Foundations of MRI phase imaging and processing for Quantitative Susceptibility Mapping (QSM)

Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) is a novel MRI based technique that relies on estimates of the magnetic field distribution in the tissue under examination. Several sophisticated data processing steps are required to extract the magnetic field distribution from raw MRI phase measurements. The objective of this review article is to provide a general overview and to discuss several underlying assumptions and limitations of the pre-processing steps that need to be applied to MRI phase data before the final field-to-source inversion can be performed. Beginning with the fundamental relation between MRI signal and tissue magnetic susceptibility this review covers the reconstruction of magnetic field maps from multi-channel phase images, background field correction, and provides an overview of state of the art QSM solution strategies.

ZusammenfassungDie quantitative Suszeptibilitätskartierung (engl. Quantitative Susceptibility Mapping, QSM) ist eine neue Bildgebungsmethode der Magnetresonanztomographie, die auf der analytischen Auswertung der magnetostatischen Wechselwirkungen zwischen Gewebe und dem statischen Magnetfeld der MRT beruht. Hierbei wird von der resultierenden Magnetfeldverteilung im betrachteten Gewebe, derzeit vorrangig dem Gehirn, auf die ihr zugrunde liegende magnetische Suszeptibilitätsverteilung geschlossen. Für die Bestimmung dieser Magnetfeldverteilung aus den Rohdaten der MRT kommen mehrere Datenverarbeitungsschritte zum Einsatz. Der vorliegende Übersichtsartikel fasst den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet zusammen und diskutiert die den verschiedenen Methoden zugrunde liegenden Annahmen und Beschränkungen. Der Artikel beginnt mit einer grundlegenden Behandlung des Zusammenhangs zwischen Magnetresonanzsignal und Gewebesuszeptibilitätsverteilung, gibt einen Überblick über Verfahren zur Lösung des inversen Problems, behandelt die Berechnung von Magnetfeldkarten aus Multikanal-MRT-Phasenbildern und schließt mit einer Diskussion der Verfahren zur Hintergrundfeldkorrektur.