과하고 나온 남은 X선의 양을 X선 튜브 반대편에 배열시킨 탐촉자(detector)로 하여금 탐지하게 한다. X선 튜브와 탐촉자 기기를 인체 주위로 360° 회전시켜 가면서 이런 과정을 여러 각도에서 되풀이해 시행한다. 여러 각도에서 탐지한 데이터를 컴퓨터를 이용하여 풀어내면 인체 단면의 각 지점(화소, picture elements; pixel)에서의 X선 흡수계수를 산출할 수 있다. CT 번호는 각 화소의 상대적 선감약계수(relative linear attenuation coefficient)로서, 참고물질로 물의 CT 번호를 0으로 하고 인체에서 가장 X선 흡수율이 높은 고밀도골(compact bone)을 +1,000으로, 가장 X선 흡수율이 낮은 공기를 -1,000으로 정한 후 어떤 물질의 선감약계수를 계산하는 것이다. 참고로 지방은 -100, 정상 혈액은 12, 응고 혈액은 40~60의 CT 번호를 갖는다.
이러한 CT 번호를 회색조 단계(gray scale)로 재구성(reconstruction)하여 화면에 나타낸 것이 CT 영상이다.
간단한 구조의 치과 진단용 CT도 존재한다.
단층 합성
보통 40‘ 간격으로 10장의 사진을 촬영하기만 해도 CT 사진을 재구축 하는 것이 가능하다. 얻어진 자료가 부족해 slice가 두껍다는 단점은 있으나, 시간과 방사선 피폭량을 절감시키는 장점이 있다. 유방촬영술에서는 X-Y축을 매우 정밀하게 촬영하고 Z축의 품질을 낮추는 방법이 쓰이는데, 이를 통해 방사선 피폭량을 조금 늘리더라도 얻을수 있는 영상의 감지율이 대폭 늘어난다. 이 합성기술은 모든 정보를 요구하는 일반 CT기기와 알고리즘이 다른데, 예측 최대화 알고리즘이 일반적으로 쓰이고, 프랙탈 기법을 사용하는 CT기기도 있다.
c) CT의 특징
CT는 단순 X 선 촬영에 비해 인체조직, 특히 연부조직의 대조도가 훨씬 뛰어나기 때문에 많은 두경부질환, 폐∙종격동질환, 그리고 복부 질환에 있어 필수적인 검사방법으로 정착되었다.
단순 X 선촬영에서는 10%이하의 밀도 차이를 식별할 수 없지만 CT에서는 0.5∼1%의 선감약계수의 차이도 쉽게 알아낼 수 있다. 즉 뇌CT에서 지방을 제외한 연부조직 중 가장 감약계수가 높은 급성혈종은 희게, 낮은 뇌척수액은 검게 뚜렷이 구별되며, 뇌의 회백질(CT 번호 36)과 백질(CT 번호 24)도 구분되는데 이 차이는 약 0.6% 수준이다.
골, 금속 이물질, 석회화 병소가 가장 감약계수가 높아 아주 희게 나타나며 급성혈종이 그 다음으로 희게 보이며, 근육, 복부의 고형장기, 심혈관계, 림프절 등은 비슷한 정도의 중간밀도를 보인다. 따라서 조영제를 주지않으면 혈관과 림프절이 쉽게 구별되지 않으므로 외상을 제외한 대부분의 CT에서 조영제 주입은 필수적이다. 연부조직중 뇌척수액, 담낭, 방광 등 물로 차 있는 부분이 약간 낮은 밀도를 보이고, 지방조직이 더 낮으며, 공기가 가장 검게 보인다.
d) CT의 장점과 단점
장점
CT는 관찰하고자 하는 부위만을 보여준다.
물리적인 밀도 차이가 1% 미만이라도 분간할수 있다.
한번 촬영으로 다양한 각도에서의 영상을 얻을수 있다.
혈관조영술처럼 침습적이지 않으며, 바륨관장보다 방사선 노출량이 적다.
단점
CT는 인체 단면 주위를 X 선 튜브와 탐촉자 기기가 같은 축으로 동시 회전하며 영상을 얻기 때문에 횡단면만을 얻게되며, 관상면 또는 시상면 영상도 재형성 과정을 통해 만들 수는 있지만 그 해상력이 떨어지므로 연부조직의 입체적 평가에는 MR이 유리하다.
