[의료영상] MRI란 무엇인가? 원리부터 종류별 설명까지

1. MRI 란

▶ 강한 자기장과 고주파를 이용하여 인체 내부의 수소 원자핵을 공명시켜 발생하는 신호를 컴퓨터로 재구성하여 단면 및 3차원 영상을 얻는 방식입니다.
▶ 뇌종양 진단의 Gold Standard입니다

2. MRI 촬영 원리

2-1. MRI 신호의 기본 원리

▶ MR 신호는 조직의 수소 원자핵의 농도, T1 이완, T2 이완, 그리고 혈류의 흐름에 의해 좌우됩니다.
▶ 이완(Relaxation): 고주파 에너지를 흡수한 수소 원자핵이 다시 에너지를 방출하며 평형 상태로 돌아가는 과정입니다.
- T1 (종축 이완): 세로 방향(Z축)으로 자화가 원래 평형 상태의 63%까지 회복되는 데 걸리는 시간입니다.
- T2 (횡축 이완): 가로 방향(XY 평면)으로 형성된 자화가 원래의 37%까지 감소하는 데 걸리는 시간입니다.
▶ T1과 T2는 각 조직의 고유한 물리적, 화학적 성질에 따라 그 값이 다릅니다.

참고: 유튜브 (간단) https://www.youtube.com/watch?v=nFkBhUYynUw&t=149s
(심화) https://www.youtube.com/watch?v=gtnOlotFgUY

3. MRI 종류 (Sequence)

▶ Sequence의 의미

MRI에서 T1강조, T2 강조 등을 통틀어 '시퀀스(Sequence)'라고 부르는 이유는, MRI 영상이 단순히 한 번의 촬영으로 만들어지는 것이 아니라, 복잡한 '펄스의 순서(Pulse Sequence)'를 통해 얻어지기 때문입니다.

3-1. T1 강조 영상 (T1-Weighted Image, T1WI)

▶ 강조 특징: T1 이완 시간의 차이를 가장 잘 반영하도록 만든 영상입니다.

▶ 신호 특징:
    - T1이 짧은 조직 (빨리 회복) →고신호 강도 (밝게) 보입니다. (예: 지방, 아급성 출혈, 낭종 속 고단백 물질)
    - T1이 긴 조직 (느리게 회복) → 저신호 강도 (어둡게) 보입니다. (예: 물, 뇌척수액(CSF), 부종, 대부분의 종양)
    - 근육은 중간 정도의 신호 강도를 보입니다.
    - 골피질이나 혈류가 빠른 혈관은 T1에서도 T2에서도 저신호로 보입니다.
▶ 주요 활용: 해부학적 구조를 파악하는 데 유용하며, 조영제(Gd)를 투여하여 병변을 강조할 때 기본이 됩니다.

3-2. T2 강조 영상 (T2-Weighted Image, T2WI)

▶ 강조 특징: T2 이완 시간의 차이를 가장 잘 반영하도록 만든 영상입니다.
▶ 신호 특징:
- T2가 긴 조직 (느리게 감쇠) → 고신호 강도 (밝게/희게) 보입니다.
(예: 물, 부종, 염증, 낭종, 대부분의 병변 → 수분 함량이 많음)
- T2가 짧은 조직 (빨리 감쇠) → 저신호 강도 (어둡게/검게) 보입니다.
(예: 근육, 섬유성 결합 조직, 급성 출혈, 고단백 낭종)
- 지방은 T2가 T1보다 약간 길어 T2 강조 영상에서도 밝게 보입니다. (하지만 일반적으로 T2는 물이 가장 밝습니다.)
▶ 주요 활용: 병변(특히 수분을 많이 포함한 부종, 염증, 종양)을 찾는 데 가장 중요하며, 병변의 유무와 범위를 파악하는
데 필수적입니다.

3-3. FLAIR 시퀀스 (Fluid Attenuated Inversion Recovery)

▶ 강조 특징 (Emphasis Feature)
▶ 기본 강조: T2 강조 영상입니다. (따라서 T2 이완 시간이 긴 부종이나 염증은 밝게 보임)
▶ 핵심 원리: IR (Inversion Recovery, 역전 회복) 펄스 시퀀스를 사용하여 정상 CSF의 T1 신호를 억제합니다.
- CSF의 긴 T1 이완 시간을 이용하여, 자화가 회복 과정 중 0을 통과하는 순간(TI, Inversion Time)에 신호를 획득함으로
써 CSF 신호를 제거합니다.
▶ 신호 특징 (Signal Characteristics)

조직	T2 강조 (T2WI)	FLAIR 시퀀스	특징
정상 뇌척수액 (CSF)	고신호 (밝음)	저신호 (검게 제거됨)	배경(Background) 제거
병변 (부종/염증)	고신호 (밝음)	고신호 (밝게 유지됨)	T2 강조 유지
정상 뇌 실질	중간 신호 (회색)	중간 신호 (회색)	변화 없음

▶ 대조도: T2 효과는 유지되면서 CSF가 검게 처리되므로, 뇌 실질과 CSF 경계에 있는 병변의 시각적 대조도가 극적으로
향상됩니다.
▶ 주요 활용 (Primary Applications)
    → FLAIR 시퀀스는 신경계 질환 진단에서 매우 중요한 역할을 합니다.
        - 다발성 경화증 (MS): 뇌실 주변(Periventricular) 백질 병변을 찾아내는 데 가장 민감한 시퀀스입니다.
        - 뇌 피질 병변: CSF에 인접하여 T2WI에서 가려지기 쉽던 뇌 피질(Cortex)의 염증이나 병변을 명확하게 보여줍니다.
        - 뇌졸중: 특히 아급성 뇌경색 진단 시, 병변의 부종을 CSF 간섭 없이 선명하게 보여줍니다.

