컴퓨터 단층촬영

컴퓨터 단층촬영의 기본 원리는 X선의 투과 특성을 이용하는 것이다. X선은 인체를 통과할 때 조직의 밀도와 두께에 따라 감쇠되는데, 이 차이를 데이터로 포착하여 영상화한다. 일반 X선 촬영이 3차원 구조물을 2차원 영상으로 평면 투영하여 구조물들이 겹쳐 보이는 한계가 있다면, 컴퓨터 단층촬영은 인체의 특정 단면(단층)만을 선별적으로 영상으로 재구성한다. 이를 통해 겹침 현상이 제거되고, 목표 부위의 해부학적 구조를 훨씬 명확하게 관찰할 수 있다.

단면 영상을 얻기 위해 환자는 원통형 개트리 내부로 이동하는 침대에 눕게 된다. 개트리 내부에는 X선관과 반대편에 위치한 검출기가 있다. 촬영이 시작되면 X선관이 환자 주위를 빠르게 회전하면서 좁은 빔 형태의 X선을 연속적으로 조사하고, 반대편 검출기는 신체를 투과한 X선의 강도를 측정한다. 이 과정은 환자의 몸통을 한 바퀴 회전하며 스캔하는 방식으로, 수십만 개에서 수백만 개에 이르는 방대한 양의 투과 데이터를 수집하게 된다.

수집된 투과 데이터는 단층 재구성 알고리즘이라는 수학적 연산 과정을 거쳐 최종 영상으로 변환된다. 이 알고리즘은 각도별로 측정된 X선 감쇠 데이터를 분석하여, 스캔된 단면을 구성하는 수많은 작은 체소 각각의 X선 흡수율(감쇠 계수)을 계산해낸다. 계산된 각 체소의 값은 회색조 픽셀로 변환되어 모니터에 영상으로 표시되며, 이 영상이 바로 인체의 해부학적 단면을 보여주는 컴퓨터 단층촬영 영상이다.

단면 재구성 알고리즘은 컴퓨터 단층촬영의 핵심 기술로, X선 검출기에서 수집된 수많은 투영 데이터를 컴퓨터가 처리하여 인체의 단면 영상으로 변환하는 수학적 과정이다. 이 과정은 고드프리 하운스필드가 개발한 초기 CT 장비의 기본 원리이자, 이후 모든 CT 기술 발전의 기초가 된다. 투영 데이터는 인체를 다양한 각도에서 투과한 X선의 감쇠 정보를 담고 있으며, 알고리즘은 이 흩어진 정보를 종합하여 원래의 단면 구조를 복원한다.

가장 기본적인 재구성 방법은 필터 역투영 알고리즘이다. 이 방법은 각 투영 데이터에 특수한 수학적 필터를 적용하여 블러링 현상을 보정한 후, 모든 각도에서 얻은 데이터를 역으로 투영하여 합성한다. 이 과정을 통해 선명한 단면 영상을 얻을 수 있다. 필터 역투영은 계산이 비교적 간단하고 빠르다는 장점이 있어 초기 CT부터 널리 사용되었으며, 현재도 많은 의료 영상 시스템에서 기본 알고리즘으로 채택되고 있다.

보다 정교한 영상을 위해 반복 재구성 알고리즘이 개발되어 사용되고 있다. 이 방법은 초기 추정 영상을 설정한 후, 이 영상으로부터 계산된 투영 데이터와 실제 측정 데이터의 차이를 반복적으로 줄여나가 최종 영상에 수렴하는 방식이다. 반복 재구성은 필터 역투영에 비해 계산량이 훨씬 많지만, 낮은 방사선 선량으로 촬영한 데이터에서도 잡음을 효과적으로 제거하고 고품질의 영상을 생성할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 알고리즘의 발전은 CT의 화질과 진단 정확도를 획기적으로 향상시켰다. 특히 데이터 처리 시스템의 성능이 비약적으로 발전하면서, 복잡한 반복 재구성 알고리즘을 실시간에 가깝게 처리하여 빠른 스캔 속도와 우수한 영상 품질을 동시에 구현하는 것이 가능해졌다.

