The nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon has been applied to the area of chemistry since the 1940's. Its application has mainly been in NMR spectroscopy for the analysis of chemical compounds. The NMR spectrum which is measured with an NMR spectrometer is a result of the chemical shift which is an intrinsic characteristic of chemical compounds.
Recently, however, NMR has evolved into the area of imaging. This development of NMR tomographic imaging has made three dimensional imaging of an object possible. NMR imaging means the spatial mapping of the distribution of a certain nucleus together with its relaxation time constants, i.e., $T_1$ and $T_2$. In the imaging process, homogeneity of the main magnetic field is linearly distorted for the spatial mapping in both two ro three dimensions. In conjunction with the spatial mapping of the nuclear distribution, NMR spectral information can be resolved at each spatial position; this is called Nmr spectroscopic imaging or chemical-shift imaging. This chemical-shift imaging is a new area believed to have significant impacts on physics, chemistry, mechanics, and medicine. To obtain thsi 4-dimensional information, i.e., 3-dimensional spatial information together with 1-dimensional spectral information, "NMR chemical-shift imaging" has been developed. This generic term of NMR chemical-shift imaging may be subdivided into chemical-shift selective imaging, 4-dimensional Fourier imaging, echo-time encoded spectroscopic imaging, and 4-dimensional projection reconstruction.
In this thesis, both advantages and limitations of these chemical-shift imaging methods will be discussed from both theoretical and experimental view points.
Finally, various perturbations such as static field inhomogeneity, chemical shift, and magnetic susceptibility will be discussed and their characteristic behaviors and effects on imaging will be detailed.
핵자기 공명 NMR 현상은 1940년대에 처음 발견된 이래로 주로 화학 분야에서 NMR 화학.천이현상 (NMR Chemical Shift)을 측정하는 NMR 분광법 (NMR Spectroscopy)에 의한 화합물의 분석에 많이 이용되어 왔다.
1970년대에 들어서 면서 Computer의 발달로 인한 3차원 영상법과 단층촬영술이 발명됨으로서 인체나 어떤 물질의 내부를 자르지 않고 볼 수 있는 영상장치들이 개발되었는데 이와함께 NMR 도 3차원 영상법의 한 수단으로 이용되기 시작하였다. NMR 영상은 NMR 현상을 갖는 원자 (즉 spin )의 분포 뿐만이 아니고 $T_1$,$T_2$와 같은 물리적 특성까지도 영상화 할 수 있다는 큰 장점을 지니고 있다.
이처럼 NMR 은 화학적인 NMR천이현상을 측정하여 화합물의 분석에 이용될 뿐만 아니라 spin의 3차원 분포를 영상화 하는 데도 쓰이는데 본 논문에서는 이 두가지를 함께 할 수 있는 NMR분광 영상법 (또는 NMR 화학 천이 영상법)에 대하여 연구하였다.
NMR분광 영상법은 3차원 공간내의 임의의 각 위치에 있는 spin 들의 NMR 화학천이를 측정해 내는 방법으로 결국 4차원 영상법이 되는 셈이다. 지금까지 연구된 NMR분광 영상법에는 화학천이선택 영상법, 4차원 Fourier 영상법, Echo시간코딩 분광 영상법, 4차원 투영정보 재구성법등이 있는데 본 논문에서 제안되고 실험적으로 연구된 화학천이선택 영상법과 Echo시간 코딩분광 영상법은 현재 널리 쓰이고 있는 NMR 분광 영상법이다.
NMR 분광 영상을 얻기 위하여는 강한 자장과 우수한 자장 균일도가 보장되어야 하는데 본 논문연구에 이용된 자장의 세기는 초전도 자석에 의한 2.0 Tesla 로서 NMR 몸통 영상용으로는 현재 세계에서 가장 강한 자장이다.
또한 자장의 균일도도 다른 상자석에 비하여 훨씬 좋으나 (30 cm DSV 에서 5 ppm이내) NMR 분광 영상을 위해서는 1 ppm 이내의 균일도가 요구되므로 이에 대한 문제점과 보완 방법등이 본 논문에서 검토되었다.
NMR 분광 영상을 얻고자 하는 인체나 물체 내부 각 부위의 Magnetic Susceptibility가 다름으로 해서 생기는 자장의 불균일을 측정하는 방법도 제안되었다.
본 논문에서 제안된 모든 방법의 타당성및 응용성을 증명하기 위하여 한국과학기술원 전기및 전자공학과 영상시스템 연구실에 개발 설치된 2.0 Tesla 초전도 NMR 영상 시스템을 이용한 실험이 수행되었다.
