자기 공명 영상 (Magnetic Resonance Imaging)

자기 공명 영상(MRI)이란.

자기 공명 영상(MRI)은 신체의 해부학 및 생리학적 과정의 사진을 형성하기 위해 방사선학에서 사용되는 의료 영상 기술입니다.

원자핵 공명기술로 원래 이름은 핵 자기 공명영상 NMRI(nuclear magnetic resonance imaging)이었으나 방사선이 나오거나 하지는 않는 기술임으로 거부감을 줄이기 위해 ‘N을 제외하고 '줄여서 ‘MRI'라고 부르고 있습니다.

MRI 스캐너는 강력한 자기장, 자기장 기울기 및 전파를 사용하여 인체에 라디오파를 전사해서, 반향 되는 자기장을 측정 후 이미지를 생성합니다. NMR분광법과 같은 다른 NMR 응용 프로그램의 이미징에 사용할 수 있습니다.

MRI는 질병의 의학적 진단 및 경과, 병기 결정 및 후속 조치를 위해 병원에서 널리 사용며 CT와 비교하여 MRI는 뇌나 복부의 연조직 이미지에서 조금 더 나은 영상을 제공합니다.

---

역사

1952년 미국의 펠릭스 블로흐와 에드워드 퍼셀이 몸속 수분(수소 원자핵)에 강한 자기장이 걸리면 핵이 공명을 일으켜 움직이는 MRI의 원리를 1946년에 창안하여 1952년에 노벨물리학상을 수상하였습니다. 2003년 미국의 폴 로터버와 영국의 피터 맨스필드가 MRI를 개발하여 공로를 인정받아 노벨생리의학상을 수상하였습니다.

미국의 폴 로터버는 자기장의 세기를 달리하면 방출되는 전파가 신체 어느 곳에서 왔는지 판단할 수 있다는 사실을 알아내어 의학적으로 활용할 수 있는 기초를 마련하였고 영국의 피터 맨스필드는 얻은 데이터를 빠르게 영상으로 만드는 기술을 개발하였습니다.

현재 MRI는 진단 의학 및 생의학 연구에서 가장 두드러지게 사용되며 지질학과 건축학, 물리학 및 고고학에서도 사용되고 있습니다.

---

원리

특정 원자핵은 외부 자기장에 놓일 때 무선 주파수 에너지를 흡수할 수 있습니다 이 방법을 사용하여 원자핵의 스핀 분극을 무선 주파수 코일에서 RF 신호를 유도하여 감지할 수 있습니다

간단히 설명하여 신체 내부의 물 분자를 구성하는 수소 원자의 양성자들을 활용하는 방법으로 MRI장치의 전자석을 사용하여 강한 자기장을 인체에 발산하면 신체 내 수소 양성자들이 자기 방향으로 정렬하게 되고 이때 수소 원자핵이 공명하는 주파수의 자기장을 쏘아 자기 모멘트 방향 변화에 따라 발생하는 자장의 변화를 측정하여 이미지화하는 원리입니다. 이때 전자기파의 주파수는 수소 이온이 공진할 수 있는 2130kHz부터 85 Mhz까지 대역이며 FM Radio와 비슷합니다. 따라서 측정에 영향을 주지 않기 위해 검사실 내부는 차폐시켜 다른 전자기파가 들어올 수 없도록 해야 합니다.

 

MRI 검사실에서 피검사자의 이미지 결과물을 실시간으로 확인하고 있다. (출처: 구글 이미지)

 

---

특징

장점

움직이지 않는 연조직으로 된 장기 및 뇌와 팔, 다리, 척추 등 근골격계 구조물 검사는 MRI가 최고의 결과물을 출력합니다. 또한 방사선 피폭을 제외할 수 있어 소유아과 적용에 좋다는 장점이 있습니다.

단점

가장 큰 단점은 폐와 같이 수소 원자가 없는 부위는 영상화가 불가합니다.

그 외에, 좁고 제한된 장소에 부동으로 머물러야 하는 점, 소음이 상당한 점, 피검사자가 신체에 제거 불가한 철심이나 임플란트 및 보철을 사용한 경우 검사가 불가한 점은 단점으로 꼽힙니다.

원리에서 설명하였듯이 MRI장치가 사용 시 강력한 전자석화 됨으로 특히 주의를 기울여햐 합니다. 간혹 영화에서 이러한 특성을 이용해 병원씬에서 MRI를 작동시켜 적의 총을 MRI에 부착시켜 위기를 탈출하는 장면도 연출되고 합니다.

---

의학 적용

신경영상의학 - 뇌간과 소뇌를 포함하는 후두개와 등 MRI를 사용하여 뇌와 신경계를 조사하는 의학

심혈관영상의학 - 심장 근육의 수축과 이완을 평가하고, 심장의 기능과 구조를 분석하는 의학입니다.

근골격영상핫 - 척추 영상, 관절 질환 평가 및 연조직 종양을 포함하며 유전성 근육질환 및 전신성 근육질환의 영상 진단.

간담도영상학 - 간, 췌장 및 담관의 병변을 감지하고 특성화하는 데 사용. 조영제 및 세크레틴 투여 후 수행.

혈관 조영술 - 자기 공명 혈관 조영술(Magnetic Resonance Angiography, MRA)은 혈관에 대한 특화된 영상 검사.

---

장비 현황

MRI 장비의 주요 제작회사는 SIEMENS와 GE 그리고 PHILIPS가 있으며 기관 및 요구처에서 직접 제작하는 경우도 있다.

자기력에 따라 1,2T급, 3T급, 7T급, 11T급으로 구분되며 11T급의 경우 아직 임상 실험 전입니다. 자기장이 T7보다 100배 정도 강력하여 자기장이 인체에 끼치는 영향을 검토할 필요성이 있습니다.

1,2T급, 3T급이 보편적이며 7T급은 연구소에 있는 정도입니다. 한국 의료정책연구소에 따르면 현재 한국 의료기관의 MRI 보유 현황은 1553대(2018년 기준)입니다.

11T급

미국 국립 보건원 / 한국 길병원 보유

7T급

길병원 뇌과학연구소(SIEMENS) / 기초과학연구원 (PHILIPS)

3T급

서울대학교병원, 분당서울대병원외 주요 대학병원

---

발전과 미래

반도체와 AI기술 발전에 따라 MRI기술 또한 계속 발전하고 있습니다.

CPU와 메모리등 컴퓨터 기술의 발전으로 이전보다 빠르고 정확한 결과가 이미지화되고 있습니다. 또한 인공지능 기술과 융합되어 이미지 해석 시 부족한 부분을 채운다던가 및 진단 보조 시스템이 개발되어 정확한 진단을 제공할 수 있는 기술로 발전할 것입니다.

결정적으로 기계 자체가 경량화되고 소형화 개발되어 휴대 가능한 기기로 발전될 것입니다. 이로서 임상 현장 실시간 적용 및 개인 맞춤 검사등 실시간 진단이나 이동성이 필요한 상황에서 유용하게 활용될 수 있을 것입니다.