Background Gradient Correction using Excitation Pulse Profile for Fat and Quantification in 2D Multi-Slice Liver Imaging

Purpose : The objective of this study was to develop background gradient correction method using excitation pulse profile compensation for accurate fat and $T_2{^*}$ quantification in the liver. Materials and Methods: In liver imaging using gradient echo, signal decay induced by linear background gradient is weighted by an excitation pulse profile and therefore hinders accurate quantification of $T_2{^*}$and fat. To correct this, a linear background gradient in the slice-selection direction was estimated from a $B_0$ field map and signal decays were corrected using the excitation pulse profile. Improved estimation of fat fraction and $T_2{^*}$ from the corrected data were demonstrated by phantom and in vivo experiments at 3 Tesla magnetic field. Results: After correction, in the phantom experiments, the estimated $T_2{^*}$ and fat fractions were changed close to that of a well-shimmed condition while, for in vivo experiments, the background gradients were estimated to be up to approximately 120 ${\mu}T/m$ with increased homogeneity in $T_2{^*}$ and fat fractions obtained. Conclusion: The background gradient correction method using excitation pulse profile can reduce the effect of macroscopic field inhomogeneity in signal decay and can be applied for simultaneous fat and iron quantification in 2D gradient echo liver imaging.

불균일 자장 보정 후처리 기법을 이용한 간 영상에서의 지방 및 측정

목적: 이 연구의 목적은 excitation pulse profile을 이용하여 불균일 자장에 의하여 발생하는 배경 경사 자장에 의한 영향을 보상하여 2차원 다중 단면 경사에코 간 영상에서의 정확한 지방 및 $T_2{^*}$ 측정을 하는 데에 있다. 대상과 방법: 2차원 경사에코영상에서 불균일 자장에 의한 배경경사자장으로 인하여 유도되는 신호의 감소는 excitation pulse profile weighting으로 나타난다. 이에 의한 영향을 최소화 하기 위하여 $B_0$ field map을 통하여 단면선택방향으로의 선형 경사자장의 정도를 추정한 후, 획득한 신호를 excitation pulse profile을 이용하여 보정하였다. $T_2{^*}$ 및 지방은 보정된 신호로부터 측정되었으며 보정방법은 3.0T 임상용 장비에서 팬텀 및 in vivo 실험을 통하여 이루어 졌다. 결과: 팬텀 실험 결과는 보정 후 측정된 $T_2{^*}$ 및 지방의 양이 자장이 균일한 경우에 가까워 진 것을 보여 주었다. In vivo 실험에서는 간에서 배경경사자장의 크기가 약 120 ${\mu}T/m$ 정도 까지로 나타났으며 보정하기 전에 비하여 측정된 $T_2{^*}$ 및 지방의 정도의 균일도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 결론: Excitation pulse profile을 이용한 배경경사자장 보정 방법은 경사 에코 신호에서의 거시적인 불균일 자장에 의한 영향을 줄여 주며 2차원 간 영상에서의 적용을 통하여 보다 정확한 지방 및 $T_2{^*}$의 측정에 도움이 될 수 있다.