X선 발생 장치는 컴퓨터 단층촬영 시스템의 핵심 구성 요소로, 고에너지 X선을 생성하여 인체를 투과시키는 역할을 한다. 이 장치는 주로 X선관과 고전압 발생기로 구성된다. X선관 내부에서는 고전압을 가해 가속된 전자가 금속 타겟에 충돌하면서 제동복사를 통해 X선이 발생한다. 발생된 X선은 조리개를 통해 얇은 빔 형태로 조절되어 환자의 신체 부위를 투과하게 된다.

CT 장비의 X선 발생 장치는 일반 X선 촬영 장치보다 훨씬 정밀하고 빠른 제어가 가능해야 한다. 이는 CT가 신체를 360도 회전하면서 수천 개의 투영 데이터를 순간적으로 획득해야 하기 때문이다. 따라서 고전압 발생기는 매우 안정적이고 정확한 전압과 전류를 공급해야 하며, X선관은 빠른 열 방출이 가능한 설계와 내구성을 갖춰야 한다.

최신 다중검출기 CT에서는 더 빠른 촬영 속도와 더 넓은 범위의 촬영을 위해 X선 발생 장치의 성능이 지속적으로 발전하고 있다. 특히 듀얼 소스 CT와 같은 장비는 두 개의 X선관과 검출기 시스템을 사용하여 심장 박동과 같은 움직임이 심한 장기의 영상 품질을 획기적으로 향상시킨다. 이러한 기술 발전은 관상동맥 CT와 같은 정밀 검사의 실용화를 가능하게 했다.

검출기는 컴퓨터 단층촬영 장비의 핵심 구성 요소 중 하나로, X선 발생 장치와 마주보도록 설치되어 인체를 투과해 나온 X선의 양을 측정하는 역할을 한다. 환자와 함께 회전하는 검출기는 수천 개의 작은 감지 소자로 이루어져 있으며, 이 소자들은 투과된 X선을 전기 신호로 변환한다. 이 신호의 세기는 투과 경로상의 조직 밀도에 따라 달라지며, 이렇게 측정된 수많은 투과 데이터가 데이터 처리 시스템으로 전송된다.

초기 CT 스캐너는 단일 검출기를 사용했지만, 기술 발전에 따라 다수의 검출기가 배열된 형태로 진화했다. 현대의 나선 CT나 다중 검출기 CT에서는 수백에서 수천 개의 검출기 채널이 환자 몸통을 감싸는 원호 형태로 배치되어, X선 관이 한 바퀴 회전하는 동안 매우 많은 양의 투사 데이터를 동시에 수집할 수 있다. 검출기의 재료는 주로 고효율의 세라믹 물질인 가돌리늄 옥시설파이드나 산화세륨 등이 사용된다.

검출기의 성능은 CT 스캐너의 영상 품질과 직결된다. 검출기의 채널 수가 많고 배열이 조밀할수록, 그리고 X선을 신호로 변환하는 효율이 높고 응답 속도가 빠를수록 더 높은 공간 해상도와 더 빠른 촬영 속도를 구현할 수 있다. 또한, 검출기의 안정성과 내구성은 장비의 유지보수 비용과 수명에 영향을 미치는 중요한 요소이다.

CT 장비에서 X선 검출기가 수집한 방대한 원시 데이터는 데이터 처리 시스템을 거쳐 최종적인 단면 영상으로 재구성된다. 이 시스템은 하드웨어와 소프트웨어로 구성되며, 핵심 역할은 투영 데이터를 이미지 재구성 알고리즘을 통해 가시적인 영상으로 변환하는 것이다. 초기 CT는 필터 역투영법과 같은 기본적인 재구성 방식을 사용했으나, 현재는 반복 재구성 알고리즘 등 더욱 정교하고 빠른 알고리즘이 개발되어 사용되고 있다.

데이터 처리의 주요 단계는 크게 전처리, 재구성, 후처리로 나눌 수 있다. 전처리 단계에서는 검출기의 감도 보정, 빔 경화 현상 보정, 잡음 제거 등 원시 데이터의 오차를 보정한다. 이후 재구성 단계에서 수학적 알고리즘이 적용되어 2차원 또는 3차원의 단면 영상 데이터 세트를 생성한다. 마지막 후처리 단계에서는 윈도잉 기술을 적용하여 폐나 뼈 등 관심 조직에 최적화된 명암비로 영상을 표시한다.

