A new fast NMR imaging modality using the steady state free precession (SSFP) technique is proposed. Since the SSFP technique utilizes both longitudinal and transversal spin magnetizations for NMR signal formation, the pulse repetition time in the SSFP technique can be greatly reduced with much bigger NMR signal strength compared with conventional spin echo technique which utilizes only longitudinal spin magnetization for NMR signal formation. With efficient reduction of pulse repetition time using the SSFP technique, the scan time for a 2-dimensional image has been greatly reduced down to less than 10 seconds from several minutes of the conventional spin echo NMR imaging technique. In addition, two different NMR signals, so-called FID and echo signals, are simultaneously generated in the proposed fast NMR imaging technique. The two NMR signals can be used either for the reconstruction of two NMR images with different kinds of contrast or for the precise spatial mapping of magnetic field inhomogeneity. For further reduction of the scan time of 3-dimensional imaging, a new volume selection technique using a radial magnetic field is proposed. By combining the volume selection technique with the proposed fast NMR imaging technique, the scan time of 3-dimensional imaging has been greatly reduced down to several minutes. A scheme for the generation of the radial magnetic field is also proposed and verified by both computer simulations and experiments. The proposed techniques have been implemented in the KAIS 2.0 tesla NMR imaging system and the experimental results are presented with related theoretical works and computer simulation results. The proposed fast NMR imaging technique has been applied to the in-vivo spectroscopic imaging of proton and phosphorus. Experimental results of the spectroscopic imaging are also presented.
고자계 초전도 핵자기공명 영상장치의 개발로 핵자기 공명 영상의 질이 매우 향상되어 핵자기 공명 영상법은 중요한 의료 영상법의 하나로 임상진단에 널리 사용되기 시작하였다. 핵자기 공명 영상은 인체내 원자들의 밀도뿐만 아니라 여러 가지 화학적 특성에 대한 정보도 내포하고 있어 기존의 다른 의료 영상에 비하여 비정상세포를 훨씬 높은 신뢰도로 감별해 낸다. 그러나 핵자기 공명 영상법은 영상시간이 상대적으로 긴 취약점을 가지고 있다.
본 논문에서는 핵자기 공명 분광법에서 사용되어 온 SSFP(Steady State Free Precession) 기법을 핵자기 공명 영상법과 결합하여 핵자기공명 영상시간을 단축하는 방법을 제안하였다. 이 SSFP 고속 핵자기 공명 영상기법을 사용하여 10초 이내의 영상시간으로 고 신뢰도의 2차원 핵자기 공명 영상을 얻게 되었다. 뿐만 아니라 SSFP 기법으로 발생되는 두 가지 핵자기 공명 신호를 동시에 취득할수 있는 영상기법을 개발하여 짧은 영상시간으로 원자의 화학적 특성에 대한 서로 다른 정보를 가지고 있는 두개의 영상을 동시에 얻을 수 있게 되었다. 3차원 핵자기 공명 영상시간을 더욱 단축시키기 위해 방사형 경사자계를 이용한 체적선택법을 제안하고 이를 SSFP 고속 핵자기 공명 영상법과 결합하였다. 이 체적선택법과 결합된 SSFP 고속 핵자기 공명 영상법으로 전체 체적내 관심이 있는 특정한 국부체적만에 대한 고 해상도의 3차원 핵자기 공명 영상을 수 분대의 영상시간으로 수행할 수 있게 되었다. 그리고 SSFP 기법으로 발생되는 두 가지 핵자기 공명 신호의 간섭효과를 이용하여 핵자기 공명 영상에 사용되는 자계의 균일도를 고속으로 영상할 수 있는 기법을 제안하였다.
마지막으로 SSFP 기법을 원자의 화학천이에 대한 정보를 얻어내는 핵자기 공명 분광 영상기법의 영상시간을 단축하는데 응용하였다. 제안한 방법으로 인체내 수소원자 및 인 원자에 대한 분광 영상을 보다 짧은 영상시간으로 얻을 수 있게 되었다.
본 영상시스템 연구실에 설치된 2.0 Tesla 핵자기 공명 영상장치를 이용하여 제안한 모든 핵자기 공명 영상기법들에 대한 실험적인 검증을 하였고 그의 실험결과를 제시하였다.