또한 조영증강제가 신장질환을 악화시킬 우려가 있다. 이 경우에도 MR을 사용한다.
III. 자기공명영상술 MR
a) 개요
자기공명영상법은 원래 과학연구에 쓰이던 방법(NMRI)을 의학 분야에 도입한 것으로, 화학분야에서 쓰이는 NMR파장분석이 MRI가 같은 원리에 기반하고 있다. 비침습적인 진단방법으로 해부학적 구조물을 시각화 하는데 쓰인다.
2003년 노벨의학상이 MRI의 원리를 개발한 Raymond Vahan Damadian등에게 주어진 것은 이 진단기법의 중요성을 반영하는 것이다.
의학분야에서 쓰이는 MRI장비는 0.2에서 3 테슬라의 자기장 크기를 사용하는데, 이를 설치하고 유지하는데에는 막대한 비용이 든다. (미국의 경우 설치비용은 약 13억, 유지비용은 연간 수억원이 들어간다.)
MRI에는 여러 기법이 있는데, 다음과 같다.
Diffusion MRI : 생체조직의 물분자의 diffusion을 측정한다. 뇌경색, 뇌출혈, 파킨슨병, 다발성경화증과 같이 심혈관질환이나 신경질환의 진단에 응용된다.
Magnetic resonance angiography : 혈관의 협착이나 경화 등을 평가하는데 사용된다.
Magnetic resonance spectroscopy : 화학적 정보를 알아보는데 쓰인다.
Functional MRI : 뇌의 신호변경에 따른 신경활성도의 변화를 연구하는데 쓰인다.
Interventional MRI : MRI장비를 이용해 최소한의 침습적 시술을 할수 있도록 하는데 사용된다.
Radiation therapy simulation : 종양치료등에 사용된다.
Current density imaging : 현재 연구중인 방법으로 이미지의 상 정보를 통해 대상의 현재의 밀도를 재구축해내는 방법이다.
Magnetic resonance guided focused ultrasound : MR을 통해 목표 조직을 65‘C이상으로 뜨겁게 만들어 치료하는 방법이다.
Multinuclear imaging : 헬륨-3, 탄소-13, 산소-17과 같은 원자들을 직접적으로 영상화 하는 방법이다.
b) MR의 원리
인체를 강력한 자장속에 눕힌후 수소원자핵만을 공명시키는 고주파를 순간적으로 발사했다가 끊으면 수소원자핵에서 신호가 나오는데 이 신호를 받아 영상을 얻는다. 이때 신호의 크기는 조직의 수소원자의 농도, T1 이완시간, T2이완시간, 혈류 등의 흐름에 의해 좌우된다. 수소원자를 함유하는 조직의 물리적∙화학적 성질에 따라 각 조직마다 T1, T2가 다른데 이러한 T1, T2의 차이를 영상으로 나타낸 것이다.
Larmor Frequency의 형성
자기공명현상을 보이는 원자들로는 1-H, 23-Na, 31-P, 13-C등이 있는데 이 중 자기공명영상에서 주로 영상화하는 것은 인체에 많이 있고 신호가 큰 수소원자이다. 생체조직의 60% ∼ 80%는 물과 거대분자로 되어 있는데 이들은 모두 그 구성물질의 일부로서 수소 원자를 가지고 있다. 이러한 수소원자는 자기쌍극자 모멘트(Magnetic Dipole Moment)를 가지게 된다. 이 자기쌍극자 모멘트는 외부자계가 없을 때 인체 내에서 각기 여러 방향으로 분포되어 전체적인 자기모멘트가 0인 상태에 있다. 외부 자기장(Static Magnetic Field)하에서 수소원자는 자기장의 방향에 따라 +1/2(같은 방향)과 1/2(반대방향)을 가지는 스핀만이 존재한다. 이렇게 양자화된 스핀들은 하나의 스핀성분으로 나타낼 수 있다, 즉 각 스핀들의 벡터합을 구하면 전체적인 하나의 벡터 성분을 얻을 수 있는데 이것을 순자화(Net Magnetization)이라고 한다.
