In recent years, several volume selection methods have been used for $^1H$ and $^{31}P$ MR spectroscopy in vivo. Most volume selection methods, however, suffer from $T_2$ decay in the volume of interest (VOI) due to the relatively long selection time. In this paper, three 3-dimensional localized volume selection techniques, the spiral scanning, the radial scanning, and water suppressed volume selection with radial gradient coil, are proposed using radial gradient field for in vivo NMR spectroscopy. In spiral and radial scanning techniques, volume selection is achieved by using a single rf pulse in each sequence thereby minimizes $T_2$ decay during the selection time. These techniques utilizes an additional radial gradient coil and two-dimensional interlaced scanning in the k-space. For water suppressed spectroscopy, spin echo and CHESS sequence are combined to the volume selection scheme using radial gradient coil.
Depending on the nuclei of interest, proper trajectory in 2-D k-space can be selected. In $^1H$ spectroscopy, spiral scanning was adopted to minimize the number of interlacings, while in the $^{31}P$ spectroscopy that has wide spectral range and very short $T_2$ components radial scanning was adopted to improve the volume selectivity with the given gradient strengths. The proposed methods are derived theoretically and computer simulation was performed to prove them.
The techniques were implemented with the radial gradient coil of 40cm diameter in KAIS 2.0T MRI system. Experiments are performed with phantoms as well as human volunteers and promising results were obtained in both volume localized $^1H$ and $^{31}P$ spectroscopies in vivo.
The proposed methods appear simple and accurate in localizing a volume which would be used as localized spectroscopy.
최근 생체에서의 수소와 인산의 국소체적 선택에 의한 MR스펙트럼 연구가 활발히 이루어졌다. 그러나 대부분의 체적 선택기법들이 체적을 선택하는데 시간이 길어서 $T_2$시간 감소에 의한 신호약화의 영향을 받아 왔었다. 본 논문에서는 기존의 방법들이 갖고 있던 그러한 단점들을 해소하기 위하여 방사형 자계코일을 도입, 스파이럴과 방사형 스캔에 의한 3차원 체적 선택방법을 제안하였다.
선택되어지는 핵의 종류에 따라서 스캔의 형태가 정해지는데, 수소에 대한 스팩트럼 관찰을 위하여 스파이럴 스캔 방법이, 인산에 대한 스팩트럼 관측을 위하여 방사형 스캔 방법이 적용되었다. 제안된 방법에 대하여 컴퓨터상에서 시뮬레이션을 실시하였는데, 체적 선택도와 $T_2$감소에 의한 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 이러한 방법을 KAIS 2.0T MRI 시스템에서 40cm지름을 갖는 방사형 자계코일을 사용하여 실험적으로 증명하였다. 모형과 사람에 적용한 결과 수소와 인산 모두에 대하여 좋은 결과를 보여주었다.