近日,华东师范大学物理学院、上海市磁共振重点实验室、医学磁共振与分子影像技术研究院李建奇教授团队联合美国康奈尔大学王乙教授在Human brain mapping期刊上发表题为“Voxel-wise Whole-brain Analysis in Quantitative Susceptibility Mapping: A Narrative Review”的综述文章,系统梳理了基于体素(voxel-wise)的全脑分析方法在定量磁化率成像(QSM)中的数据处理流程、技术和临床应用等方面的最新进展。
定量磁化率成像是一种新型磁共振成像技术,能够定量检测生物组织的磁化率特性,如出血、铁沉积、钙化和脱髓鞘等。随着技术的发展,目前已衍生出多种分析方法,包括基于感兴趣区域的分析、基于表面的分析、基于体素的分析等。其中,voxel-wise分析无需预先定义脑区,能够无偏地检测全脑磁化率的变化,因而在神经退行性疾病、精神疾病及老龄化研究中得到越来越广泛的应用。为此,该综述重点梳理了Voxel-wise QSM分析全流程和临床应用。 1. Voxel-wise QSM分析全流程(图1) QSM 采集:通常采用三维多回波梯度回波序列(GRE)获取幅值图和相位图像。回波数量、间隔及范围均会影响 QSM 图像的对比度与信噪比,需根据不同梯度场下组织的衰减特征选择采集参数。 QSM重建:包括多回波数据的相位解缠绕、回波组合、脑掩膜生成、背景场去除、磁化率反演及磁化率参考区域选择等步骤。各步骤涉及多种算法,其组合方式会直接影响最终的 QSM 图像质量,建议参考 QSM 共识进行算法选择。重建完成后,需对图像质量进行核对,以避免伪影引入的误差。 Voxel-wise 处理与统计分析:主要包括空间标准化、平滑、统计范围选取、特征值选取、统计推断方法选择及显著性阈值设定。具体方法可参考文章中的 Box S1。 结果呈现:建议在文章中报告显著性团簇的位置、统计值及所属脑区等信息,同时推荐共享未阈值化的统计图作为补充材料,以提高研究透明度。 图1:基于体素的定量磁化率成像分析全流程 2. Voxel-wise QSM部分临床应用(图2) 老龄化进程:深部核团及皮层区域的磁化率随年龄增长呈正相关。 阿尔茨海默病:患者尾状核及大部分灰质皮层的磁化率显著升高。 帕金森病:患者黑质、前额叶、颞叶等区域磁化率显著升高。其中,黑质、壳核的磁化率与运动评分呈正相关,海马、尾状核的磁化率与认知评分呈负相关。 图2:基于体素的定量磁化率成像方法临床应用。(a)阿尔茨海默症磁化率与tau蛋白摄取率的相关性;(b)帕金森患者磁化率升高的脑区;(c)肝豆神经型和肝型的磁化率差异,以及与临床指标的相关性。缩写:R: 右侧; L: 左侧;PFWE;采用family-wise error校正后的P值。 3. Voxel-wise QSM方法面临的挑战 QSM对强磁化率变化界面较为敏感,易产生磁化率伪影; QSM反映的是多种磁源的混合效应,难以将单一成分独立解析; QSM重建过程中磁化率参考区域和极性的选择对voxel-wise结果产生一定影响; Voxel-wise分析中的平滑与配准操作可能导致对细小解剖结构的评估偏差; 统计结果可能存在假阳性或假阴性,需结合先验假设进行合理解释。 总结与展望: 本综述系统论述了 voxel-wise 全脑QSM分析方法的完整流程,旨在提升该类研究的结果可重复性与透明度,推动 QSM 技术更好地应用于临床研究。 本文第一作者为华东师范大学在读博士生唐颖。附文章链接: