Abstract Purpose Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) is a post-processing technique applied to gradient-echo phase data. QSM algorithms require a signal mask to delineate regions with reliable phase signal for subsequent susceptibility estimation. Existing masking techniques used in QSM have limitations that introduce artefacts, exclude anatomical detail, and rely on parameter tuning and anatomical priors that narrow their application. Here, a robust masking and reconstruction procedure is presented to overcome these limitations and enable automated QSM processing for a wide range of use-cases implemented in an open-source software framework: QSMxT . Methods A robust masking technique that automatically separates reliable from less reliable phase regions was developed and combined with a two-pass reconstruction procedure that operates on the separated sources before combination, extracting more information while reducing the influence of artefacts. Result Compared with standard masking and reconstruction procedures, the two-pass inversion reduces streaking artefacts caused by unreliable phase and high dynamic ranges of susceptibility sources. QSMxT is robust across a range of datasets at 3 T in healthy volunteers and phantoms, at 7 T in tumour patients, and in the QSM challenge 2.0 simulated brain dataset, with significant artefact and error reductions, greater anatomical detail, and minimal parameter tuning. Conclusion QSMxT generates masks for QSM that separate reliable from less reliable phase regions, enables a more accurate QSM reconstruction that mitigates artefacts, operates without anatomical priors, and requires minimal parameter tuning. QSMxT makes QSM processing more accessible, reliable and reproducible.

Abstract Purpose Quantitative susceptibility mapping (QSM) is an MR technique that depicts and precisely quantifies spatial biodistributions from MR phase images. Recently, QSM has gained much uptake as method for mapping iron and identifying calcium. However, QSM as a quantitative method needs an objective reference to assess its accuracy. Here we present guidelines for reproducible workflows for QSM phantom design and production to help standardization efforts and provide characterizations and recommendations for iron- and calcium-based materials given the repeatability and reproducibility. Methods 5 concentrations of 4 materials (USPIO, ferritin, calcium chloride, calcium carbonate) were imaged with a multi-echo gradient-echo acquisition at 3 and 7 Tesla. Magnetic susceptibility and R2* relaxivity as well as intra-session, inter-session repeatability, inter-scanner reproducibility and molar susceptibility by QSM were quantified. Results The QSM measurements of USPIO had a moderate to good inter-session repeatability. The molar susceptibility was approximately 2.45 times larger at 3 T compared to 7 T. The QSM measurements of ferritin had excellent inter-session repeatability. The molar susceptibility was approximately 4 % larger at 3 T compared to 7 T. The QSM measurements of calcium chloride had excellent inter-session repeatability and excellent inter-scanner reproducibility. The QSM measurements of calcium carbonate had a good to excellent inter-session repeatability and an excellent inter-scanner reproducibility. Conclusion This work reveals ferritin and calcium chloride to be the most repeatable and reproducible iron-and calcium-based materials for QSM, respectively. A detailed methodology for phantom production, concentration ranges, visual analysis and statistical analysis are provided.

Motivation: There is a strong clinical desire to accelerate the established SWI protocols. The clinical adoption of quantitative susceptibility maps (QSM) is hindered in part by long scan time and cumbersome offline QSM processing. Goal(s): This study aims to substantially accelerate the SWI/QSM acquisitions while providing high-quality inline SWI/QSM images. Approach: A flow-compensated, CAIPIRINHA-accelerated 3D echo-planar imaging (3DEPI) sequence was used to create 1-minute protocols with matching resolution to conventional sequences. Deep-learning reconstruction and super-resolution were used to enhance image quality. Results: Compared with the established approach, the 1-minute 3D-EPI protocols provided 4× to 6× speed-up, while the DL reconstruction provided superior image quality. Impact: Besides the general improvement in throughput, the 1-minute SWI protocols with improved image quality may enhance the role of MRI-SWI in acute care. The high-quality in-line QSM and susceptibility map weighted images (SWMI) will facilitate their clinical evaluation and adoption.