臨床磁共振波譜數(shù)據(jù)處理方法及原理.doc

臨床磁共振波譜數(shù)據(jù)處理方法及原理國(guó)外醫(yī)學(xué)臨床放射學(xué)分冊(cè)ForeignMedicalSciencesClinicalRadiologicalFascicle2007Sep;30(5):343347放射技術(shù)學(xué)臨床磁共振波譜數(shù)據(jù)處理方法及原理廣東省人民醫(yī)院放射科(510080)劉再毅綜述梁長(zhǎng)虹孫j曹光審校摘要臨床磁共振波譜(MRS)技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)性地測(cè)量在體及離體組織中的代謝產(chǎn)物組成,濃度水平及能量狀態(tài),從而反映機(jī)體的病理生理變化.正確的評(píng)估來(lái)源于準(zhǔn)確的結(jié)果,而影響MRS結(jié)果的因素繁多,其中正確的數(shù)據(jù)處理是關(guān)鍵步驟之一.就MRS數(shù)據(jù)處理的各種方法及其原理進(jìn)行綜述.關(guān)鍵詞核磁共振;波譜分析;數(shù)據(jù)處理近年來(lái),磁共振波譜(magneticresonancespectroscopy,MRS)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展.在臨床研究和診斷中,MRS可以無(wú)創(chuàng)地進(jìn)行在體(invivo)和離體(invitro)生物醫(yī)學(xué)研究,進(jìn)行定性或者定量評(píng)估組織內(nèi)的代謝物構(gòu)成及濃度水平,其測(cè)定結(jié)果可以反映被研究對(duì)象的生化,生理改變.不過(guò),影響MRS結(jié)果準(zhǔn)確性的因素卻非常復(fù)雜,可以歸結(jié)在兩個(gè)方面:一是MRS數(shù)據(jù)的采集;二是MRS采集數(shù)據(jù)的處理.準(zhǔn)確的空間定位技術(shù),即準(zhǔn)確采集感興趣容積volumeofinterest,VOI)內(nèi)的信號(hào),而不被VOI以外體素的信號(hào)污染,是MRS成功的關(guān)鍵.目前有許多研究著重于這一問(wèn)題的優(yōu)化.臨床上目前常用的MRS采集技術(shù)有以下幾種:深部分辨表面線圈波譜技術(shù)(depthresolvedsurfacecoilspectroscopy,DRESS)13,激勵(lì)回波探測(cè)法(stimulatedechoacquisitionmodespectroscopy,STEAM)_2,點(diǎn)分辨波譜法(pointresolvedspectroscopy,PRESS)3,活體影像選擇波譜分析法(imageselectedinvivospectroscopy,ISIS),化學(xué)位移成像定位方法(chemicalshiftimaging,CSI)53等.在前面幾種基本技術(shù)的基礎(chǔ)上,衍生了許多新的數(shù)據(jù)采集序列,進(jìn)一步提高了MRS空間定位的準(zhǔn)確性.隨著技術(shù)的發(fā)展,各MRS設(shè)備供應(yīng)商研發(fā)并提供了更為簡(jiǎn)單,準(zhǔn)確的MRS數(shù)據(jù)采集技術(shù),使得MRS數(shù)據(jù)采集更加簡(jiǎn)易,自動(dòng)化,可重復(fù)性也更高.因此研究的重點(diǎn)更多的在第2個(gè)方面,即MRS數(shù)據(jù)的處理.一,MRS數(shù)據(jù)處理的必要性由于機(jī)體生化系統(tǒng)內(nèi)在的復(fù)雜性,使得MRS數(shù)據(jù)分析更為復(fù)雜.VOI內(nèi)代謝物的組織濃度水平,質(zhì)子間的相互作用(如J一偶聯(lián)),代謝產(chǎn)物的弛豫時(shí)間(T,T2),靜磁場(chǎng)的不均勻性,磁場(chǎng)切換產(chǎn)生的渦流,水峰抑制不徹底,取樣時(shí)間提前等都可以影響到自由感應(yīng)衰減(freeinductiondecay,FID)及其經(jīng)過(guò)不連續(xù)傅里葉轉(zhuǎn)換(discreteFouriertransform,DFT)的頻率域(frequencydomain)譜線的線性形態(tài),可以導(dǎo)致譜線的基線扭曲,呈鋸齒狀或者波浪狀.VOI內(nèi)存在大分子物質(zhì),或者有些較短T2代謝物,或者代謝產(chǎn)物之間的化學(xué)位移差距較小,往往可以導(dǎo)致波峰的重疊,線寬增寬,分辨率較低|6.7.