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.

Musculoskeletal MRI at 3.0 T: Relaxation Times and Image ContrastGarry E. Gold1, Eric Han2, Jeff Stainsby3, Graham Wright3, Jean Brittain2 and Christopher Beaulieu1Audio Available | Share

Quantification of hepatic steatosis is a significant unmet need for the diagnosis and treatment of patients with nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). MRI is capable of separating water and fat signals in order to quantify fatty infiltration of the liver (hepatic steatosis). Unfortunately, fat signal has confounding T(1) effects and the nonzero mean noise in low signal-to-noise ratio (SNR) magnitude images can lead to incorrect estimation of the true lipid percentage. In this study, the effects of bias from T(1) effects and image noise were investigated. An oil/water phantom with volume fat-fractions ranging linearly from 0% to 100% was designed and validated using a spoiled gradient echo (SPGR) sequence in combination with a chemical-shift based fat-water separation method known as iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least squares estimation (IDEAL). We demonstrated two approaches to reduce the effects of T(1): small flip angle (flip angle) and dual flip angle methods. Both methods were shown to effectively minimize deviation of the measured fat-fraction from its true value. We also demonstrated two methods to reduce noise bias: magnitude discrimination and phase-constrained reconstruction. Both methods were shown to reduce this noise bias effectively from 15% to less than 1%.

A magnetization-prepared, T2-weighted sequence (T2 Prep) is used to suppress muscle and venous structures. When combined with lipid suppression, this technique improves the visualization of the coronary arteries. T2 Prep was designed to be rebust in the presence of flow as well as B0 and B1 inhomogeneities and may be combined with virtually any imaging technique. Here, it is implemented with both a single-slice spiral acquisition and a multi-slice spiral method that acquires up to 15 slices in a single breath-holding interval.

Abstract Purpose To describe and demonstrate the feasibility of a novel multiecho reconstruction technique that achieves simultaneous water‐fat decomposition and T2* estimation. The method removes interference of water‐fat separation with iron‐induced T2* effects and therefore has potential for the simultaneous characterization of hepatic steatosis (fatty infiltration) and iron overload. Materials and Methods The algorithm called “T2*‐IDEAL” is based on the IDEAL water‐fat decomposition method. A novel “complex field map” construct is used to estimate both R2* (1/T2*) and local B 0 field inhomogeneities using an iterative least‐squares estimation method. Water and fat are then decomposed from source images that are corrected for both T2* and B 0 field inhomogeneity. Results It was found that a six‐echo multiecho acquisition using the shortest possible echo times achieves an excellent balance of short scan and reliable R2* measurement. Phantom experiments demonstrate the feasibility with high accuracy in R2* measurement. Promising preliminary in vivo results are also shown. Conclusion The T2*‐IDEAL technique has potential applications in imaging of diffuse liver disease for evaluation of both hepatic steatosis and iron overload in a single breath‐hold. J. Magn. Reson. Imaging 2007;26:1153–1161. © 2007 Wiley‐Liss, Inc.

Purpose To prospectively compare an investigational version of a complex-based chemical shift–based fat fraction magnetic resonance (MR) imaging method with MR spectroscopy for the quantification of hepatic steatosis. Materials and Methods This study was approved by the institutional review board and was HIPAA compliant. Written informed consent was obtained before all studies. Fifty-five patients (31 women, 24 men; age range, 24–71 years) were prospectively imaged at 1.5 T with quantitative MR imaging and single-voxel MR spectroscopy, each within a single breath hold. The effects of T2* correction, spectral modeling of fat, and magnitude fitting for eddy current correction on fat quantification with MR imaging were investigated by reconstructing fat fraction images from the same source data with different combinations of error correction. Single-voxel T2-corrected MR spectroscopy was used to measure fat fraction and served as the reference standard. All MR spectroscopy data were postprocessed at a separate institution by an MR physicist who was blinded to MR imaging results. Fat fractions measured with MR imaging and MR spectroscopy were compared statistically to determine the correlation (r2), and the slope and intercept as measures of agreement between MR imaging and MR spectroscopy fat fraction measurements, to determine whether MR imaging can help quantify fat, and examine the importance of T2* correction, spectral modeling of fat, and eddy current correction. Two-sided t tests (significance level, P = .05) were used to determine whether estimated slopes and intercepts were significantly different from 1.0 and 0.0, respectively. Sensitivity and specificity for the classification of clinically significant steatosis were evaluated. Results Overall, there was excellent correlation between MR imaging and MR spectroscopy for all reconstruction combinations. However, agreement was only achieved when T2* correction, spectral modeling of fat, and magnitude fitting for eddy current correction were used (r2 = 0.99; slope ± standard deviation = 1.00 ± 0.01, P = .77; intercept ± standard deviation = 0.2% ± 0.1, P = .19). Conclusion T1-independent chemical shift–based water-fat separation MR imaging methods can accurately quantify fat over the entire liver, by using MR spectroscopy as the reference standard, when T2* correction, spectral modeling of fat, and eddy current correction methods are used. © RSNA, 2011

