Phase imaging is now widely used for anatomical MRI of its own or its derivative forms such as susceptibility-weighted imaging or quantitative susceptibility mapping. The sources of phase signals are differences in the resonance frequency of magnetization in different tissues. Applying off-resonance RF pulses saturate magnetizations of proton spins bound to macromolecules, which are distributed in a wide frequency spectrum and exchange with proton spins in the free water pool, a mechanism called magnetization transfer (MT). Therefore, it is possible that the phase signals can be affected by MT, however, the relationship between MT and phase signals are not explored well.
While phase imaging is often performed with gradient recalled echo, recent preliminary studies showed promising phase signals by using balanced steady state free precession (bSSFP) rather than GRE because of the existence of steep phase change regions called transition bands. However, these transitions bands exist only in limited areas, therefore it is required to develop methods to extend the high phase contrast regions in the whole imaging area.
This dissertation focuses on investigating the relationship between MT and phase signals using the bSSFP sequence. First, multiple phase-cycled bSSFP is proposed to improve the spatial coverage of the bSSFP phase imaging for distortion-free and high phase contrast in the whole brain. Second, to quantitatively understand the relationship between MT and phase signals, a new strategy of quantitative magnetization transfer imaging is suggested using inter-slice bSSFP MT scheme and dictionary-based parameter mapping, which may allow us to overcome the limitations of long scan time and long processing time, respectively. Lastly, the relationship between bSSFP phase signals and MT will be investigated under various conditions. Preliminary trials showed some promising results for the proposed studies.
자기공명 영상장치를 이용한 위상 영상은 해부학적 정보를 관찰하는데 널리 쓰이고 있고, 자화강조영상, 정량적 자화도 영상화와 같은 영상기법에 이용될 수 있다. 이러한 위상 영상은 조직들이 저마다 다르게 가지고 있는 양자의 이탈공명 주파수를 신호의 근원으로 한다. 한편, 자유롭게 돌아다니는 양자와 고분자체에 붙어있는 양자 사이의 자화 교환을 신호 근원으로 하는 자화전이 영상기법은 조직 고분자체에 붙어있는 양자가 형성하는 넓은 이탈공명 주파수 특성으로부터 대조도를 얻는다. 형성된다. 이렇듯 위상 영상과 자화전이 영상 모두 이탈공명 주파수를 공통점으로 갖는다는 측면에서 자화전이 현상이 위상 정보에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 있음에도 불구하고 그 관계성에 대해서는 학계에서 연구가 이루어진 바가 없다.
최근 대부분 위상 영상화를 위하여 많이 쓰이는 gradient recalled echo(GRE) 영상기법 이외에 bSSFP라는 고속촬영 기법으로 위상 영상화를 시도한 연구가 있었는데, 좋은 위상 대조도를 보여주는 영역에 제약이 있어 그 활용이 제한이 있었다.
본 학위논문에서는 아직 학계에서 논의된 바 없는 자기공명 위상 신호와 자화전이 현상 사이에 연관성에 대해 알아보고 자화전이 현상이 어떻게 위상신호에 영향을 미치는지 bSSFP라는 고속촬영 기법을 활용하여 밝히고자 한다. 첫째로, bSSFP 위상 영상기법이 가지는 위상영상 영역의 제약을 해결하기 위한 방법들을 소개한다. 두번째로, 정량적 자화전이 영상기법의 긴 촬영시간과 긴 데이터처리 시간의 두가지 문제점을 해결하기 위한 방법을 제시한다. 마지막으로, 자화전이 현상이 위상 신호에 미칠 수 있는 영향을 연구하여 그 연관성을 밝히고자 한다.