현대의 데이터 처리 시스템은 고성능 병렬 컴퓨팅 기술과 GPU 가속을 활용하여 복잡한 계산을 실시간에 가깝게 처리한다. 이를 통해 검사 후 수 초 내에 영상을 확인할 수 있으며, 3차원 재구성, 가상 내시경, 관류 영상 등 다양한 고급 영상 분석이 가능해졌다. 이처럼 데이터 처리 시스템의 발전은 CT가 빠르고 정확한 진단 도구로 자리 잡는 데 핵심적인 기여를 했다.

일반 컴퓨터 단층촬영은 조영제를 사용하지 않고 기본적인 X선 투과 데이터만을 이용하여 인체의 단면 영상을 획득하는 가장 기본적인 검사 방식이다. 이 방법은 고드프리 하운스필드가 1972년 최초로 선보인 원형과 개념적으로 동일하며, 환자의 신체 부위를 X선 발생 장치와 검출기가 마주 보는 가antry 내부로 이동시키면서 360도 회전하며 투과 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 컴퓨터를 통해 필터링 역투사법 등의 재구성 알고리즘으로 처리되어 횡단면 영상으로 변환된다.

일반 CT는 주로 뇌출혈, 골절, 폐렴, 기흉 등 구조적 이상을 신속하게 확인해야 하는 상황에서 널리 사용된다. 특히 응급실에서 외상 환자의 뇌나 복부 손상 평가에 필수적이다. 또한 폐결절이나 간낭종과 같은 병변의 초기 발견 및 모니터링, 부비동염이나 중이염 등 이비인후과적 평가에도 활용된다. 검사 시간이 짧고 준비 과정이 간단하여 환자의 협조도가 낮은 경우에도 비교적 쉽게 시행할 수 있는 장점이 있다.

그러나 일반 CT는 조영 증강 CT에 비해 조직 간 대조도가 낮아 혈관 구조나 혈관이 풍부한 종양 등을 명확히 구분하기 어렵다는 한계가 있다. 따라서 뇌경색 초기 단계, 간암, 신장암 등의 정확한 진단이나 혈전 평가를 위해서는 조영제를 사용한 추가 검사가 필요한 경우가 많다. 이 검사 방식의 가장 큰 장점은 방사선 피폭과 관련된 조영제의 알레르기 반응이나 신독성 위험 없이 안전하게 기본적인 해부학적 정보를 얻을 수 있다는 점이다.

조영 증강 CT는 정맥을 통해 요오드 함유 조영제를 주입한 후 촬영하는 방식이다. 조영제는 혈관 내로 주입되어 혈류를 타고 이동하며, 혈관이 풍부한 조직이나 병변에 집적되는 특성을 보인다. 이로 인해 일반 CT에서는 구분이 어려웠던 혈관 구조와 주변 조직의 대비가 뚜렷해지고, 혈관 자체의 이상이나 혈류의 변화를 평가할 수 있다. 또한 종양이나 염증과 같은 병변은 주변 정상 조직보다 혈관이 풍부한 경우가 많아, 조영제 주입 후 병변이 더 선명하게 강화되어 나타난다. 이는 병변의 발견률을 높이고, 그 크기와 범위, 혈관과의 관계를 더 정확하게 파악하는 데 결정적인 도움을 준다.

조영 증강 CT는 검사 목적에 따라 주입 시기와 방법이 달라진다. 동맥기, 문맥기, 정맥기 등 혈류의 단계별로 촬영하여 각 장기의 혈관 구조와 기능을 평가할 수 있다. 예를 들어, 간암 진단을 위해 문맥기에 촬영하면 정상 간 조직과 종양 조직의 조영제 농도 차이를 명확히 볼 수 있다. 흉부 CT에서는 대동맥 박리나 폐동맥 색전증과 같은 혈관성 질환을 진단하는 데 필수적이다. 또한 뇌혈관 조영술의 비침습적 대안으로 뇌동맥류나 뇌혈관 기형을 평가하는 데도 널리 사용된다.

