[김영진] 치과방사선 바로보기(12)

F. 방사선을 사용하지 않는 치과영상진단 장치

(1) 초음파영상진단 장치(Ultrasound Imaging System)
초음파영상진단 장치는 사람이 감지할 수 없는 높은 주파수(2만Hz 이상)의 초음파를 인체 내부에 투과해, 되돌아오는 초음파를 실시간으로 이미지화 하는 영상의료기기다.
즉, 초음파영상(ultrasound imaging)이란 우리 귀에 들리지 않는 높은 주파수의 음파를 인체 표면에서 인체내부로 보낸 후 내부에서 반사되는 음파를 영상화시킨 것을 말한다. 초음파검사(ultrasound examination, ultrasonography, sonography)는 초음파 영상을 실시간으로 얻기 때문에 장기의 구조뿐 아니라 운동 상태까지도 관찰할 수 있다.

또한 혈관 내부의 혈류도 측정할 수도 있다. 이와 같이 인체에 해로운 방사선을 사용하지 않으면서도 통증 없이 신속하게 검사를 할 수 있어 환자가 가진 질환을 진단하거나 그 치료경과를 판단하기 위해 매우 쉽고 편리한 영상검사법이다.

초음파검사는 환자의 몸을 얇은 단면으로 자른 형태의 2차원 영상을 실시간으로 보면서 진단하는데 최근에 초음파기술이 발전되어 3차원으로 몸속의 장기나 태아를 보여주는 3차원 초음파검사(3D ultrasonography)가 널리 행해지고 있으며 3차원 영상의 움직임까지 표현되는 4차원 초음파검사(4D ultrasonography)도 이용되고 있다.
초음파영상(Ultrasound imaging system, general-purpose) 진단장치는 초음파 정보의 수집, 표시 및 분석에 사용하는 다양한 트랜스듀서와 관련 어플리케이션 소프트웨어 패키지 등으로 구성된다.

(2) MRI(자기공명영상-磁氣共鳴映像-; Magnetic Resonance Imaging)
MRI는 핵자기공명 원리를 사용하는 영상기술 중 하나이다. 자기공명영상(磁氣共鳴映像)은 강한 자기장 내에 위치시킨 인체에 라디오파를 전사해서, 반향되는 자기장을 측정하여 영상을 얻는 진단검사를 말한다.

Magnetic Resonance Imaging을 줄여서 흔히 MRI라고 한다. 원래 화학분석 기술 중 하나인 핵자기공명(NMR)에서 발전한 것으로 예전에는 NMRI(Nuclear Magnetic Resonance Imaging), 즉 핵자기공명영상이라 불렸다. 원자핵을 공명시키는 것이니까 이름에 핵이 들어가니 뭔가 방사성 물질을 쓰거나 방사선이 나올 것 같은 어감이라 일반인 환자들은 그 이름 때문에 무서워했다. 그래서 핵(Nuclear)을 뺀 이름인 MRI로 변경되었다.

자기공명영상장치에 인체가 들어가게 되면 장치의 주 자장(主磁場)에 의해 인체의 물 분자를 구성하는 수소분자는 특정 주파수로 세차운동(회전운동을 하고 있는 물체의 회전축이 움직이지 않는 어떤 축의 둘레를 회전하는 현상이다. 이것은 회전체의 각 운동량에 대해 아주 약한 외력의 모멘트가 수직으로 작용하여 생긴다)을 하게 되는데 여기에다가 같은 주파수의 전자기파를 가하게 되면 수소분자는 공명(共鳴)을 하면서 에너지를 흡수하게 된다.
이렇게 흡수된 에너지가 방출되면서 나오는 신호가 자기공명신호인데 물체 공간마다의 주파수와 위상을 측정하고 컴퓨터를 통해 이 신호를 재구성하여 영상화시키면 우리가 볼 수 있는 자기공명영상이 된다.
다시 말하면 자기공명영상은 수소원자핵이 자기장 내에서 자기장과 상호작용하며 특정 주파수의 전자파를 흡수·방출하는 패턴을 측정함으로써 영상을 형성하는 것이다.

성인의 경우 체중의 약 70%는 체액(體液)인데, 그 대부분은 물이다.
물을 구성하는 수소원자의 원자핵인 양성자는 특징적으로 임의적방향의 스핀을 가지고 있는데, 강력한 자기장(磁氣場)에 들어가면 수소원자핵의 스핀방향이 자기장의 방향을 따라 가지런히 놓이게 된다. 이 상태에서 수직의 방향을 가진 고주파의 전자기펄스를 걸어주면 수소원자핵은 전자파의 에너지를 흡수해 자기장의 반대방향으로 스핀을 바꾸게 된다.

그 다음 펄스를 끊으면 역방향스핀을 가진 수소 원자핵은 원래상태로 되돌아가는데, 이 때 약한 전자파를 방출한다. 이 전자파를 검출해 전자파가 방출된 수소원자핵의 위치를 추적해 영상화 할 수 있다. 그리고 역방향 스핀을 가진 수소 원자핵이 원래 상태로 되돌아가는 시간(완화 시간)은 스핀의 완화 요인에 따라 'T1'과 'T2' 두 가지 값을 가진다.

수소 원자핵의 스핀이 주변의 수소 원자핵의 스핀과의 상호작용에 의해 완화되는 것을 스핀-스핀완화라고 하고 이에 의한 시간 상수를 T2라고 한다. 이와 달리 스핀이 주변조직의 격자구조와의 상호작용에 의해 완화되는 것을 스핀-격자완화라고 하고, 이 시간상수를 T1이라고 한다.

T1과 T2는 수소원자핵의 주변조직에 따라 크게 다르게 나타나는데, 이 완화시간을 평면화상으로 만드는 것이 자기공명영상이다. 예를 들어 암의 경우 T1 완화시간이 정상세포보다 길기 때문에, T1 완화시간을 밝기로 나타나면 병변이 주변보다 밝게 나타난다.

이를 종합적인 영상으로 구현하면 암이나 뇌출혈, 관상동맥질환 등을 쉽게 진단할 수 있다. 자기공명영상은 X선을 사용해 인체에 유해한 X선 컴퓨터단층촬영(CT)과 달리 신체에 무해하다는 게 특징이다. 또한 CT가 횡단면영상이 주인 반면 MRI는 여러 가지 방향으로의 구성이 자유롭다. MRI를 이용하면 혈액의 산소함유량까지 측정할 수 있고 이를 통해 뇌 속의 혈류에 관한 정보도 얻을 수 있다.

치과영역에서는 연조직의 진단, 특히 악관절질환자의 관절원판 상태를 확인할 때 매우 유용한 영상진단법이 된다.