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MRI

경사자계와 주파수

by 건강샘 2021. 7. 6.
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환자가 자석 안에 들어가면, 그리고 아무런 외부 에너지를 주지 않았다면 균일한 자장 내에 있다는 것을 알수 있다.

또한 어느 정도 균등한 자장이 형성되어 있다면 몸 안에 있는 모든 spin들은 모두 같은 주파수를 갖게 될 것이다.

이것은 우리가 얻고자 하는 단면의 선택에 있어서 아무런 도움을 주지 못하는 것이다.

따라서 균등한 자장에 위치에 따라 다른 경사자장을 부가하면 각각의 위치에 따라서 부가된 경사자장을 곱한 만큼 주파수가 달라지게 될 것이다.

이때 부가된 경사자장을 경사자계(magnetic gradient field)라고 하며 경사자계는 주자석 내부에 설치된 경사자계 코일에 전류 증폭기로 전류를 흘려 발생시킨다.

그림 2-1 비균일 자장과 주파수의 관계

경사자장(gradient)은 매우 빠른 변화 자장이다.

그림 2-1 에서 자장 경사를 변화하여 자기장에 적용시켜 보면 각 지점에서 Larmor방정식이 다르기 때문에 공명을 일으키는 RF 주파수가 조금씩 다르게 된다.

실제 MR에서 경사자계는 3차원이다.

하나의 경사는 영상화 되는 해부학적 단면과 수직으로 존재하며, 이 경사를 단면선택경사(slice selection encoding)이라고 한다.

정자장에서는 주로 Z축 방향으로 적용되므로 단면 선택 경사는 횡단면이 Z축을 따라 존재하며, Y축에 대해서는 관상면(coronal selection), X축에 대해서는 시상면(sagittal selection)으로 존재한다.

주파수 부호화 경사는(frequency encoding gradient)는 X측 방향에서 voxel의 위치에 대한 정보를 제공하며 위상부호화경사(phase encoding gradient)는 Y축의 위치 정보를 구분해준다.

경사자자의 기울기는 최소절편두께(minimum slice thickness)와 최소 촬영 영역(minimum FOV)을 결정하는 가장 중요한 요소이다.

기울기가 크면 클수록 얇은 단면의 두께와 작은 영역을 볼 수 있게 되어 그만큼 해상도가 높은 영상을 얻을 수 있다.

하지만 큰 기울기의 경사와 자장의 균일성을 동시에 유지한다는 것은 기술적으로 상당히 어려운 문제라고 할 수 있다.

그림2-1에서 보는 바와 같이 위치에 따라서 부가된 경사자장이 다른 경우에 위치에 따라서 주파수 또한 다르게 나타나다.

그림2-1에서 보는 바와 같이 눈, 몸통, 다리의 위치와 서로 다른 경사자계를 곱해야만 해당 위치에서의 주파수를 우리는 알 수 있게 된다.

만약 1.5T에서 medium frequency가 63Mhz이고 경사자계가 10G/cm라면 그림 2-1에서 눈을 여기 시키려면 공명 주파수는 얼마일까?

경사자계가 10G/cm라는 것은 1cm당 10G의 기울기 변화가 있다는 것을 뜻한다.

눈에 해당되는 high frequency의 위치는 몸통에서부터 100cm 떨어져 있다.

즉, 10G/cm에서 1000G/100cm이 되며 자장의 세기가 15,000 였으므로 눈에서의 경사자계는 주자장에 1000G를 더한 것이 되므로 16000G가 된다.

 

공명주파수(W0) = 42.6 x 16000 = 68.1 MHz
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