그러나 조영 증강 CT는 조영제로 인한 위험성을 동반한다. 가장 흔한 부작용은 요오드에 대한 알레르기 반응으로, 두드러기, 구토부터 드물게는 과민성 쇼크까지 발생할 수 있다. 또한 신기능이 저하된 환자에게서는 조영제 유발 신병증의 위험이 있어, 검사 전 신기능 검사가 필수적이다. 이에 따라 검사 시행 전 환자의 알레르기 이력과 신장 기능을 확인하고, 필요한 경우 예방적 약물 투여나 대체 영상 검사를 고려한다.

특수 검사는 특정 장기나 질환에 최적화된 프로토콜을 사용하여 더 상세한 정보를 얻기 위한 컴퓨터 단층촬영 방법이다. 일반적인 검사보다 높은 해상도의 영상을 제공하거나 특정 기능을 평가하는 데 중점을 둔다.

대표적인 특수 검사로는 고해상도 CT가 있다. 이는 주로 폐 질환을 평가할 때 사용되며, 매우 얇은 두께로 촬영하여 기관지 확장증이나 간질성 폐질환과 같은 미세한 구조 변화를 선명하게 보여준다. 심장과 관상동맥을 평가하는 관상동맥 CT는 빠른 회전 속도의 CT 스캐너와 심장 박동과 동기화하는 기술을 이용하여 협착이나 석회화를 비침습적으로 확인할 수 있어 중요한 진단 도구로 자리 잡았다.

이 외에도 관류 CT는 뇌나 다른 장기의 혈류 상태를 평가하여 뇌경색의 초기 진단에 활용되며, 대장내시경을 대체할 수 있는 대장 CT는 대장암 선별 검사 방법으로 사용된다. 또한, 치과 영역에서는 구강 및 악안면의 3차원 구조를 정밀하게 보기 위한 콘빔 CT가 널리 적용되고 있다.

이러한 특수 검사들은 표준 CT 검사가 제공하지 못하는 질환별 맞춤형 정보를 제공함으로써 보다 정확한 진단과 치료 계획 수립을 가능하게 한다. 다만, 검사 목적에 따라 조영제 사용 여부나 방사선 피폭량이 달라질 수 있어 임상적 필요성에 따라 신중하게 선택되어야 한다.

뇌 및 신경계는 컴퓨터 단층촬영이 가장 널리 활용되는 분야 중 하나이다. 특히 응급실에서 두부 외상을 입은 환자의 신속한 평가에 필수적이다. CT는 뇌출혈, 뇌경색의 초기 변화, 뇌종양, 뇌부종 등을 선명한 단면 영상으로 보여주어 신속한 진단과 치료 방향 설정에 결정적인 정보를 제공한다. 뇌실의 크기 변화나 뇌수종 유무도 쉽게 확인할 수 있다.

뇌혈관 질환의 평가에도 중요한 역할을 한다. 조영제를 사용한 조영 증강 CT를 통해 뇌동맥류나 동정맥 기형과 같은 혈관 이상을 검출할 수 있다. 특히 CT 혈관조영술은 비침습적인 방법으로 뇌혈관의 3차원 구조를 재구성하여 주요 혈관의 협착이나 폐색을 평가하는 데 유용하다. 경동맥이나 뇌기저동맥의 상태를 확인하는 데도 활용된다.

뇌 이외의 신경계 구조물도 CT로 평가된다. 척수를 둘러싼 척추의 상태, 예를 들어 추간판 탈출증이나 척추관 협착증으로 인한 신경 압박을 확인할 수 있다. 두개골 기저부나 부비동, 안와 등 두경부의 복잡한 해부학적 구조에서 발생한 종양이나 염증성 병변도 CT 영상을 통해 그 범위와 주변 구조물과의 관계를 파악하는 데 도움이 된다.

흉부 및 심혈관계 질환의 진단에서 컴퓨터 단층촬영은 핵심적인 영상 검사로 자리 잡았다. 특히 폐 질환의 평가에 있어서는 거의 필수적인 검사법이다. 폐암의 조기 발견, 크기 및 위치 측정, 주변 림프절 전이 여부 확인에 매우 유용하다. 또한 폐렴, 폐결핵, 기흉, 만성 폐쇄성 폐질환 등 다양한 호흡기 질환의 진단과 경과 관찰에도 널리 활용된다.

