MRI의 기본원리 (How MRI works)

MRI (Magnetic Resonance Imaging)- 자기공명영상

MRI는 초전도 자석을 사용한다. 초전도 자석이란 코일을 감고 전류를 흘려 저항을 0인 상태로 유지하여 자장을 형성한다. 이 성질을 유지하기 위해서는 아주 낮은 온도에 보존하거나 액체헬륨을 사용해야 된다. 초전도 자석은 지속적으로 높은 전류를 흘리지 않아도 돼서 임상에서 된다. 

MRI uses superconducting magnets. A superconducting magnet is a powerful electromagnet made from coils of superconducting wires, and when electric current flows through it, it causes the resistance to become almost 0, forming magnetic field around it. This low-resistant condition is maintained with extremely low temperature or with liquid helium. A superconducting magnet can maintain its magnetic characteristics with very little amount of electricity, hence is highly efficient and cost-effective, making it suitable for MRI material. 

인체의 70~80%은 물로 구성되어 있으며 이 중 수소, H는 홀수 원자인 1, 홀수 질량인 1을 가져 자기모멘트를 가져 세차운동을 하며 자장을 생성한다. 

70~80% of a human body consists of water and H, hydrogen which characterizes with proton number 1 and mass number 1, creates its own magnetic moment and its procession forms its magnetic field.    

자석에 인체가 노출되면 인체 내 H (수소, proton, spin)들이 순자화 (net magnetization)되어 parallel (low-energy)와 anti-parallel (high-energy) 스핀들이 정열된다. 이때 parallel spin들의 양이 좀 더 많다. 

When the body is exposed to the magnet, the H (hydrogen, proton, spin) consisting the body goes through net magnetization, arranging the parallel (low-energy) and anti-parallel (high-energy) spins. The key point is that there is a higher number of parallel spins and the anti-parallel spins.    

MRI 장치를 작동시켜 RF (radiofrequency) pulse를 조사하면 parallel spin (순자화)들이 공명 에너지를 흡수하여 spin들이 종축자화에서 횡축자화 (높은 에너지)가 된다. RF pulse를 차단하면 다시 종축자화가 되면서 에너지를 방출하면서 안정화된 상태로 돌아간다. 

When RF (radiofrequency) field is turned on, the parallel spins (net magnetization) absorb the resonance energy, and grows from its initial longitudinal direction to transverse direction (higher energy state). When the RF field is turned off, the protons return to its longitudinal direction, its stable state.  

MRI의 영상화는 이러한 이완으로부터 신호를 얻어 이루어진다. 횡축자화에서 63%의 스핀들이 종축자화되는 이완을 T1 이완, longitudinal relaxation 또는 spin-lattice relaxation이라고 한다. T2 이완, transverse relaxation 또는 spin-spin relaxation이란 스핀들간의 상호작용으로 인해 횡축자화가 소멸되는 이완이다. 조직들마다 분자의 크기와 자장의 세기에 따라 이완시간이 달르며 이 차이들을 이용해 신호를 찾는 것이다. 또한, T2*란 자장의 불균일성이다. 

MRI images are formed using signals of relaxation such as these. T1 relaxation, longitudinal relaxation or spin-lattice relaxation are when 63% of the protons returned from transverse to longitudinal direction. T2 relaxation, transverse relaxation or spin-spin relaxation is when the protons' interaction cause dephasing, leading to reducing signal strength. Different tissues' different cell sizes and depending on the magnetic field strength, the relaxation time of each tissues differs, and MRI images are formed using these difference. Moreover, T2* decay are signals formed due to the inhomogeneity of the magnetic field.  

https://www.youtube.com/watch?v=djAxjtN_7VE