MRI의 원리 6편(Image Formation)

MRI의 원리 6편(Image Formation)

MRI의 원리 6편(Image Formation)

Image Formation

일반적으로 디지털 영상이라고 하는 것은 디지털 컴퓨터를 사용해서 얻
은 영상이라고 할 수 있으며, 컴퓨터를 떠나서는 영상을 만들어 낼 수가
없다. 왜냐하면 마치 x-ray가 증감 지라는 매개체와 함께 사용하듯이 자기
공명 신호도 혼자서는 모든 과정을 다 이루어 낼 수가 없기 때문이다. 즉
자기 공명 신호는 공간주파수(spatial frequency)를 얼마만큼 포함하고 있
느냐에 따라 결정되는 것이다.

각각의 pixel들로 구성된 자기 공명영상은 가로, 세로에 어떻게 분포
되어 있느냐에 따라 저 분해능 영상, 고 분해능 영상으로 구별할 수 있다.
이것은 128 ×128, 256 ×256, 512 ×512등의 수치로 표시되고 있는데 이것
을 우리는 matrix size라고 부른다. 만약 일정한 FOV(Field Of View)가
주어진 상태에서 matrix size는 pixel size와 공간 분해능을 결정하며, 각
각의 pixel size는 FOV/matrix size라는 공식으로 얻을 수 있다. 여기서
pixel은 picture element의 약자이고 Voxel 또는 volume element의 2차원
적 표시라고 할 수 있다. 즉 영상은 pixel들의 집합체이며, 이러한 pixel들
은 영상을 구성함에 있어 신호강도와 위치를 결정해 주게 된다. 만약 영
상에서 검은 부분과 밝은 부분이 있다면 이것은 spin에 의해 방출되는 신
호 강도와 관련이 있게 되는데, 검은 부분은 낮은 신호강도를 지닌 pixel들
로 표시되고 밝은 부분은 높은 신호강도를 지닌 pixel들로 나타날 것이다.
또한 자기공명 영상에서 pixel의 위치는 경사자계에 의해서 결정되고 이것
은 pulse sequence에 의해 T1, T2 , PD(SD)의 대조도로 구분된다.
이제 개별적으로 한 항목씩 세부적으로 접근해 가며 영상이 어떻게 만들
어지는 가에 대해 알아보기로 하겠다.

3-1 Gradient coil

경사코일은 MR 검사를 시행하게 되면 쿵땅 쿵땅거리는 소음을 발생하게
되는데 이것은 경사코일이 플라스틱 원통에 감겨 있으면서 자장과 전기에
너지의 상호작용에 의해 플라스틱 원통에 힘이 가해져서 소음이 발생되는
것이다.
RF pulse가 spin의 자기 벡터를 Mxy 평면으로 숙이고 난 후 신호를 받게
되는데, 조직의 모든 spin들이 똑같은 신호를 방출하게 되면, 컴퓨터가
spin의 위치를 결정하기가 불가능해진다. 영상을 재생할 수 있는 정보를
얻기 위해서는 기본적인 자기 공명 신호 위에 공간위치 부호화 정보
(spatial encoding information)가 더해져야 한다. 이러한 정보를 얻기 위
해 경사자장(magnetic field gradient)은 정자장(static magnetic field) 위
에 추가로 더해진다. 경사코일은 영상을 만드는 변수를 결정하는 데 있어
서 매우 중요하며, 코일 내부에 작은 전류를 흐르게 함으로써 자장에 변화
를 일으키고, 양끝에 있는 경사자장 증폭기(gradient amplifier)가 경사자
장의 기울기를 크거나 작게 만들 수 있다. 3차원의 공간적인 정보를 얻기
위해서는 세 개의 경사자장이 필요하므로 X, Y, Z 축에 대해 세 쌍의 경사
코일이 이용된다.

Gradient coil

이 경사코일은 단면선택 부호화(sliceselection encoding), 위상 부호화(phase encoding), 주파수 부호화(frequency encoding)에 이용된다.
경사코일은 shim coil에서 바라볼 때, 드럼(drum)의 안쪽으로 3쌍의 코일
들이 띠 모양으로 감겨 있는데 이것을 경사코일(gradient coil, gradient
magnetic coil)이라고 부르며, X-gradient , Y-gradient , Z-gradient로 각각 이루어져 있다.

Z - Gradient coil

이것은 보통 한 쌍의 원형 coil로 이루어져 있고 드럼에 감겨 있다.
만약  반대극성을 가진 직류 전류가 두 coil을 통해서 양쪽의 반대 극으로 흐르면  Z 축을 따라서 매우 조그마한 변화가 자기장에 생기게 된다. 이러한 자장세기의 변화는 자석의 축을 따라서 단면의 선택을 할 수 있도록 허용해 준다.
Z-Gradient에 의해 인가되는 전류가 강할수록 기울기가 큰 경사자계가
걸리며 이것은 곧 얇은 단면의 선택을 가능하게 해준다. Z-Gradient는 항
상 횡단면 (transaxial plane)의 선택에 사용되며 우리는 이것을 단면선택
(slice selection)이라 부른다.

X - Gradient coil
 

X축은 환자의 수평축에 가로질러 위치하고 있으며 이러한 coil들은 Z-gradient coil과 같은 방법으로 작동되며, 반대 측을 가진 직류전류는 경사자장을 만들게 된다.
X-Gradient에 의해 생긴 경사자장은 Z-Gradient에서와 비슷하게 환자
의 X-축을 따라 공간 위치를 가능하게 해 주며 주파수 부호화에 사용된다.

Y - Gradient coil

보통 Y축은 환자의 위아래에서 통하는 축이라고 할 수 있으며 주로 위상
부호화에 사용된다.