由于以上諸多原因可以掩蓋或者扭曲感興趣波峰,從而影響到感興趣代謝物正確的定量或者定性.因此,發(fā)展和應(yīng)用MRS數(shù)據(jù)處理技術(shù),消除無(wú)關(guān)信號(hào)的干擾,提高感興趣波譜的信噪比(signaltonoiseratio,SNR)和分辨率,是對(duì)特定疾病及特定組織的MRS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析的關(guān)鍵步驟.目前的MRS研究均利用了不同的MRS數(shù)據(jù)處理技術(shù).二,MRS數(shù)據(jù)處理概述MRS是在時(shí)間域(timedomain)作試驗(yàn),其信號(hào)是時(shí)間的函數(shù),但時(shí)間域譜線不能直觀反映VOI的MRS信息,因此在科研或者臨床中常常是分析頻率域的波譜.在頻率域,其信號(hào)為頻率的函數(shù).時(shí)間域函數(shù)通過(guò)DFT可以轉(zhuǎn)換為頻率域函數(shù),而頻率域函數(shù)經(jīng)過(guò)逆傅里葉變換(IFT)可以轉(zhuǎn)換成時(shí)間域函數(shù).因此數(shù)據(jù)處理可以在兩個(gè)域分別進(jìn)行.其基本原理是利用數(shù)學(xué)知識(shí),使用某些與FID或者頻率域譜線*GEHeahhcare(China)廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):5001199)廣東省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(編號(hào):2005B10401040)廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)研究基金資助項(xiàng)目(編號(hào):A2005018)343國(guó)外醫(yī)學(xué)臨床放射學(xué)分冊(cè)ForeignMedicalSciencesClinicalRadiologicalFascicle2007Sep;30(5)相似的函數(shù)處理數(shù)據(jù).在數(shù)據(jù)處理中,可以利用某些函數(shù)或者函數(shù)組合模型對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,擬和,使處理后的信號(hào)可以更為準(zhǔn)確地反映代謝物的組織內(nèi)的狀況_8.其中,在函數(shù)擬和時(shí),利用一些波譜成分的自身特征(可以是在體MRS試驗(yàn),也可是離體MRS試驗(yàn)獲得),如波譜的幅度,衰減率,頻率,相位移動(dòng),線寬,線形等信息,將其整合到模型函數(shù)(mode1function)中,作為模型函數(shù)的初始值或者擬和參數(shù),可以對(duì)目標(biāo)函數(shù),即需要整容的時(shí)間域函數(shù)或者頻率域函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理【6I.利用已知的特定代謝物的波譜信息被稱為先驗(yàn)知識(shí)(priorknowledge)6,7,11,12.在數(shù)據(jù)處理中,先驗(yàn)知識(shí)有著十分重要的作用.很多研究者或者商用軟件的研發(fā)者都在不同的數(shù)據(jù)處理技術(shù)中充分利用先驗(yàn)知識(shí).