Preklinické magneticko-rezonanční (MR) zobrazování na malých zvířatech je velmi aktuální a vyžaduje, vzhledem k rozměrům těchto zvířat, vyšší citlivost. Vyšší citlivosti lze dosáhnout použitím MR systému s vysokým základním magnetickým polem (např. 4,7 T a výše). Vyšší citlivost přináší výhody v podobě možnosti vyššího rozlišení, lepší poměr signál-šum, větší chemický posuv, prodloužení longitudinální relaxace (T1), atd. Na druhou stranu vyšší magnetické pole znamená větší deformace základního magnetického pole na rozhraních tkání s rozdílnou susceptibilitou a zkrácení transverzální relaxace (T2). Tuková tkáň je významně zastoupena v lidském těle a primárně sloužící pro uchovávání energie ve formě tuků. Tukovou tkáň lze rozdělit na hnědou a bílou tukovou tkáň. Hnědá tuková tkáň se vyskytuje hlavně u novorozenců, ale může být ve velmi malém množství také u dospělých jedinců. Bílá tuková tkáň je určena pro ukládání tuků, které slouží jako zdroj energie. Kromě toho bílá tuková tkáň produkuje adipokiny, hormony a mnoho dalších látek důležitých pro náš metabolizmus. Tuk lze obecně považovat jako biomarker při určitých nemocech (obezita, steatóza jater, a další). Z tohoto důvodu je kvantifikace tuku velmi důležitá pro správnou diagnózu. V MR zobrazování je speciální skupina metod pro separaci vody a tuku. Tyto metody se nazývají Dixonovy metody a jejich princip je založen na chemickém posuvu. V této práci je popsána nová T2-váhovaná sekvence pro Dixonovu akvizici (Kapitola 5.3). Navržená sekvence je z hlediska akviziční doby velmi efektivní a řadí se mezi tříbodové Dixonovy (3PD) techniky. Nově navržená sekvence fast triple spin echo Dixon (FTSED) vychází z původní sekvence rychlého spinového echa (FSE). Modifikací původní sekvence FSE vedla ke vzniku nové sekvence FTSED, která umožňuje získat tři obrazy během jediné akvizice, bez toho aniž bychom prodloužili celkovou dobu měření. Sekvence byla úspěšně implementována na 9,4 T MRI systém na Ústavu přístrojové techniky v Brně. Získaná data byla pak zpracována iterativně pomocí algoritmu IDEAL (iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation). Výsledkem jsou separátní obrazy vody a tuků, z kterých lze vypočítat mapy frakce tuku (FF-mapy). Sekvence byla ověřena na fantomech a poté byla odzkoušena potkanovi. Úspěšná implementace této metody na 9,4 T MRI systému znamená, že může být použita také na MR zobrazovacích systémech s nižšími magnetickými poli.

Magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most important diagnostic tools of modern healthcare. The signal in medical MRI predominantly originates from water and fat molecules. Separation of the two components into water-only and fat-only images can improve diagnosis, and is the premier non-invasive method for measuring the amount and distribution of fatty tissue. Fat-water imaging (FWI) enables fast fat/water separation by model-based estimation from chemical shift encoded data, such as multi-echo acquisitions. Qualitative FWI is sufficient for visual separation of the components, while quantitative FWI also offers reliable estimates of the fat percentage in each pixel. The major problems of current FWI methods are long acquisition times, long reconstruction times, and reconstruction errors that degrade image quality. In this thesis, existing FWI methods were reviewed, and novel fully automatic methods were developed and evaluated, with a focus on fast 3D image reconstruction. All MRI data was acquired on standard clinical scanners. A triple-echo qualitative FWI method was developed for the specific application of 3D whole-body imaging. The method was compared with two reference methods, and demonstrated superior image quality when evaluated in 39 volunteers. The problem of qualitative FWI by dual-echo data with unconstrained echo times was solved, allowing faster and more flexible image acquisition than conventional FWI. Feasibility of the method was demonstrated in three volunteers and the noise performance was evaluated. Further, a quantitative multi-echo FWI method was developed. The signal separation was based on discrete whole-image optimization. Fast 3D image reconstruction with few reconstruction errors was demonstrated by abdominal imaging of ten volunteers. Lastly, a method was proposed for quantitative mapping of average fatty acid chain length and degree of saturation. The method was validated by imaging different oils, using gas-liquid chromatography (GLC) as the reference. The degree of saturation agreed well with GLC, and feasibility of the method was demonstrated in the thigh of a volunteer. The developed methods have applications in clinical settings, and are already being used in several research projects, including studies of obesity, dietary intervention, and the metabolic syndrome.