심혈관계 영상에서는 조영 증강 CT가 중요한 역할을 한다. 관상동맥 CT는 비침습적인 방법으로 관상동맥의 협착이나 석회화 정도를 평가할 수 있어 협심증 등 심장병의 진단에 도움을 준다. 또한 대동맥 박리나 대동맥류와 같은 생명을 위협할 수 있는 급성 대동맥 질환을 신속하게 진단하는 데 필수적이다. 폐색전증이 의심될 때는 폐동맥 조영 CT를 통해 혈관 내 혈전을 확인할 수 있다.

흉부 CT는 종격동 내 구조물을 평가하는 데도 탁월하다. 종격동 내 위치한 림프절, 흉선, 식도, 큰 혈관들의 이상을 선명하게 보여준다. 이를 통해 림프종과 같은 종양의 진단 및 병기 결정에 중요한 정보를 제공한다. 또한 유방촬영술로 확인하기 어려운 유방 내부 또는 흉벽 근처의 병변을 발견하는 보조적인 수단으로도 사용될 수 있다.

복부 및 골반은 컴퓨터 단층촬영이 매우 중요한 역할을 하는 주요 검사 부위이다. 복강과 골반강 내에는 간, 췌장, 신장, 비장과 같은 실질 장기와 위장관, 담낭, 방광 등의 공기나 액체가 차 있는 중공 장기가 밀집해 있어, X선 단층 영상을 통해 이들의 구조와 병변을 명확히 구분해 볼 수 있다. 특히 조영제를 정맥 주입하여 시행하는 조영 증강 CT는 장기의 혈류 상태를 평가하고, 혈관 구조를 확인하며, 종양이나 염증 병변을 더욱 선명하게 보여주는 데 필수적이다.

복부 CT는 간암, 간경변, 췌장암, 신장암과 같은 악성 종양의 진단과 병기 결정에 핵심적인 정보를 제공한다. 또한 담석증, 급성 췌장염, 급성 충수염, 장폐색, 복막염 등 다양한 급성 복통의 원인을 신속하게 찾아내는 데 탁월하다. 외상 환자에서 복부 장기의 손상 여부, 특히 비장이나 간의 파열, 후복막강 출혈 등을 평가하는 데도 표준 검사법으로 자리 잡았다.

골반 CT는 방광암, 전립선암, 자궁암, 난소암 등 비뇨생식기 종양의 평가에 널리 사용된다. 또한 골반염, 농양, 장기 탈출증 등의 진단에도 도움을 준다. 복부 및 골반 CT는 검사 전 준비 과정이 중요한데, 위장관의 내용물로 인한 인공 음영을 줄이고 장벽을 잘 평가하기 위해 경구 조영제를 복용하거나, 직장을 통해 조영제를 주입하는 경우도 있다.

근골격계 질환의 진단에서 컴퓨터 단층촬영은 방사선 투과 영상과 단면 재구성 기술을 통해 뼈와 주변 연부 조직의 정밀한 구조를 평가하는 데 필수적인 영상 기법이다. 특히 골절의 평가에 있어서 단순 X선 촬영으로는 확인하기 어려운 복잡한 부위의 골절선, 골편의 위치 및 관절면 침범 여부를 명확히 보여준다. 이는 척추, 골반, 발목 관절 및 손목 관절과 같은 구조가 복잡한 부위의 외상 평가에서 진단적 가치가 매우 높다.

관절염이나 골종양과 같은 질환의 평가에도 널리 활용된다. CT는 퇴행성 관절염에서의 골극 형성, 류마티스 관절염에서의 골미랄 소실 정도, 그리고 골종양의 정확한 위치, 크기, 주변 뼈나 연부 조직으로의 침범 범위를 상세히 보여준다. 또한 골수염 진단 시 뼈 내부의 괴사 조직이나 농양 형성을 확인하는 데 도움을 준다.

수술 전 계획 수립에서도 CT의 역할은 중요하다. 척추 고정술이나 관절 치환술과 같은 정형외과적 수술을 앞둔 환자에게 시행하여, 해부학적 구조를 3차원으로 재구성함으로써 수술 경로를 사전에 계획하고 적합한 보형물의 크기와 삽입 각도를 결정하는 데 필요한 정보를 제공한다. 이는 수술의 정확성과 안전성을 높이는 데 기여한다.