總的說(shuō)來(lái),MRS數(shù)據(jù)處理基本步驟包括:時(shí)間域的處理,包括FID截趾處理(apodization),數(shù)據(jù)添零填充技術(shù)(zerofilling),根據(jù)情況使用相應(yīng)權(quán)函數(shù)對(duì)FID進(jìn)行加工;傅里葉轉(zhuǎn)換,對(duì)FID進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)換,使數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域;頻率域的處理,包括相位校正,基線校正,使用模型函數(shù)對(duì)頻率函數(shù)進(jìn)行加工,擬和,對(duì)感興趣波峰進(jìn)行定性或者定量分析.有些數(shù)據(jù)處理技術(shù)可同時(shí)運(yùn)用于時(shí)間域和頻率域,并且有些處理需要同時(shí)涉及到2個(gè)域.因此,MRS數(shù)據(jù)處理并不是單一不變,而是根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選擇合適的處理方式.三,MRS數(shù)據(jù)時(shí)間域處理MRS試驗(yàn)是在時(shí)間域(timedomain)采集FID或者回波(echo)信號(hào).因此,在時(shí)間域可以對(duì)FID直接作一些處理,對(duì)信號(hào)進(jìn)行整容,使F1D在Dvr之前更加符合某些函數(shù)線形,比如Lorentzian,Gaussian曲線.在時(shí)間域處理FID,還可以提高波譜的分辨率或者SNR,還可以消除某些影響感興趣波峰的非興趣譜線.在時(shí)間域進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,相對(duì)于頻率域的數(shù)據(jù)處理,可以被稱為預(yù)處理.預(yù)處理后可以利用一些高級(jí)MRS數(shù)據(jù)處理軟件包對(duì)FID進(jìn)一步修飾,最大限度地除去干擾信號(hào),使感興趣波譜得到最好的顯示.(一)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)1.截趾處理:在MRS試驗(yàn)進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)換時(shí),首先進(jìn)行FID的離散取樣,由于信號(hào)只能取到設(shè)定的取樣時(shí)間AT處,那么實(shí)際上FID信號(hào)并沒(méi)有完全用于傅里葉轉(zhuǎn)換,存在不連續(xù)性,亦即FID的尾344部信號(hào)被截?cái)?從而產(chǎn)生截?cái)嘈?yīng).如果在AT時(shí)刻仍有可以被檢測(cè)到的信號(hào),即AT<3T:(T為自旋體系內(nèi)部能量交換與磁場(chǎng)不均勻共同作用的橫向弛豫時(shí)間),這就相當(dāng)于在FID信號(hào)后面乘上了一個(gè)方波窗函數(shù),經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換后,得到的是Lorentzian形譜線與Sinc的卷積.由于卷積計(jì)算非常復(fù)雜,根據(jù)卷積定理,即在頻率域2個(gè)函數(shù)的卷積等于在時(shí)間域上由2個(gè)頻率函數(shù)的反傅里葉變換函數(shù)的簡(jiǎn)單相乘.因此可以考慮在時(shí)間域,在FID尾部乘以一個(gè)函數(shù)使其尾部變?yōu)榱?就可以減低截?cái)嘈?yīng),這個(gè)過(guò)程就被稱為截趾,一般采用Lorentz函數(shù)來(lái)處理13-15.需要注意的是,FID尾部參加截趾的信號(hào)成分增多,雖然截?cái)嘈?yīng)減小,但是處理后的線形和強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生明顯的畸形變,因此在應(yīng)用時(shí)需要權(quán)衡.2.添零填充技術(shù):MRS的FID在進(jìn)行DFT時(shí),需要對(duì)FID進(jìn)行離散取數(shù)據(jù),即將FID信號(hào)離散成N個(gè)取樣間隔時(shí)間為T的時(shí)間點(diǎn).