FAST UPPER AIRWAY MRI OF SPEECH by Yoon-Chul Kim A Dissertation Presented to the FACULTY OF THE USC GRADUATE SCHOOL UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA

x Chapter 1: Introduction 1 1.1 Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Chapter 2: MRI Background 6 2.1 MRI Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.1 Basic Pulse Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.1.1 Excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.1.2 Readout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.2 k-space Trajectories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2.1 Practical Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2.2 2D Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2.3 3D Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 Accelerated Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.1 Parallel Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.2 Compressed Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3 Upper Airway Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3.1 Air-tissue Magnetic Susceptibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3.2 Motion of Articulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.3.3 Imaging Tradeoffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3.4 Upper Airway MRI of Speech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3.4.1 3D MRI of Sustained Speech . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3.4.2 Real-time MRI of Fluent Speech . . . . . . . . . . . . . . 28 Chapter 3: EPI Artifact Correction for Real-time MRI 31 3.