컴퓨터 단층촬영의 가장 큰 장점은 인체 내부의 해부학적 구조를 비침습적으로 매우 선명하고 상세하게 보여줄 수 있다는 점이다. X선 단순 촬영이 2차원적인 중첩 영상을 제공하는 반면, CT는 횡단면을 포함한 다양한 각도의 단층 영상을 생성하여 장기나 병변의 정확한 위치, 크기, 모양, 주변 구조물과의 관계를 3차원적으로 평가할 수 있게 한다. 이는 특히 복잡한 구조를 가진 뇌나 흉부, 복부 등의 질환 진단에 필수적이다.

또한 검사 속도가 매우 빠르다는 점이 큰 강점이다. 현대의 다중검출기 CT는 수 초 내에 광범위한 부위를 촬영할 수 있어, 뇌출혈이나 복부 외상과 같이 시간이 촉박한 응급 상황에서 신속한 진단과 치료 결정을 가능하게 한다. 환자의 호흡이나 움직임에 의한 영상의 품질 저하를 최소화할 수 있어, 호흡을 오래 참기 어려운 환자에게도 유용하다.

CT는 골격을 포함한 다양한 조직에 대해 높은 대조도를 제공한다. 폐의 미세한 결절, 간의 종양, 신장 결석, 복잡한 골절 등 광범위한 질환을 검출하는 데 탁월하다. 특히 조영제를 사용한 조영 증강 검사를 통해 혈관 구조를 시각화하거나 병변의 혈류 양상을 평가할 수 있어, 암의 진단 및 병기 결정에 중요한 정보를 제공한다.

마지막으로, 얻어진 데이터를 후처리하여 3차원 재구성 영상이나 가상 내시경 등을 만들 수 있어, 수술 전 계획 수립이나 최소 침습 시술의 가이드로 활용될 수 있다. 이는 외과의사나 시술 의사에게 환자의 개별적인 해부학을 사전에 정밀하게 파악할 수 있는 기회를 제공한다.

컴퓨터 단층촬영의 가장 큰 단점은 방사선 피폭이다. CT는 일반 X선 촬영에 비해 훨씬 높은 양의 방사선을 사용하여 단면 영상을 생성한다. 이로 인해 환자는 한 번의 검사로도 상당한 방사선에 노출될 수 있으며, 특히 반복적인 검사나 어린이, 청소년의 경우 누적 피폭량에 대한 우려가 제기된다. 방사선 피폭은 DNA 손상을 유발하여 장기적으로 암 발생 위험을 증가시킬 수 있다는 점에서 검사의 필요성과 위험을 신중히 저울질해야 한다.

또 다른 단점으로는 조영제 사용과 관련된 위험성을 들 수 있다. 혈관이나 장기의 구조를 더 선명하게 보기 위해 사용되는 요오드 함유 조영제는 일부 환자에게 알레르기 반응을 일으킬 수 있다. 드물지만 심한 경우 아나필락시스 쇼크와 같은 중증 과민반응이 발생할 수 있다. 또한, 신장 기능이 저하된 환자의 경우 조영제가 신장에 부담을 주어 조영제 신병증을 유발할 위험이 있다.

CT 영상의 한계도 존재한다. CT는 골절이나 석회화, 공기와 같은 조직 간 밀도 차이가 큰 구조물을 보는 데는 매우 우수하지만, 연부 조직 간의 대비는 자기공명영상(MRI)에 비해 떨어진다. 예를 들어, 뇌의 백질과 회질을 명확히 구분하거나, 연골, 인대, 건과 같은 구조물을 평가하는 데는 MRI가 더 적합한 경우가 많다. 또한, CT는 정지된 해부학적 구조를 보여주는 데 특화되어 있어, 기관의 기능이나 대사 상태를 평가하는 데는 양전자방출단층촬영(PET)과 같은 기능적 영상법이 필요하다.

