定量磁化率成像（QSM）中 ROI 参考的统计影响：关乎临床诊断精准度的关键探究

在定量磁化率成像（QSM）中，由于无法定义绝对参考，参考区域选择存在难题。研究人员围绕 QSM 中 ROI 参考开展研究，分析临床癫痫研究和模拟数据。结果发现参考会影响临床结果的显著性和产生偏差。该研究对合理选择参考区域意义重大。

　　在医学成像领域，定量磁化率成像（Quantitative Susceptibility Mapping，QSM）技术就像一把神奇的钥匙，试图解锁人体组织的秘密。它通过测量组织的磁化率，帮助医生观察人体内部的细微结构变化，为疾病诊断提供重要依据。然而，这把 “钥匙” 却存在一个棘手的问题。在 QSM 中，由于其固有的物理特性，无法为重建的磁化率值定义一个绝对参考标准。这就好比在茫茫大海中航行的船只，失去了精准的导航，导致 QSM 重建的磁化率图只能是相对的，而不是绝对的。这一不确定性严重影响了 QSM 在临床应用中的准确性和可靠性，尤其是在进行不同患者或不同扫描间的比较时，可能会得出错误的结论。因此，迫切需要深入研究参考区域的选择对 QSM 结果的影响，以提高其在临床诊断中的价值。

为了解决这一难题，来自伦敦大学学院（University College London）、IRCCS Ospedale Policlinico San Martino 和智利天主教大学（Pontificia Universidad Catolica de Chile）的研究人员 Patrick S. Fuchs、Oliver C. Kiersnowski、Carlos Milovic 和 Karin Shmueli 展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。一方面，利用 2019 年 QSM 重建挑战的合成数据集，该数据集有已知的真实值，可用于对比不同重建方法。另一方面，选取了包含健康对照和颞叶癫痫患者的队列数据。对于参考区域，研究人员考虑了脑脊液（CSF）、大脑白质（如胼胝体、内囊）、全脑，以及基于相对方差（RelVar）和基于 R₂^*值的新型参考区域。通过对这些数据的分析，研究人员进行了 t 检验、方差分析（ANOVA）等统计分析，以探究参考区域对 QSM 结果的影响。

研究结果如下：

1. 参考区域的特征：研究中涉及的解剖测试和参考 ROI 在合成数据集和癫痫研究的代表性受试者中得到展示。例如，低相对方差的体素位于后白质，基于 R₂^*的参考区域包含脑脊液，但覆盖范围更广。
2. QSM 重建挑战 2.0 数据集结果：通过 t 检验发现，不同重建方法对参考的敏感度不同。一些在全球表现较好的重建算法，在参考胼胝体时，部分测试 ROI 的重建准确性受到影响。从准确重建的 ROI 数量来看，基于相对方差的参考区域表现较好，但参考 ROI 被纳入测试 ROI 会影响统计结果。
3. 癫痫数据集结果：在癫痫数据集研究中，使用不同参考区域进行 ANOVA 分析，发现全脑和相对方差参考不改变 ROI 的显著差异，而基于 R₂的参考使右侧丘脑的组间差异变得不显著。CSF 和白质参考区域影响较大，CSF 参考减少了显著 ROI 的数量，胼胝体参考增加了显著 ROI 的数量，内囊参考改变了左侧丘脑的显著性。在事后 Tukey - Kramer 多重比较检验中，不同参考区域对结果影响较小，但 CSF 参考减少了颞叶癫痫患者间的差异，基于 R₂或内囊参考降低了右侧颞叶癫痫（RTLE）与健康对照（HC）在左侧壳核差异的显著性，胼胝体参考增加了不同癫痫组和 RTLE 与 HC 组间有显著差异的 ROI 数量。此外，研究还分析了不同参考区域对测试 ROI 方差的影响，发现 CSF 和基于 R₂^*的区域降低了总体方差，白质基于相对方差的 ROI 对方差有负面影响，胼胝体改善了所有测试 ROI 的方差，但因其与癫痫状态相关存在局限性，内囊因其自身方差大对多数测试 ROI 有负面影响。

研究结论和讨论部分指出，参考会影响跨受试者测试 ROI 均值的方差。从理论上讲，参考可能会改变统计检验的结果，影响研究的准确性。在实际应用中，不同参考区域对临床研究结果影响各异。基于癫痫数据，CSF 和基于 R₂^*的参考区域似乎较为可靠，因为它们与组间相关性较小，不易引入偏差，但两者在某些结果上存在分歧。基于挑战数据集，低相对方差区域也是不错的参考选择。研究强调在选择参考区域时，要避免 “p - hacking” 行为，即避免为追求显著结果而不合理选择参考区域。如果事先难以确定合适的参考区域，不明确参考（即隐式参考全脑体积）是一种安全、保守的选择。此外，研究人员建议在临床研究预注册时明确参考区域的选择，并在发表结果时共享参考区域值，以便他人进行重新参考和额外的统计测试。

这项研究为 QSM 在临床应用中的参考区域选择提供了重要的理论和实践依据，有助于提高 QSM 技术在疾病诊断中的准确性和可靠性，对推动医学成像技术的发展具有重要意义。