Abstract Purpose To combine gradient‐echo (GRE) imaging with a multipoint water–fat separation method known as “iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least squares estimation” (IDEAL) for uniform water–fat separation. Robust fat suppression is necessary for many GRE imaging applications; unfortunately, uniform fat suppression is challenging in the presence of B 0 inhomogeneities. These challenges are addressed with the IDEAL technique. Materials and Methods Echo shifts for three‐point IDEAL were chosen to optimize noise performance of the water–fat estimation, which is dependent on the relative proportion of water and fat within a voxel. Phantom experiments were performed to validate theoretical SNR predictions. Theoretical echo combinations that maximize noise performance are discussed, and examples of clinical applications at 1.5T and 3.0T are shown. Results The measured SNR performance validated theoretical predictions and demonstrated improved image quality compared to unoptimized echo combinations. Clinical examples of the liver, breast, heart, knee, and ankle are shown, including the combination of IDEAL with parallel imaging. Excellent water–fat separation was achieved in all cases. The utility of recombining water and fat images into “in‐phase,” “out‐of‐phase,” and “fat signal fraction” images is also discussed. Conclusion IDEAL‐SPGR provides robust water–fat separation with optimized SNR performance at both 1.5T and 3.0T with multicoil acquisitions and parallel imaging in multiple regions of the body. J. Magn. Reson. Imaging 2007;25:644–652. © 2007 Wiley‐Liss, Inc.

Abstract Reducing and continuously varying the flip angle of the refocusing RF pulses in a rapid acquisition with relaxation enhancement (RARE; fast/turbo spin echo) sequence is a useful means of addressing high RF power deposition and modulation transfer function (MTF) distortion due to relaxation. This work presents a streamlined technique to generate a sequence of refocusing flip angles on a per‐prescription basis that produces relatively high SNR and limits blurring in a wide range of materials encountered in vivo. Since the “effective TE” (traditionally defined as the time at which the center of k ‐space is sampled) no longer corresponds to the expected amount of spin‐echo T 2 contrast due to the mixing of stimulated and spin echoes, a “contrast‐equivalent” TE is defined and experimentally demonstrated that allows annotation of a more accurate effective TE that matches the contrast produced by 180° refocusing. Furthermore, contrast is shown to be manipulable by the addition of magnetization preparation pulse sequence segments, such as T 2 ‐prep, to produce clinically desirable contrast for routine head and body imaging. Magn Reson Med, 2006. © 2006 Wiley‐Liss, Inc.

Motivation: Quantitative quality assurance (QA) methods for magnetic resonance elastography (MRE) are needed for clinical care but are currently unavailable. Goal(s): Evaluate stiffness measurement variability from two phantoms of different stiffness using four types of passive drivers: two commercial drivers, a custom stand-style driver, and a novel driver integrated into the phantom housing. Approach: Stiffness measurements were quantified in ten acquisitions in two phantoms of differing stiffness by four passive drivers. Measurement variability was compared by standard deviations and Whisker-and-Box plots. Results: The integrated driver achieved the best performance with the highest repeatability, ie: lowest variability, compared to the other drivers. Impact: An MRE phantom equipped with an integrated passive driver could improve repeatability in MRE quality assurance, potentially enhancing the reliability of QA processes in both clinical trials and patient care.