Influence of Off-resonance inMyocardial T1-mapping using SSFPbased MOLLI Method

Peter Kellman

Daniel A Herzka

Andrew E Arai

Michael Schacht Hansen

MOLLI Image Acquisition

Messroghli DR, et al. Modified Look-Locker inversion recovery (MOLLI) for high-resolution T1 mapping of theheart. Magn Reson Med. 2004;52(1):141-6.

Messroghli DR, et al. Optimization and validation of a fully-integrated pulse sequence for modified look-lockerinversion-recovery (MOLLI) T1 mapping of the heart. J Magn Reson Imaging 2007;26:1081-6.

3(3)3(3)5

protocol

0

0

1

TI (ms)

pixelwise fit

T1 map

3-parameter model

S = A – B exp(-TI/T1*)

T1 ≈ T1* (B/A – 1)

combined influence ofreadout & off-resonance

Simple correction for T1* based on continuous FLASH readout leads to error

Gai ND, et al. Modified Look-Locker T(1) evaluation using Bloch simulations: Human andphantom validation. Magn Reson Med. 2012 Mar 27.

Kelvin Chow, et al. T2-dependent errors in MOLLI T1 values: simulations, phantoms, and in-vivo studies. J Cardiovasc Magn Reson 2012, 14(Suppl 1):P281.

ideal recovery

influence ofreadout

(on-resonance)

Influence of readout leads to apparent T1

off-resonance

SSFP off-resonance response atsteady statevarious excitation flip angles

(for TR = 2.8)

SSFP off-resonance response duringtransient approach to steady statevarious excitation flip angles

(for TR = 2.8, N=33 to center, +5 linear ramp)

SSFP off-resonance response duringtransient approach to steady statewith inversion recovery initial condition

(MOLLI with FA = 35 deg, TR = 2.8, N=33 to center, +5 linear ramp)

inversion recovery

SSFP transient frequency response

apparent inversion recovery influenced by off-resonance

Phantom measurements

T1 / T2

T1 / T2

simulation

measured

Phantom measurementsclose agreement with prediction from simulation

max off-resonance:82.8 ± 36 Hz

est. T1-error @ 82 Hz:2% at 400 ms

4% at 1000 ms

Fieldmaps ± 200 Hz

Water images

Off-resonance variation at 1.5T:measured across LV in N=20 subjectswithout using local shim

-200

-100

0

100

200

800

1000

1200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

profile distance (mm)

frequency (Hz)

T1-maps

fieldmaps

(frequency)

frequency across heart

msec

Hz

1

1

2

3

2

4

3

4

Off-resonance variation of T1-maps

T1 = 1300 ms

T2 = 45 ms

On-resonance

error

Off-resonance

sensitivity

T1-error and sensitivity to off-resonanceMOLLI with b-SSFP FA = 35 deg, TR = 2.8 ms

fat

water

fieldmap

Local shim (3T example)

-100 Hz

-75 Hz

-50 Hz

-25 Hz

0 Hz

25 Hz

50 Hz

75 Hz

100 Hz

900

1000

1100

1200

1300

Sensitivity of T1-maps to off-resonance

35°

30°

25°

20°

T1-maps

1284 ms

(septum)

1330

1312

1298

SNR = 36

SNR = 29

27

 23

measured

simulated

raw MOLLI images at 3T using 5(3s)3 protocol

1000

1200

1400

1600

-50 Hz

-25 Hz

0 Hz

25 Hz

50 Hz

20°

35°

20°

35°

Lower FA tradesSNR (precision) forimproved accuracy andreduced off-resonancesensitivity

Summary:off-resonance sensitivity

•b-SSFP transient approach to steady state

•off–resonance response depends on initial conditions

•initial conditions depend on inversion recovery time

•therefore, apparent T1 depends on off-resonance

•T1-underestimation

•Off resonance error worse at higher excitation flip angles

•Significant errors may arise well within SSFP passband

•Local “box” shim recommended

•Shim variation may lead to artifacts

•may appear as regional variation in T1