[Cardiovascular disease] Aneurysm _ part2_MRI
Cerebral Aneurysm에
가장 많이 쓰이는
+
노벨상 2차례 4명을
받게한
MRI 의 원리
+사용방법에 대해서 아주 자세하게 살펴보자.

Magnetic Resonance Imaging (MRI)
장점: 방사선 노출 없음 -> 임산부 환자에게도 사용 가능
CT보다 더욱 세밀한 구조를 잘 보여준다 -> 뇌동맥류 모니터링에 사용
단점: 시간이 오래걸리며, CT보다 가격이 비쌈.

이제 원리를 살펴보자.
아주 강력한 자기장
을 걸어주게 되면,
(초전도체에 강한 전류를 보내주면,
초전도체는 특정온도 이하에서 저항 nearly zero
-> 낮은 전압으로도 강한 전류 가능)
아래그림처럼,
인체 안에 있는 수소의 양성자가
(양성자들은 원래 각자
랜덤한 방향으로 회전하고 있음)
left top picture
자기장의 방향에 맞게
회전축을 정렬 하게 된다.
middle top picture

이후, 수소원자의 공명주파수와 맞는
라디오파(RF 펄스)
를 수소원자에게 보내주면,
자기장에 의해 배열된 회전축이
펄스의 종류에 따라서, 회전축이 바뀐다.
180도 회전(반대방향으로 회전) - 180도 RF 펄스
90도 회전한다. - 90도 RF 펄스
아래그림을 기준으로, 우리가 처음에 주었던
강한 자기장 - +z축 방향
이라고 가정하자.
180도 RF펄스는
+z -> -z축 방향 으로 수소원자의 회전축을 변형시키며,
90도 RF펄스는
+z -> +x, or +y 방향으로 수소원자의 회전축을 변형시킨다.

여기서 한가지 개념을 짚고 가자.
종축: 강한 자기장의 방향 (+z)
횡축: 종축과 수직인 방향 (+x,+y)
다시 process를 정리하면
1. 랜덤하게 회전하고 있는 수소원자들
2. 강한 자기장 걸어주어
수소원자들이 종축을 회전축으로 회전하게 시작.
3. 수소원자의 공명주파수에 맞는 90도 RF펄스를 쐬어줌
수소원자들이 횡축으로 모두 회전하기 시작(동기화상태)
이때
아주 강한 공명 신호 방출
.
+
4. 이후, RF펄스를 끄면
,
모든 수소원자들이 횡축 방향으로, 같은 속도로 회전하고 있다가(동기화상태),
다시 랜덤한 속도로 회전하게 된다.(방향은 아직 횡축, 비동기화상태)
여기서 속도가 달라지는 이유:
각 원자핵이 느끼는 미세한 자기장 차이와 조직 내 상호작용
이때, 동기화상태에서 같은 신호를 사용자에게 보내고 있던 수소원자들이
서로 회전 속도가 다르게 되어 -> 종축 신호가 중첩되어 약해짐.
(서로 상쇄되어)
이때, 신호가 약해지는데 걸리는 시간을
T2시간 이라고 정의한다.
5. 비동기화 상태가 되어 횡축방향의 신호가 아예 상쇄되면,
기존에 계속 켜져있던 강한 자기장으로,
수소원자들이 다시 정렬되게 된다.
따라서, 다시 종축으로 회전축이 나열되게 된다.
이때, RF펄스를 끈 시점부터, 종축으로 다시 정렬 될 때까지 걸린 시간이
T1시간 이라고 정의한다.
그렇다면, 각자 시간의 의미는?

T1시간 vs T2시간

따라서, 조직별로 회전방향의 변화 시간차이에
따라서, 영상 밝기 차이를 만들어 내어
우리가 보는 MRI영상에서는
밝게 보이는 부분, 어두운 부분이 생기게 된다.

자, 지금까지는 한 촬영 단면에서
조직의 분포를 밝기차이를 통해서 나타내는 방법에 대해서
알아보았습니다.
하지만, 우리는 3D입체 영상을
얻어야 한다는 것.
그래서
Gradient magnetic coils
방법을 사용한다.
밑의 사진에서 예시로, z방향으로
(축은 이용자가 임의로 설정가능)
z= -10, -9, -8,... 10
각각의 평면 내부에서는
자기장의 세기
는 동일하지만,
평면들이 서로 자기장의 세기가 다르도록
x,y,z coil 들에 다른 전류를 흘러
z axis magnetic gradient를 생성
하는 것이다.

그렇게 되면,
각 평면별로 처음에 언급한,
RF펄스의 주파수가 다르게 된다.
따라서, 우리가 수소원자로부터 받는
RF 펄스의 주파수가 다르게 되는 것이다.
(각 Gradient 축에 따른 평면별로)
(z=10, 9 , 8, 7, ,.... -10)
결국, 우리는 magnetic gradient를 알기 때문에,
(우리가 설정함)
각 평면에서 보내는 에너지의 주파수를 받으면
어느 단면에서 왔는 지를 알 수 있다.
따라서, 맨 처음에 언급했던 2-D 밝기 차이 정보를
여러평면으로부터 받는데
받은 정보가 어느 평면으로부터 왔는지를 알 수 있다.

위 사진을 에시로 보면,
z axis(가 종축이므로)
slice selection을 간격으로 각 평면에서
아래와 같은 밝기차이의
사진들을 알 수 있다.

여기까지 끝이지만, 추가로 몰라도 되고 알아도 되는 정보.
아까, 라디오 펄스의 종류가 두가지 였다.
180도 회전(반대방향으로 회전) - 180도 RF 펄스
90도 회전한다. - 90도 RF 펄스
그 중에서 90도 펄스만 사용하였는데,
180도 펄스는 언제 사용 하는 걸까?
아까 맨처음 촬영 프로세스에서
90도 펄스를 쐬면,
수소 원자핵들은 횡축(Transverse axis)에서
동기화된 상태
로 회전한다.
그러나,
자기장 불균일성
이나
조직 내 상호작용
에 의해 비동기화가 자연스럽게 발생한다.
그니까, 90도 펄스를 받았음에도 불구하고, 2가지 요인으로,
비동기화가 발생할 수 있다는 것이다.
우리는,
완벽한 동기화 -> 비동기화 : (T2 time)
를 구해야 하므로,
시작이 불완전한 동기화는 오차를 발생시킨다.
T2 신호 손실 을 초래
따라서,
살짝의 비동기화가 된 상태에서
180도 펄스를 쐬어, 재동기화(rephasing) 로 정확한 T2 측정
이러한 방식을
Spin Echo 기법이라고 부르며
흔히 실제로 촬영 할때, 사용하는 방식이다.