자기장 균일성(균질성)은 특정 부피 내에서 자기장이 얼마나 균일한지를 나타내는 지표로, 단위 면적당 자기장 선들이 모두 같은지 여부를 의미합니다. 여기서 특정 부피는 일반적으로 구형 공간을 가리킵니다. 자기장 균일성의 단위는 ppm(백만분율)이며, 이는 특정 공간에서 최대 자기장과 최소 자기장의 차이를 평균 자기장으로 나눈 후 100만(100만)을 곱한 값입니다.
MRI는 높은 수준의 자기장 균일성을 요구하는데, 이는 영상 영역 내 영상의 공간 해상도와 신호 대 잡음비를 결정합니다. 자기장 균일성이 낮으면 영상이 흐릿해지고 왜곡됩니다. 자기장 균일성은 자석 자체의 설계와 외부 환경에 의해 결정됩니다. 자석의 영상 영역이 클수록 자기장 균일성은 낮아집니다. 자기장 안정성은 시간에 따른 자기장 강도의 드리프트 정도를 측정하는 지표입니다. 영상 촬영 과정에서 자기장 강도의 드리프트는 반복 측정되는 에코 신호의 위상에 영향을 미쳐 영상 왜곡 및 신호 대 잡음비 저하를 초래합니다. 자기장 안정성은 자석의 종류와 설계 품질과 밀접한 관련이 있습니다.
자기장 균일도 기준의 규정은 측정 공간의 크기와 모양과 관련이 있으며, 일반적으로 자석의 중심을 기준으로 특정 직경의 구형 공간을 측정 범위로 사용합니다. 자기장 균일도는 일반적으로 특정 측정 공간에서 해당 공간 내 자기장 세기의 변화 범위(ppm 값)로 표현되며, 이는 주 자기장 세기의 백만분의 일(ppm)을 편차 단위로 하여 정량적으로 나타냅니다. 이 편차 단위를 보통 ppm이라고 하며, 이를 절대값 표현이라고 합니다. 예를 들어, 전체 스캐닝 검사 개구부 원통 내 자기장 균일도가 5ppm인 경우, 자석 중심을 기준으로 40cm 및 50cm 동심원 구형 공간 내 자기장 균일도는 각각 1ppm 및 2ppm입니다. 또한, 시험 대상 시편 영역의 각 세제곱센티미터당 자기장 균일도가 0.01ppm이라고 표현할 수도 있습니다. 측정 기준과 관계없이, 측정 구의 크기가 동일하다는 전제 하에, ppm 값이 작을수록 자기장 균일성이 우수함을 나타냅니다.
1.5T MRI 장비의 경우, 자기장 세기의 드리프트 변동은 1ppm(편차 단위)으로 나타낼 때 1.5×10⁻⁶T에 해당합니다. 즉, 1.5T 시스템에서 자기장 균일도가 1ppm이라는 것은 1.5T의 기본 자기장 세기를 기준으로 주 자기장의 드리프트 변동이 1.5×10⁻⁶T(0.0015mT)임을 의미합니다. 당연히 자기장 세기가 다른 MRI 장비에서는 각 편차 단위 또는 ppm으로 나타내는 자기장 세기의 변동이 다르기 때문에 저자기장 시스템일수록 자기장 균일도에 대한 요구 조건이 낮아질 수 있습니다(표 3-1 참조). 이러한 기준을 통해 자기장 균일도 표준을 사용하여 자기장 세기가 다른 시스템이나 동일한 자기장 세기를 가진 시스템들을 쉽게 비교하고 자석의 성능을 객관적으로 평가할 수 있습니다.
자기장 균일도를 실제로 측정하기 전에 자석의 중심을 정확하게 결정해야 합니다. 그런 다음 자기장 세기 측정기(가우스 미터) 프로브를 특정 반경의 공간 구면에 배치하고 각 지점에서 자기장 세기를 측정합니다(24면법, 12면법). 마지막으로 데이터를 처리하여 전체 부피 내의 자기장 균일도를 계산합니다.
자기장의 균일성은 주변 환경에 따라 달라집니다. 자석이 공장에서 출고되기 전에 특정 기준(공장 보증값)을 충족했더라도, 설치 후에는 자기 차폐, RF 차폐(문과 창문), 도파관(튜브), 자석과 지지대 사이의 철골 구조물, 장식 자재, 조명 기구, 환기 파이프, 소방 파이프, 비상 배기 팬, 위아래 건물 주변의 이동 장비(자동차, 엘리베이터 등)와 같은 환경 요인의 영향으로 자기장의 균일성이 변동될 수 있습니다. 따라서 자기공명영상(MRI) 요구 사항을 충족하는지 여부는 최종 승인 시 실제 측정 결과를 바탕으로 판단해야 합니다. 공장이나 병원에서 MRI 장비 제조업체의 설치 엔지니어가 수행하는 수동 자기장 평준화 및 초전도 코일의 능동 자기장 평준화는 자기장 균일성을 향상시키는 핵심적인 조치입니다.
MRI 장비는 스캔 과정에서 수집된 신호의 공간적 위치를 파악하기 위해 주 자기장 B0를 기반으로 연속적으로 증가하는 경사 자기장 △B를 중첩해야 합니다. 단일 복셀에 중첩되는 경사 자기장 △B는 주 자기장 B0에 의해 발생하는 자기장 편차 또는 드리프트 변동보다 커야 합니다. 그렇지 않으면 위의 공간 위치 결정 신호가 변하거나 심지어 소멸되어 아티팩트가 발생하고 영상 품질이 저하될 수 있습니다.
주 자기장 B0에서 발생하는 자기장의 편차 및 드리프트 변동이 클수록 자기장 균일도가 떨어지고 영상 품질이 저하되며, 이는 지질 압축 시퀀스(인체 내 물과 지방의 공명 주파수 차이는 200Hz에 불과함) 및 자기공명 분광법(MRS) 검사의 성공률과 더욱 직접적인 관련이 있습니다. 따라서 자기장 균일도는 MRI 장비 성능을 측정하는 핵심 지표 중 하나입니다.
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게시 시간: 2024년 3월 28일
