컴퓨터 단층촬영(CT)과 자기공명 영상(MRI)의 원리

컴퓨터 단층촬영(CT)과 자기공명 영상(MRI)의 수의 임상에서의 역할

컴퓨터 단층촬영(CT)과 자기공명 영상(MRI)은 ‘단층촬영 기능’과 ‘해상도 향상’이라는 두 가지의 강점을 바탕으로, 기존의 방사선 촬영술에 비해 향상된 진단기능을 제공한다. 또한 평면적 촬영만 가능한 기존 방사선 촬영과 달리 CT 및 MRI 기술은 시네조직을 절편 형태로 촬영하여 삼차원 구조를 만들어 냄으로써 촬영된 영상의 중첩을 방지한다. 따라서 CT 또는 MRI 기술을 사용하여 촬영한 신체기관을 더욱 간편하게 인식, 구분할 수 있다. 아울러 CT나 MRI의 볼륨 데이터느 모든 평면 또는 입체 영상에서 새로 포맷이 가능하며, 구조해부 관계를 더욱 명확하게 표시할 수 있다. 

해상도(Contrast resolution)는 조직, 신체적 및 생화학적 특성의 차이점을 정확하게 나타내는 정도를 의미하며, 이는 CT 기술의 경우 X-ray의 감쇠, MRI 기술의 경우 신호 감쇠와 관련된다. 

해상도가 높을수록, 회색의 색감 차이를 화소로 나타냄으로써 조직 성분의 미묘한 차이를 더욱 선명하게 나타내며, 따라서 조직의 질병 여부를 더욱 명확하게 판단할 수 있다. 예를 들어, 방사선 촬영은 5% 정도의 현저한 X-ray 감쇠 차이를 탐지할 수 있는 반면, CT 촬영의 경우 0.5%의 미세한  X-ray 감쇠 차이도 탐지할 수 있다. 이러한 차이는 방사선 촬영의 해상도를 감소시키는 분산현상의 제거와 관련된다. 초음파 검사의 경우, CT 촬영처럼 순수 액체와 연부조직을 구분할 수 있지만, 방사선 촬영으로는 불가능하다. MRI 촬영도 뛰어난 해상도를 제공하고 있으며 다양한 연쇄영상(imaging sequence)을 결합하여 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다. 

 

반면, 공간 해상도(spatial sequence)는 고해상도 물체 사이의 최소 분해 가능 간격을 나타내며 방사선 촬영에 비해 CT 또는 MRI 촬영에서는 상대적으로 제한된다. CT 및 MRI 촬영에서 측정된 공간 해상도는 절편 두께(slice thickness)와 관련되며, 각각 0.4mm와 1.0mm 정도이다. 하지만 MR 촬영에서는 기술의 발전과 자장감도의 증가를 통해 공간 해상도는 감소되었다. 반면, 스크린 필름과 디지털 방사선 촬영하여 측정된 공간 해상도는 각각 0.08mm 와 0.17mm 이며, 이는 더 미세한 부분을 탐지할 수 있음을 의미한다. 그러나 CT 및 MRI 기술의 중첩 제거 및 뛰어난 대조해상도(contrast resolution)는 상대적으로 낮은 공간 해상도 측정능력을 대신할 수 있다. 

 

CT 및 MRI 기술은 이미지 형성과 관련된 다양한 공통점을 갖추고 있다. 형상화된 각각의 영상은 인체 조직의 얇은 절편(thin section or slice)을 나타내며, 촬영된 영상은 여러 개의 화적소로 구성되어 있으며, 이는 평면 화면에 화소(pixel or picture elements) 형태로 표시된다. CT 또는 MRI 기술을 사용할 때, 기질 내의 각 화적소는 공간적으로 국한된 신체 부위의 전자 전류와 연계되어 컴퓨터 시스템에서 처리된다. 전자 전류 강도의 변화에 따라 모니터 상의 화소의 밝기가 변한다. 따라서 MRI 신호 강도가 높거나 CT의 X-ray 감쇠가 높을 경우 촬영 부위의 화적소는 더욱 밝게 나타나는 반면, MRI 신호 강도가 낮거나 CT의 X-ray 감쇠가 낮을 경우 촬영 부위의 화적소는 공기에서 나타나는 것처럼 더욱 어둡게 나타난다. 

 

CT와 MRI의 차이점

CT 와 MRI의 차이점 중 가장 중요한 것은, MRI를 사용할 경우 모든 영상 단면(plane)을 촬영할 수 있다는 것이다. 즉, 가로면(transverse), 정중면(sagittal), 등쪽면(dorsal) 또는 사면(oblique)에서 이미지 정보를 얻을 수 있다. 

반면, CT를 사용할 경우, 겐트리 시스템과 평행한 부분만 촬영이 가능하다. 따라서 CT 영상은 가로단면을 촬영한 경우가 많다. 다행히 근접 촬영이 가능하며, 감쇠치(attenuation value)와 관련된 무수한 입자에 대한 부피 정보를 수집할 수 있다. 따라서 촬영된 영상을 재구성(reformation)하여, 가로 평면 이외의 평면에 대한 화적소를 새로운 기질의 화소정보로 표시할 수 있다. 이 과정을 ‘다면성 재구성(multiplanar reformatting)’이라고 한다. 이를 통해 생성된 새로운 이미지를 사용하여, 원통형 또는 굴곡진 부위를 더욱 명확하게 파악할 수 있으며, 신체 조직의 정상 혹은 비정상 여부를 더욱 종합적으로 판단할 수 있다. 아울러 영상처리 소프트웨어를 사용하여 신체 조직의 3D 재구성이 가능하며, 특히 부피 혹은 체표 렌더링 기법을 사용하여 단층 영상에 익숙하지 않은 의사들이 신체조직의 형태 변화를 더욱 자세하게 이해하고 수술을 더욱 효과적으로 계획할 수 있다. 이러한 영상처리는 모든 CT촬영자료에서 가능하지만, 초기 영상의 공간 해상도 및 절편 두께에 따라 재구성된 영상 또는 입체 영상의 품질이 달라진다. 

예를 들어, 5~7mm 두께의 절편으로 촬영된 가로면(transverse) 이미지를 정중면(sagittal) 또는 등쪽면(dorsal)에 따라 재구성할 경우 계단형 윤곽 허상(steplike contour artifact)이 형성된다. 반면, 0.62mm 두께의 절편으로 촬영된 이미지는 윤곽이 더욱 매끄럽게 나타난다. 이는 다열 탐지기술의 주요 장점 중 하나이다. 물론 대부분의 조직 촬영시에는 이 수준의 높은 해상도가 요구되지 않을 수 있지만, 뼈의 세편, 폐 결절 등의 미세 병변 확인 시 진단적 정확성을 높일 수 있다.