마지막으로, 검사 과정에서 발생할 수 있는 불편함이나 위험이 있다. CT 촬영 중에는 움직이지 말아야 하므로 통증이 심하거나 불안해하는 환자, 어린이의 경우 진정이 필요할 수 있다. 또한, 밀실공포증이 있는 환자에게는 좁은 가속기 터널에 들어가는 것이 스트레스 요인이 될 수 있다. 따라서 이러한 단점과 위험성을 고려하여, 의사는 환자의 상태와 진단적 필요성에 따라 CT 검사의 적절성을 판단하게 된다.

자기공명영상은 자기장과 라디오파를 이용하여 인체 내부의 단면 영상을 얻는 영상 의학 기법이다. 컴퓨터 단층촬영이 X선을 이용하는 것과 달리, MRI는 인체 내 풍부한 수소 원자핵의 자기적 성질을 활용한다. 강력한 자기장 안에 환자를 위치시키면 수소 원자핵이 정렬되고, 여기에 특정 주파수의 라디오파를 쏘아주면 원자핵이 에너지를 흡수했다가 다시 방출하는 신호를 검출기가 포착한다. 이 신호를 컴퓨터로 처리하여 해부학적 구조를 매우 선명하게 보여주는 영상으로 재구성한다.

MRI의 가장 큰 장점은 방사선을 사용하지 않는다는 점이다. 따라서 임산부나 어린이에게 상대적으로 안전하게 반복 검사가 가능하며, 연부 조직 간의 대비도가 매우 우수하다. 특히 뇌와 척수를 포함한 중추신경계, 관절, 인대, 근육 등의 영상화에 탁월하다. 또한 혈관의 형태와 혈류를 조영제 없이도 확인할 수 있는 자기공명혈관조영술과 뇌의 기능적 활동을 보여주는 기능적 자기공명영상 같은 고급 기법도 가능하다.

반면, MRI는 검사 시간이 길고(보통 30분에서 1시간), 좁고 폐쇄된 공간에서 진행되기 때문에 유발공포증이 있는 환자에게는 어려움이 있다. 또한 강력한 자기장을 사용하기 때문에 심박조율기나 특정 금속 임플란트를 가진 환자는 검사가 제한될 수 있다. 장비와 유지보수 비용이 매우 고가이며, 골절이나 석회화 병변, 폐 실질의 평가에는 컴퓨터 단층촬영에 비해 상대적으로 제한적이다.

양전자방출단층촬영(PET)은 컴퓨터 단층촬영과는 다른 원리를 사용하는 핵의학 영상 기법이다. CT가 외부에서 조사한 X선의 흡수 차이를 측정하는 반면, PET은 환자 몸속에 주입된 방사성 동위원소 표지 약물(방사성의약품)이 방출하는 감마선을 검출하여 그 분포를 영상화한다. 이 방사성의약품은 일반적으로 포도당과 유사한 물질에 방사성 표지를 한 것으로, 암 세포나 활발히 활동하는 뇌 세포처럼 대사가 왕성한 조직에 많이 모이게 된다. 따라서 PET은 질병의 형태학적 변화보다는 생리적, 대사적 기능 상태를 평가하는 데 강점을 지닌다.

PET 검사는 종종 CT나 자기공명영상(MRI)과 결합하여 사용된다. PET-CT는 PET의 기능적 정보와 CT의 해부학적 정보를 하나의 영상으로 통합함으로써, 특히 종양학 분야에서 암의 정확한 위치, 크기, 대사 활성도를 종합적으로 판단하는 데 필수적인 장비가 되었다. 예를 들어, 암의 전이 여부를 확인하거나, 항암 치료의 효과를 조기에 평가하는 데 유용하게 활용된다. 또한, 심장학에서는 심근의 생존 능력을 평가하고, 신경학에서는 알츠하이머병이나 간질 등의 진단에 도움을 준다.

PET 검사의 가장 큰 단점은 방사선 피폭량이 CT보다 상대적으로 높을 수 있다는 점과, 사용되는 방사성의약품의 반감기가 짧아 생산 시설(사이클로트론)과 검사 장비가 근처에 위치해야 한다는 실용적 제약이 있다는 것이다. 또한, 해상도가 CT나 MRI에 비해 낮아 미세한 구조를 보는 데는 한계가 있다. 이러한 이유로 PET은 단독으로 사용되기보다는 주로 CT와의 융합 영상으로 임상에서 널리 활용되고 있다.