MRI의 정의 11편(Flow Phenomena & MR Angio)

MRI 두부 영상

Flow Phenomena & MR Angio

자기 공명 혈관 조영술(MR Angio, MRA)은 혈관질환을 평가하는데 유용한 방법이나 영상의 질이 디지털 감산 혈관 촬영술(Digital SubtractionAngiography, DSA)에 비해 떨어지며, 영상을 얻는데 시간이 오래 걸리는
단점 때문에 디지털 감산 혈관 촬영술을 대신하지 못하였으나 최근 계속되는 기술의 진보로 영상의 질이 획기적으로 향상되고 또한 비교적 짧은 시간에 혈관 묘사가 가능하게 되어 실제 임상적용에 충분할 정도로 개발
되었으며, 자기 공명 혈관 조영술에 있어서 고식적인 혈관 촬영술을 대체하여 가고 있는 상태로 그 미래는 매우 밝으며 이러한 자기 공명을 이용한 다양한 혈류 검사는 자기 공명영상에서 매우 유용한 검사로 

자리 잡았다. 자기 공명 혈관촬영과 이에 의한 영상을 정확히 이해하고 검사하기 위해서는 몇 가지 유체의

기본적인 특성을 이해하여야 한다. 또한 이러한 유체의 특성을 이해하는 것은 자기공명 혈관촬영과 

디지털감산혈관촬영의 차이를 이해하는데 큰 도움을 준다. 이 양자 사이의 가장 큰 차이점은

자기공명혈관촬영은 유체의 생리학적 특징을 그대로 반영하는데 비해 디지털감산혈관촬영은 혈관 내를 

조영제로 채움으로써 혈관 내강의 형태만을 반영한다는 것이다.

4-1 혈류의 이해 및 영향

 

4-4-1 혈류의 종류

혈관 내 혈액의 흐름은 일정한 속도가 아니라 맥동성이므로 심장박동에 따라 수축기에는 빨라지고 이완기에는 느려지며 물에 비하여 약 3배의 점도를 가지고 있어 여러 가지 양상으로 나타나는데 혈관의 형태에 따라서
다양한 흐름의 변화를 보이기도 한다. 혈류의 유형을 살펴보면 층류(laminar flow), 용적류(plug flow), 난류
(turbulent flow), 분리유체(flow separation) 등으로 나눈다.

① 층류 (laminar flow)

혈관 내를 흐르는 혈류는 가장 바깥쪽을 흐르는 혈류와 혈관의 벽으로 부
터 마찰에 의해 흐름에 대항하는 방해를 받는다. 그리고 이 저항은 유체의
점성에 의하여 흐름 전체로 퍼져나가는데, 층류는 퍼져나가는 양상이 중
심 쪽을 향하여 서서히 작아져서 속도의 분포가 이차 포물선 형태를 띤다.

단면 중심의 속도를 Vmax라고 할 때 중심에서 r만큼 떨어진 위치의 혈류속도 v(r)는 다음과 같다.
이때, 단면 전체의 평균혈류속도는 다음과 같다.

② 용적류 (plug flow)

가장 이상적인 형태의 혈류로 단면 중심부와 변연부 혈류의 속도가 모두
동일한 경우를 말한다. 상행 대동맥과 같은 큰 직경의 혈관에서 나
타나며, 이는 심장박동에 의한 혈액의 맥동류에 영향을 받기 때문이다. 각
위치의 속도와 평균속도와의 관계는 다음과 같다.

③ 난류 (turbulent flow)

갑작스러운 단면적의 변화로 좁은 혈관을 지나서 그 혈관이 커진 부분이나
혈관분지에서 일어난다. 난류는 제멋대로의 혈류속도와 유체의
점성과 관계가 있다. 이러한 유발 인자들과 상관관계는 Reynolds 수(Re)
로 유체의 특성을 나타낼 수 있다.
Reynolds 수 Re이 약 2000 정도에서 불안정한 흐름을 형성하고, 2100이하면 층류(laminar flow)이고, 

그 이상이면 난류(turbulent flow)를 보인다고 한다.

④ 분리유체 (flow separation)

주유체(main stream)의 운동방향과 혈관 벽이 이루는 각이 클 때 발생되는 흐름으로 혈관 벽 부위에서 

혈관 내의 주유체에서 떨어진 별도의 유체가 관찰된다. 인체의 동맥류는 펄스형의 유체이므로 분리유체도 시간에 따라 다른 양상을 가진다.

4-1-2 혈류역학 (Hemodynamics)

자기공명영상에서 한 화소의 신호의 크기(signal intensity: SI)는 R.F파형의 반복시간 (TR), 반향시간(TE), 

조직의 T1, T2 이완시간, 스핀밀도를ρ라 할 때로 표시된다. 여기서 T1이 길고 T2가 짧은 조직에서 나오는 신호는 작은반면 T1이 짧고 T2가 긴 조직에서 나오는 신호는 크다는 것을 알 수 있다.
정체된 혈액인 경우는 T1은 중간 정도이고 T2가 길어 비교적 큰 SI 값을 갖는다. 흐르는 혈액의 경우는 SI를 결정하는 추가조건 F(V)가 더 들어가 위의 식을 다음처럼 고칠 수 있다.
여기서 V는 혈액의 유속이고 F(V)는 혈류에 의한 SI 변화율이다.
공간상의 한 점 (x, y)에서 유량은 혈관의 단면을 단위시간당 흐르는 혈액의 양을 말하고 혈관의 단면적과 유속의 곱으로 표시된다. Bernoulli의 원리에 의하면 관내의 임의의 두 점에서 유량은 같다. 이는 v를 평균혈류 속
도, A를 단면적, r을 혈관의 반지름이라 할 때 위치 1,2에서 다음과 같이 표시할 수 있다.

위 식에서 혈액이 흐르는 혈관의 단면적이 달라질 경우 혈액의 유속은
(1/혈관반지름) 2의 함수가 됨을 알 수가 있다.