Arterial spin labeling (ASL) is a promising MRI technique that utilizes blood water spins as an endogenous tracer to noninvasively measure tissue perfusion. Since only a small fraction of blood can be labeled compared to the whole tissue volume and since the lifetime of magnetically labeled blood spins follows T1 decay after labeling, ASL inherently suffers from low signal-to-noise ratio (SNR) and is sensitive to tissues with heterogeneous arterial transit times (ATT). Recently, balanced steady-state free precession (bSSFP) imaging has been proposed as a readout sequence for ASL to provide high signal-to-noise ratio (SNR) and spatial resolution while reducing susceptibility artifacts, however, the spatial coverage of ASL with bSSFP readout is limited since perfusion signals decay as bSSFP reaches the steady-state.
This dissertation focuses on the development of ASL with bSSFP readout to overcome the limitations of current ASL perfusion imaging method and to develop ASL for routine clinical usage in the future. First, methods to improve the spatial coverage of pseudo-continuous ASL (pCASL) with bSSFP readout are introduced for distortion-free, high resolution whole-brain perfusion imaging. Second, a new strategy that utilizes inter-slice blood flow and magnetization transfer (MT) effects in 2D multi-slice bSSFP imaging termed alternate ascending/descending directional navigation (ALADDIN) is investigated to simultaneously acquire perfusion, MT asymmetry (MTA), and MT ratio (MTR) maps in the whole-brain while overcoming the limitations of conventional pCASL imaging. Lastly, the control scans of pCASL are investigated at various labeling conditions and new strategies are introduced to improve the sensitivity and reliability of ASL imaging. The proposed methods allow to acquire perfusion maps with wide spatial coverage, reduced sensitivity to heterogeneous ATT, and improved signal sensitivity and SNR using ASL with bSSFP readout.
동맥스핀라벨링은 체내 동맥스핀을 표지하여 비침습적으로 관류를 측정할 수 있게 해 주는 촉망받는 자기공명영상기술이다. 하지만 이 기술은 본질적으로 낮은 신호대잡음비를 보이고 불균일한 동맥주행시간을 가지는 조직에 민감하다는 단점이 있다. 최근 항정상태자유세차기법을 동맥스핀라벨링의 영상 시퀀스로 이용하여 높은 신호대잡음비 및 해상도와 더 적은 자화율인공물을 가지는 방법이 제안되어졌으나, 이 방법은 항정상태에 가까워질수록 관류 신호가 감소하기 때문에 촬영영상영역이 제한된다는 단점이 있다.
본 학위논문에서는 기존 동맥스핀라벨링의 한계를 극복하고 임상 사용을 돕기 위하여 항정상태자유세차기법을 이용한 동맥스핀라벨링 기반 관류 자기공명영상 기법을 발전시키는 방법들을 다루고자 한다. 첫번째로, 항정상태자유세차기법을 이용한 가연속 동맥스핀라벨링으로 영상 왜곡이 없고 해상도가 높으며 뇌 전체 촬영이 가능한 방법들을 소개한다. 두번째로, 항정상태자유세차기법 다중절편영상의 단면 간 관류/자화전이 신호를 연구하여 두 영상을 동시에 얻으면서 기존 가연속 동맥스핀라벨링의 한계를 극복할 수 있는 방법을 제시한다. 마지막으로, 가연속 동맥스핀라벨링의 컨트롤 영상을 연구하여 관류 신호 민감도와 신뢰도를 높일 수 있는 방법들을 소개하고자 한다.