이 순자화는 외부자장을 축으로 일정한 주파수를 가지고 세차운동(Precession)을 하는데 이 때 이 주파수를 Larmor Frequency(ω0)라고 하며 1.0 Tesla의 자장에서 수소원자핵의 Larmor Frequency는 42.58MHz이다. 스핀들은 외부에서 자장이 가해지면 상향과 하향의 두 가지 상태로 존재한다. 이 두 가지 에너지 상태사이에는 일정한 에너지 차이가 있는데 외부에서 이 에너지 차이에 해당하는 에너지를 Larmor Frequency의 전자기파 형태로 가해주면 하향상태의 스핀들이 에너지를 받아 상향상태로 전이하게 된다. 이 일련의 에너지 전이는 순자화의의 방향을 바꾸게 되고 이러한 상태를 여기 되었다고 한다.
90°RF Pulse를 가하면 점점 상향으로 모여있던 스핀들이 하향방향으로 이동하게 되고 이들의 벡터 합으로 횡자화가 생기게 된다. 반대로 RF Pulse를 차단하면 흡수했던 에너지를 방출하며 다시 종자화로 복귀한다. RF 펄스에 의해 Magnetization의 회전한 각도를 Flip Angle이라고 한다. 이 역할을 RF Pulse가 해주게 되며 Flip Angle은 RF Pulse의 인가시간과 세기에 의해 결정된다. RF Pulse를 제거하면 시간이 흐름에 따라 여기 상태에서 평형상태로 돌아가며 전자파를 방출하게 되는데 이 전자파도 외부자기장에 비례하는 Larmor Frequency를 가진다. MRI는 이 신호를 검출하여 영상화한 것이다.
T1과 T2
외부에서 에너지를 가하며 에너지를 흡수하여 자화가 변했다가 흡수했던 에너지를 방출하면서 다시 평행상태로 되돌아가는 과정을 이완이라고 한다. 이러한 이완과정은 횡이완과 종이완 두 가지 종류가 있는데 이 두 과정은 서로 독립적으로 그러나 동시에 일어나게 된다. 공명된 스핀이 평형상태의 63%에 해당하는 종자화를 회복하는 시간을 T1(Spin-lattice Relaxation)이라고 하며 90°Pulse를 가하여 횡자화가 형성된 후 RF Pulse를 차단할 때 그 횡자화가 원래의 자화에 37%까지 감소하는 시간을 T2(Spin-spin Relaxation)이라고 한다. 이러한 T1과 T2는 물질에 따라 다른 고유의 값이므로 이들의 차이로 인하여 여러 조직간의 대조도를 얻을 수 있다. 보통 MRI영상의 대조도를 좌우하는 것은 양자의 밀도와 조직의 이완 특성이다.
T1 강조영상
T1강조영상에서 T1이 짧은 조직은 고신호강도(희게보임)로 보이는데, 피하나 골수의 지방조직이 이에 속한다. 병적인 상태에서 T1이 짧아 고신호 강도를 보이는 경우는 지방종, 아급성 출혈, 점액낭종 과 같은 고단백질 함유병소가 대표적이다.
T1이 긴 조직은 T1 강조영상에서 저신호강도(검게보임)로 나타나는데, 순수한 물로 차 있는 각종 낭종이 이에 속한다. 근육은 중등도의 신호강도를 보인다. 골 수질은 지방이 풍부하여 고신호강도를 보이나 피질은 수소원자의 양이 적어 저신호 강도로 나타난다. 혈류속도가 빠른 동맥은 신호소실로 검게 나타나나, 정맥은 혈류의 속도가 늦어 때에 따라서는 고신호 혹은 중등도의 신호강도를 보이기도 한다.
T2 강조영상
T2강조영상에서 T2가 짧은 조직은 저신호 강도(검게보임)로 보이는데 근육이 이에 속하고, 지방 조직은 근육보다 T2가 약간 더 길다. 부비동이나 기도내의 공기, 골피질은 T2가 짧아서가 아니라 수소원자핵이 없기 때문에 더 검게 보인다. 병적인 상태에서 T2가 짧아 저신호강도를 보이는 경우는 급성 혈종, 농축된 고단백성 분비물, 진균구 등에서 보이는 성분을 알수없는 T2 단축 상자성 물질 등이다.
