In this thesis, the effects of flow on NMR images are studied. The effects of flow appear as a change of phase as well as signal intensity. Since the flows of blood and cerebrospinal fluid (CSF) of human body are pulsatile due to heart pumping, their velocities are not constant during NMR imaging. This type of velocity fluctuation induces irregular flow-dependent phase shifts which have been the main causes of flow artifacts in NMR imaging.
In order to reduce the flow artifacts, two kinds of flow artifact reduction schemes are proposed and studied in this thesis. One is the flow-induced phase compensating technique. This technique utilizes back-to-back symmetric gradient waveforms which can remove flow-induced phase shift. The flow compensating pulse sequence for double spin echo is also proposed for the simultaneous acquisition of spin density and heavily $T_2$-weighted images. The technique seems to be promising for the reduction of eyeball and respiratory motion artifacts. The other approach is the cardiac cycle ordered phase encoding method. This technique utilizes the cardiac cycle as a precursor for the phase encoding gradients in such a way as does the respiratory ordered phase encoding (ROPE) technique which has been used for respiratory motion artifact reduction. This approach seems to be advantageous in the sense that the method is easy to implement in any pulse sequences without additional hardware requirements. Both of the proposed techniques were verified by the experimental results obtained with human volunteers using the KAIS 2.0 tesla whole-body NMR imaging system.
The effects of diffusion which can be regarded as a kind of microscopic flows are also studied. In particular, the signal attenuation due to the diffusion in the fast steady state free precession (SSFP) sequence is theoretically analyzed and it is shown that the signal attenuation is dependent on spin-spin relaxation time $T_2$ and flip angle. Finally, a new fast diffusion coefficient mapping technique using SSFP sequence is proposed.
本 論文에서는 核磁氣 共鳴 映像에서 流速의 影響이 考察되었다. 流速의 影響은 信號의 크기와 位相의 變化로 나타난다. 人體의 映像에서는 血流나 CSF의 흐름이 心臟 拍動에 起因하므로 그 速度가 一定하지않고 따라서 流速에 의해 誘起되는 位相의 遷移가 一定하지않게된다. 이는 映像의 artifact를 만들어 質을 低下시키는 主要 原因이 된다. 이 artifact를 줄이기 위하여 몇가지 方法들이 使用되어 왔으나 一般的으로 使用하기에는 制限이 있다. 本 論文에서는 이를 改善하기 위하여 두가지 方法을 提案하였다. 하나는 流俗에 의해 誘起되는 位相을 0으로 만듬으로써 根本的으로 解決하는 方法이며 또 하나는 心臟 拍動의 周期에 따라 fluctuating하는 位相 函數를 느리게 變하는 函數가 되도록 位相 符號化함으로써 改善하는 方法이다. 前者는 比較的 强한 gradient system을 要求하지만 血流나 CSF의 흐름뿐 아니라 呼吸이나 眼球의 運動에 의한 artifact까지 줄일 수 있는 長點이 있다. 反面 後者는 現在의 hardware로 pulse sequence 의 制限없이 使用할 수 있는 長點이 있다. 提案한 두 方法의 妥當性을 컴퓨터 模擬 實驗과 KAIS 2.0 tesla 超電導 映像 system에서 遂行된 人體 實驗을 통하여 立證하였다.
또 하나의 硏究 主題로서 아직까지 밝혀져 있지 않던 高速 SSFP映像法에서 物體의 擴散이 미치는 影響을 다루었다. 高速 SSFP映像法에서 物體의 擴散에 의한 信號 減殺은 spin echo映像法에서와는 달리 flip angle과 $T_2$ 弛緩 時間에 影響받음을 理論的 解釋과 컴퓨터 模擬 實驗을 통해 분석하였다.
