Abstract Chemical shift based methods are often used to achieve uniform water–fat separation that is insensitive to B o inhomogeneities. Many spin‐echo (SE) or fast SE (FSE) approaches acquire three echoes shifted symmetrically about the SE, creating time‐dependent phase shifts caused by water–fat chemical shift. This work demonstrates that symmetrically acquired echoes cause artifacts that degrade image quality. According to theory, the noise performance of any water–fat separation method is dependent on the proportion of water and fat within a voxel, and the position of echoes relative to the SE. To address this problem, we propose a method termed “iterative decomposition of water and fat with echo asymmetric and least‐squares estimation” (IDEAL). This technique combines asymmetrically acquired echoes with an iterative least‐squares decomposition algorithm to maximize noise performance. Theoretical calculations predict that the optimal echo combination occurs when the relative phase of the echoes is separated by 2π/3, with the middle echo centered at π/2+π k ( k = any integer), i.e., (–π/6+π k , π/2+π k , 7π/6+π k ). Only with these echo combinations can noise performance reach the maximum possible and be independent of the proportion of water and fat. Close agreement between theoretical and experimental results obtained from an oil–water phantom was observed, demonstrating that the iterative least‐squares decomposition method is an efficient estimator. Magn Reson Med, 2005. © 2005 Wiley‐Liss, Inc.

Abstract Multiecho chemical shift–based water‐fat separation methods are seeing increasing clinical use due to their ability to estimate and correct for field inhomogeneities. Previous chemical shift‐based water‐fat separation methods used a relatively simple signal model that assumes both water and fat have a single resonant frequency. However, it is well known that fat has several spectral peaks. This inaccuracy in the signal model results in two undesired effects. First, water and fat are incompletely separated. Second, methods designed to estimate T in the presence of fat incorrectly estimate the T decay in tissues containing fat. In this work, a more accurate multifrequency model of fat is included in the iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least‐squares estimation (IDEAL) water‐fat separation and simultaneous T estimation techniques. The fat spectrum can be assumed to be constant in all subjects and measured a priori using MR spectroscopy. Alternatively, the fat spectrum can be estimated directly from the data using novel spectrum self‐calibration algorithms. The improvement in water‐fat separation and T estimation is demonstrated in a variety of in vivo applications, including knee, ankle, spine, breast, and abdominal scans. Magn Reson Med 60:1122–1134, 2008. © 2008 Wiley‐Liss, Inc.

This work describes a new approach to multipoint Dixon fat-water separation that is amenable to pulse sequences that require short echo time (TE) increments, such as steady-state free precession (SSFP) and fast spin-echo (FSE) imaging. Using an iterative linear least-squares method that decomposes water and fat images from source images acquired at short TE increments, images with a high signal-to-noise ratio (SNR) and uniform separation of water and fat are obtained. This algorithm extends to multicoil reconstruction with minimal additional complexity. Examples of single- and multicoil fat-water decompositions are shown from source images acquired at both 1.5T and 3.0T. Examples in the knee, ankle, pelvis, abdomen, and heart are shown, using FSE, SSFP, and spoiled gradient-echo (SPGR) pulse sequences. The algorithm was applied to systems with multiple chemical species, and an example of water-fat-silicone separation is shown. An analysis of the noise performance of this method is described, and methods to improve noise performance through multicoil acquisition and field map smoothing are discussed.