T2가 긴 조직은 T2 강조영상에서 고신호강도(희게보임)로 나타나는데, T2는 조직의 수분함유량에 대체로 비례한다. 낭종과 부종을 보이는 근육조직과 정상근육조직을 비교할 때 물성분이 많은 낭종이 T2가 길어 T2 강조영상에서 가장 희게 보이며, 부종조직, 정상조직의 순서로 T2가 짧아진다. 동맥은 T2 강조영상에서도 신호소실 때문에 검게 보이나, 혈류속도가 늦은 정맥은 환자마다 혈류의 속도에 따라 다양한 신호강도를 보인다.
대부분의 병변은 T1, T2 가 정상 연부조직보다 길어서 T1 강조영상에서는 저신호강도로, T2 강조영사에서는 고신호강도로 나타나는데, 그 신호강도의 정도는 병변내에 함유된 물의 양에 대체로 비례한다. 즉 물 성분이 많을 수록 T1 영상에서는 더 검게, T2 영상에서는 더 희게 보인다. 예를 들면 물이 많은 순수한 낭종은 T1강조영상에서 저신호강도로, T2강조영상에서 고신호강도로 나타난다.
c) MR의 장점과 단점
장점
MR은 CT에 비해 연부조직의 대조도가 훨씬 뛰어나고, 횡단영상 뿐만 아니라 관상영상과 시상영상등 원하는 어떤 단면의 영상도 얻을수 있다는 장점 때문에 거의 모든 신경계 질환, 근골격계 질환에서 CT를 이미 대치하였고, 심혈관계 질환에서도 이용이 늘어나고 있다. 특히, 종양진단에 있어서는 CT보다 우수하다.
MR에서 병변을 발견하게되는 것은 대부분 조직의 물리화학적 특성인 T1, T2의 차이로 인한 높은 대조도 때문이지만 수소원자핵의 농도와 혈류도 신호강도에 크게 관여한다. ek라서 조영제를 주지않아도 혈관과 림프절이 쉽게 구별된다. 그러나 부종, 종양, 염증등 대부분 병변의 T1, T2는 서로 유사하여 신호강도만으로는 진단의 특이성이 없다.
MR은 앞서 기술한 바와 같이 수소원자핵에서 나오는 신호를 이용하기 때문에 수소원자의 양이 매우 적은 골피질이나 석회화 병변을 평가하는 데는 적합하지 못하다. MR에서는 아주 작은 철분이라도 자장에 영향을 주는 금속물질이 있으면 자장의 균질성이 깨져 국소적인 상자성 인공물이 나타난다.
단점
MR의 금기증으로는 강력한 자석에 영향을 받을 수 있는 심박동기를 부착한 환자, 인공내이이식을 받은 환자, 안구 내 금속성 이물질을 가진 환자를 들수있다. 이런 문제를 해결 하기 위해 나노 코팅법이 연구되고 있다. MR촬영으로 있을수 있는 위험성을 미리 방지하기 위해 X-RAY 촬영을 미리 실시한다.
또 조영증강제의 사용에 있어서 신장질환이 있는 경우에는 사용에 제한이 있으며 아직까지 몇몇 조영제들의 위험성에 대해서는 연구가 부족하다.
임산부에 있어서 MR의 위험성은 알려져 있지 않지만, 조영제는 사용하지 않는다. 아직까지 MR촬영의 위험성에대한 정확한 평가가 없는 관계로 일반적으로 임산부의 MRI촬영은 필요한 경우로 한정해서 사용하나, 최근 기형진단에 있어서 MRI의 중요성이 높아지는 추세이다.
MRI 장비의 특성과 긴 촬영시간 때문에, 폐쇄공포가 있는 경우 불편함을 호소하는 경우가 있다. 또한 어린이의 경우 마취후 촬영을 한다.
참고 자료
wikipedia.org (Medical Ultrasonography, Computed tomography, magnetic resonance imaging)
한만청 편저, "진단방사선과학", 일조각, pp. 8-14, 2006.
오창현. "MRI의 원리와 응용". Journal of the Korean Magnetic Society, Vol. 6, pp. 272, 1996.
[출처] 초음파, CT, MRI의 원리|작성자 시체지기