3-4. DWI 시퀀스 (Diffusion Weighted Imaging)

▶  DWI 시퀀스는 수소 원자가 조직 내에서 무작위로 확산(Diffusion)하는 움직임을 측정하여 영상화하는 기법입니다. 이는 주로 급성 뇌경색(허혈성 뇌졸중)의 초기 진단에 결정적인 역할을 합니다.

▶ 강조 특징 (Emphasis Feature)
    - 기본 강조: 물 분자의 확산(움직임) 속도에 대한 정보를 강조합니다.
        - 원리:
            1. 확산 경사 자장 (Diffusion Gradient)이라는 특수한 자장 펄스를 영상 획득 전후로 가해줍니다.
            2. 정상적인 조직에서 자유롭게 움직이는 물 분자는 두 펄스 사이에 위상 변화(Phase Shift)가 상쇄되어 신호
가 잘 나옵니다.
            3. 확산이 제한된 조직(예: 급성 뇌경색 부위)의 물 분자는 움직임이 적어 위상 변화가 상쇄되지 않고 신호 손실
이 발생합니다.
            4. 결과적으로, 확산이 제한된 조직은 영상에서 고신호(밝게) 나타납니다. (이를 확산 제한이라고 함)

▶ 신호 특징 (Signal Characteristics)
  →  DWI 영상은 주로 b-value라는 확산 경사 자장의 강도에 따라 신호가 결정되며, 최종적으로 두 가지 형태의 영상을 얻습니다.

조직	DWI 영상	ADC 지도 (Apparent Diffusion Coefficient Map)	임상적 의미
정상 조직	저신호 또는 중간 신호	중간 신호	물 분자의 정상적인 움직임
급성 뇌경색	고신호 (매우 밝게)	저신호 (매우 검게)	확산 제한 (세포 부종으로 물 분자 갇힘)
만성 병변	저신호 또는 중간 신호	고신호 (밝게)	확산 제한 없음 (물 분자가 자유롭게 움직임)

- DWI (Bright is Restricted): 확산이 제한되면 밝게 보입니다. (T2 Shine-through 효과가 포함될 수 있음)
- ADC Map (Dark is Restricted): 확산이 제한되면 검게 보입니다. DWI 영상의 T2 Shine-through 효과를 배제하고 순수한 확산 정보만 보여줍니다.

▶ 주요 활용 (Primary Applications) : DWI는 움직임을 측정하므로 특히 급성 병변의 진단에 매우 중요합니다.
- 급성 뇌경색 (Acute Stroke): 허혈성 뇌졸중이 발생한 후 수분 이내의 초기 병변을 다른 시퀀스보다 가장 민감하고 빠
르게 진단할 수 있습니다.
- 종양 감별: 종양의 세포 밀도가 높으면 확산이 제한되어 고신호로 보일 수 있습니다. 종양의 악성도나 종류를 감별하는
데 활용됩니다.
- 감별 진단: 급성 뇌경색과 만성 병변, 다른 종류의 고신호 병변(T2효과만 있는 병변)을 ADC 지도를 통해 감별합니다.

3-5. T1 Contrast-Enhanced (T1CE)

(추후 추가 예정)

☆요약☆

MRI 시퀀스	신호 특성	용도
T1 강조 영상 (T1-weighted)	물(CSF)은검게(저신호), 지방/급성 출혈/조영제는밝게(고신호)	해부학적 구조를 보는 데 좋습니다.
T2 강조 영상 (T2-weighted)	물(CSF)은밝게(고신호), 대부분의 병변이나 부종도 밝게 보입니다.	병변의 범위를 파악하는 데 유용합니다.
FLAIR (Fluid-Attenuated Inversion Recovery)	T2 영상과 유사하지만,정상 뇌척수액(CSF)의 신호를 억제하여 검게 만듭니다.	뇌실 주변이나 피질 주변의 병변(특히 부종이나 저등급 Glioma)이 더욱 명확하게 드러납니다.
DWI	물 분자의 확산 운동이 심하게 제한된 부위 (Diffusion Restriction)가 영상에서 밝게 (Hyperintensity) 강조됩니다.	급성 허혈성 뇌졸중 (물 분자가 세포 안으로 몰려 확산이 제한됨)의 초조기 진단 및 고세포성 종양의 감별에 사용됩니다.
T1 Contrast-Enhanced (T1CE)	가돌리늄 조영제를 정맥 주사 후 촬영. 종양 세포 주위의 혈관-뇌 장벽(BBB)이 파괴된 부위에 조영제가 모여 영상에서 밝게 강조(Enhancement)	종양의 실제 범위와 경계를 가장 명확하게 보여줍니다. (1단계에서 배운 T1CE의 핵심 원리 복습)

Reference

저작자표시 비영리 변경금지 (새창열림)

'인공지능 > 의료영상' 카테고리의 다른 글

[의료영상] Dicom과 NIfTI (0)	2025.12.11
[의료영상] Pathological image 데이터 구조 (병리이미지) (1)	2024.06.25
[의료영상] Pathological image 촬영 원리 및 방법 (병리이미지) (1)	2024.06.25