MRI (자기 공명 영상)

MRI scanner

MRI 는 몸에 칼을 대지 않고 어떻게 몸속 단면 사진을 찍을까요?

무슨 일이 일어났나

MRI 의 센 자석이 만든 자기장은 몸속 양성자(수소 원자핵)를 자기장 방향으로 줄 세웁니다(NIBIB).

줄 선 양성자는 팽이처럼 자기장 둘레를 빙글빙글 돕니다(세차 운동). 시뮬레이터에서 1 T 일 때 그 진동수는 42.6 MHz 이고, 3 T 로 올리면 128 MHz 로 자기장에 비례해 빨라집니다.

이 진동수에 맞춘 라디오파(RF) 전류를 펄스로 보내면 양성자가 들뜹니다(NIBIB). 라디오파를 끄면 센서가 양성자가 다시 줄 서며 내놓는 에너지를 잡고, 빨리 제자리로 돌아오는 곳일수록 영상이 밝게 나옵니다(NIBIB).

자석은 아주 세서 초전도 자석을 액체 헬륨으로 차게 식혀 씁니다(MagLab). 자기장 1 테슬라(T)는 10,000 가우스입니다(MagLab).

MRI 는 CT 와 달리 X 선 같은 이온화 방사선을 쓰지 않습니다(NIBIB). 다만 촬영 중 장치 안 소리는 어떤 MR 장치에서 120 dB 까지 커집니다(NIBIB).

💡 생활 속 예시

  • 팽이가 기울어진 채 돌면 꼭대기가 원을 그리며 천천히 도는데, 자기장 속 양성자의 세차 운동도 이와 닮았습니다.
  • 라디오 다이얼을 방송국 주파수에 딱 맞춰야 소리가 나오듯, MRI 도 양성자의 진동수에 맞춘 라디오파를 보내야 양성자가 반응합니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

  • 초전도 자석 — 액체 헬륨으로 식혀 센 자기장을 만들고, 몸속 양성자를 한 방향으로 줄 세웁니다.
  • RF 코일 — 양성자가 도는 진동수에 맞춘 라디오파를 펄스로 보내고, 양성자가 내놓는 신호를 받습니다.
  • 컴퓨터 — 받은 신호의 세기와 자리를 모아 단면 영상으로 바꿉니다.
  1. 환자가 센 자석 속 침대에 눕습니다.
  2. 자기장이 몸속 양성자를 자기장 방향으로 줄 세웁니다.
  3. 양성자의 진동수에 맞춘 라디오파 펄스가 양성자를 들뜨게 합니다.
  4. 라디오파를 끄면 양성자가 다시 줄 서며 에너지를 내놓고, 센서가 이를 잡아 컴퓨터가 영상을 만듭니다.

확인된 값

센 자석이 만든 자기장이 몸속 양성자를 자기장 방향으로 줄 세운다
protons align 출처
그다음 라디오파(RF) 전류를 펄스로 보내면 양성자가 들뜬다
radiofrequency pulse 출처
어떤 MR 장치 안의 소리 세기 — 120 dB 까지
120 dB 출처
초전도 자석은 액체 헬륨으로 아주 차게 해야 자기장을 만든다
liquid helium 출처
자기장 단위 — 1 테슬라(T) = 10,000 가우스(G)
10000 G 출처
라디오파를 끄면 MRI 센서가 양성자가 다시 줄 서며 내놓는 에너지를 잡는다
energy released on realignment 출처
양성자가 빨리 다시 줄 설수록 영상이 밝다
faster realign → brighter 출처
MRI 는 CT 와 달리 X 선 같은 이온화 방사선을 쓰지 않는다
no ionizing radiation 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 전기와 자기 [12물리02-04]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Magnetism and electromagnetism

출처

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