한다. MRI system에는 세 개의 Amplifier가 각각의 coil을 작동시키는데, 전류의 흐름으로 인해 주위의 전도물질에 와류가 생기게 된다. 이것을 방지하기 위하여 와류보정을 해준다.
③ Radiofrequency system
RF system은 주파수 합성기, RF Power Amplifier, Pre-Amplifier, Cupler 등으로 구성되어 있다. 주파수 합성기는 RF Pulse를 Modulation하기 위해서, 그리고 MR Signal을 Demodulation하기 위해 High Precision Waveform을 만든다. RF Power Amplifier는 변조기에서 보내진 변조된 RF Pulse를 증폭시킨다. 증폭된 pulse는 RF coil로 전송되어 Spin을 흥분시킨다. Cupler는 RF Signal의 전송방향을 조절한다.
④ RF Coil
공명현상을 유도해 내는데 필요한 Radiowave는 주파수합성기에 의해 발생되어 RF Coil에 의해 전이된다. RF Coil은 핵의 공명 주파수를 선정하기 위해 파장조절이 되고 조절이 된 Signal은 공진하는 Proton에 흡수된다. 이때 RF Power가 차단되면 야기된 원자핵은 RF Coil에 있는 전류를 유도시키면서 약한 RF Signal을 발생시키게 된다.
MRI의 코일에는 크게 두 가지가 있는데 Whole-Volume Coil이란 커다란 Sample Tissue에서 신호를 받아들이는 것이고, Local 혹은 Surface Coil은 Tissue의 작은 면에서 신호를 받으나 상당히 높은 Signal-To-Noise Ratio를 갖는 것을 말한다. Whole-Volume Coil의 형태 중 가장 널리 사용되는 형태는 Solenoidal식과 Sadd-Shaped식이 있다. 최근에는 Cylinder식과 Bird Cage식이 있다.
Surface Coil은 일종의 Receiver Antenna로써 인체의 아주 작은 단면을 영상화하는데 쓰이며, 다른 코일에 비해 월등히 나은 Signal Intensity를 발생시킨다. 종류로는 Orbit, Neck, Extremity, Breast, Spine 등의 Proton Surface Coil과 General Purpose Proton Surface Coil이 있다.
Quadrature Coil은 두 개의 코일을 90° 회전시키면서 분리되는 동종코일로 만들어졌으며 구상코일이라고도 한다. 역할은 Tissue Magnetization의 두 횡성분간의 위상 차이를 조화시키는 작용을 한다. 구상코일은 대개 Body Imaging을 하는데 사용된다.
2. Operating console
Operating Console은 일반적으로 MR영상을 보여주는 Momitor와 Keyboard, 그리고 Scan 조건과 Scan 상황을 보여주는 Momitor와 Keyboard로 되어있으며, CT와 유사하게 Operating Console과 Remote Console로서 구분 제작되는 경우도 있다. 대부분의 CT의 Console을 응용하여 제작하였기 때문에 거의 유사한 모습을 가지고 있으나 Large Acquisition Console은 크게 차이가 있다.
3. Computer
MRI systen에서 요구하는 computer는 영상을 만들기 위해 얻어지는 Data의 양이 엄청나기 때문에 용량이 엄청나게 크고 처리속도가 빠른 Minicomputer를 사용하게 된다. 실제로 MRI에서 만들어내는 Image를 Data 수로 환산해 보면, 128X128Pixel에 50Image라면 1.6MB의 용량이, 256X256Pixel 에 31Slice, 4Echo의 Spin Echo Image에 3D를 구성하는 요소까지 포함하면 8.1MB의 용량이 필요하게 된다.
256 Matrix Image가 요구되면 Computer의 처리는 512X256 Fast Fourier Transforms(FFT)로 전환된다. 각 FFT는 2048번의 복합증식을 하게 되는데 여기에서 각 FFT에 고유처리 시간을 갖는다. 245X256 DFT(2-D Fourier Transforms) image일 경우 42,000번의 증식을 한다. 이러한 증식을 Floating-Point Number라고 하는데 초당 처리 FLOP 수가 약 300000이므로 15초 정도의 소요속도가 나올 수 있다. 그래서 Array Processor의 속도는 0.5-20MFLOPS이다.
정리
이상에서 설명한 것을 정리하면 다음과 같다.
<그림7> MRI의 원리
1) 물질 속에 있는 핵은 고유한 스핀으로 인해 자기 모멘트를 갖는다.
2) 핵은 무작위로 배열되어 있어 서로의 자장을 상쇄시켜 외부에서는 중성으로 측정된다.
3) 외부자장에 놓일 경우 자장방향 혹은 반대방향으로 정렬하며, Lamor 방정식의 주파수로 세차운동을 한다.
4) 자장방향의 자기 모멘트가 약간 더 많아 자장방향으로 평균자화된다.
5) 세차운동을 하는 자기 벡터에 외부자장을 가하면 수직방향으로 늘어난다.
6) Lamor 주파수에 맞는 고주파수는 수직자화벡터에 Torque를 제공한다.
7) 자화벡터는 수직정렬에서 벗어나 나선형으로 움직이며 세차운동을 하고, 그 결과 수평자 화가 증가한다.
8) 핵 스핀들은 물질마다 특정한 시간을 거친 다음 완화된 원래의 상태로 되돌아간다.
9) 수평자화 요소들은 원래의 상태로 되돌아가며 측정 가능한 MR신호를 방출한다.
10) 측정된 MR신호는 In-Phase상태의 수평자화의 크기와 일치한다.
11) 고주파가 핵의 스핀을 야기시키면서 자화벡터의 수직정렬을 기울어지게 만들어 MR신호 를 발생한다.
12) 측정된 신호는 빠른 속도로 자화벡터가 0인 지점으로 T2에 의해 Dephase된다.
13) 원자핵의 밀도, T1, T2를 이용하여 그것들의 강조영상을 얻는다.
<그림8> MRI영상에서 관심부위의 신호대 잡음비와 두 조직 간의 대조를 계산하는 방법. 1(정상 뇌백질)은 479/11=43.5이고,
2(질병이 있는 부위)는 1147/11=104.3이다.
참고문헌
최신 자기 공명 영상학 (이성우 외, 여문각)
물리학과 인간생명 (김영진, 한양대학교 출판부)