10.12015/issn.1674-8034.2023.08.016
青少年脑MRI多尺度结构影像组学数据校准方法研究
目的 探索联合N4偏置场校正、直方图匹配(histogram matching,HM)和ComBat协调的方法校准脑结构MRI影像组学特征"扫描仪效应"的价值.材料与方法 使用3台MRI扫描仪(Philip 1.5 T、Philip 3.0 T、GE 3.0 T)对健康志愿者进行脑结构MRI即三维容积T1加权成像(three-dimensional T1 weighted image,3D-T1WI)、扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)检查,分别采用 Computational Anatomy toolbox(CAT 12)工具包和 FMRIB's Software Library(FSL)软件进行预处理.对预处理后的T1WI和DTI影像依次进行N4偏置场校正和HM归一化.最后,利用LIFEx软件提取脑灰质和白质的影像组学特征并进行ComBat协调.利用Shapiro-Wilk检验进行影像特征测量值的正态性检验,采用方差分析及Tukey-HSD检验比较3台MRI扫描仪影像特征测量值有无差异,并进一步行Bartlett球形检验估计扫描仪之间的方差是否均匀.评估各校准环节影像组学特征数目和数值统计分布的设备间差异.结果 共纳入23例健康志愿者,其中男10例,女13例,男女性之间年龄(t=l.090,P=0.316)、受教育年限(t=-0.638,P=0.574)、流调用抑郁自评量表(Center for Epidemiological Survey,Depression Scale,CES-D)评分(t=-0.670,P=0.510)差异均无统计学意义(P＞0.05).3台MRI设备采集的原始图像中,强度直方图分布范围和峰值均未对齐.当使用5级(50次迭代)、全掩模进行N4偏置场校正时,3台设备之间脑组织区域的强度变异系数最低.N4偏置场校正锐化了强度峰值,HM归一化对齐了各强度峰,ComBat协调进一步对齐3台设备的图像强度分布范围及峰值.图像校准流程(N4偏置场校正、HM归一化与ComBat协调)对于3D-T1WI和DTI两个序列的影响具有相同的趋势,3台设备之间具有差异的影像组学特征数目百分比从N4偏置场校正前的88.6％(70/79)降低到ComBat协调后的3.8％(3/79),具有差异的特征数量逐渐减少.通过N4偏置场校正、HM归一化与ComBat协调相结合,脑灰质和白质感兴趣体积间有差异的影像组学特征百分比从N4偏置场校正前的43.0％(34/79)提高到ComBat协调后的84.8％(67/79).结论 基于N4偏置场校正、HM归一化和ComBat协调的联合校准方法能够有效减少脑MRI结构图像及影像组学特征的"扫描仪效应"并保留特征的生物性差异,有助于跨扫描仪汇集多中心MRI影像学数据.
青少年、脑、影像组学特征、校准、磁共振成像
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R445.2;R742(诊断学)
2023-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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