在傅里葉變換后,N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)有一半,即N/2個(gè)構(gòu)成實(shí)部(realpart),另外一半變換后構(gòu)成虛部(imaginarypart).在傅里葉變換后,只利用了實(shí)部N/2個(gè)點(diǎn)的信息.如果在原來(lái)的FID的N個(gè)數(shù)據(jù)的后面添加N個(gè)零,在傅里葉變換后就產(chǎn)生N個(gè)實(shí)部點(diǎn),新增的N/2個(gè)點(diǎn)與原來(lái)的N/2個(gè)點(diǎn)交錯(cuò)在一起,就可以改善時(shí)間域和頻率域函數(shù)的線形.由于附加的點(diǎn)相對(duì)原來(lái)數(shù)據(jù)獨(dú)立,譜線的積分值將為原來(lái)的,/倍,但是由于峰值仍然是由原取樣點(diǎn)確定,因而保持不變.在原始數(shù)據(jù)后添加零后,相當(dāng)于在原始數(shù)據(jù)點(diǎn)之間進(jìn)行Sinc函數(shù)插值,這有利于將波譜的強(qiáng)度描繪得更為精確1.雖然在原始數(shù)據(jù)后添更多的零,有利于更為精確的描繪,但是無(wú)疑會(huì)大大增加計(jì)算量.因而一般在研究中最多只添N個(gè)零】.3.窗函數(shù)過(guò)濾(windowingandfihering):FID信號(hào)一般是以指數(shù)函數(shù)衰減,因此經(jīng)過(guò)傅里葉變換后,其譜線具有Lorentzian線形,而Lorentz函數(shù)經(jīng)過(guò)逆傅里葉變換,則為指數(shù)函數(shù).兩者組成一個(gè)傅里葉對(duì)(Fourierpares)153.在理論上,FID可以用任意函數(shù)進(jìn)行處理,但是基于FID為指數(shù)衰減函數(shù)和Lorentz一指數(shù)函數(shù)傅里葉對(duì)的理論依據(jù),一般用指數(shù)函數(shù)對(duì)FID進(jìn)行處理.這種處理既可以用來(lái)改善分辨率,也可以用來(lái)提高SNR.用單調(diào)減指數(shù)函數(shù)乘以FID,結(jié)果是在FID的尾部噪聲信號(hào)被稀釋變小,波譜的線寬增加,因此,看上去SNR增加,但是,國(guó)外醫(yī)學(xué)臨床放射學(xué)分冊(cè)ForeignMedicalSciencesClinicalRadiologicalFascicle2007Sep;30(5)波譜的分辨率減低.如果用單調(diào)升函數(shù)乘以FID,則分辨率增加,但是譜線的背景噪聲也會(huì)被增大,因此信噪比會(huì)下降6,12,14,16,17.4.模型函數(shù)(modelfunction)調(diào)制:對(duì)于經(jīng)過(guò)上述13步驟處理后的FID信號(hào),為了進(jìn)一步提高其分辨率和強(qiáng)度,在時(shí)間域可以使用模型函數(shù)進(jìn)行調(diào)制處理.在前面已經(jīng)提到,FID信號(hào)經(jīng)過(guò)DFT后的頻率域函數(shù)具有Lorentzian線形,因此,有時(shí)用Lorentz函數(shù)進(jìn)一步調(diào)制FIDE.但是試驗(yàn)和理論推導(dǎo)證明,使用高斯(Gauss)函數(shù)更有利于提高FID的分辨率,也有利于最大限度地保持SNR,其產(chǎn)生的基線畸變也最小1.因此,一般MRS研究多使用高斯函數(shù)處理FIDE.由于FID受到VOI及MR設(shè)備本身性能的影響,其線形往往出現(xiàn)各種代謝物波譜重疊,基線扭曲等非理想狀態(tài),因此僅用單一的模型函數(shù)處理還不足以滿足研究分析需要,為了解決這個(gè)問(wèn)題,有研究者提出了Voigt模型函數(shù),它集合Lorentz函數(shù)和Gauss函數(shù)于一體.在應(yīng)用時(shí),根據(jù)具體FID的線形選擇2個(gè)函數(shù)不同的權(quán)重.在研究中,使用Voigt模型函數(shù)調(diào)制FID,其結(jié)果較單一的函數(shù)調(diào)制更為準(zhǔn)確,同時(shí)還可以運(yùn)用于水峰抑制.(二)時(shí)間域數(shù)據(jù)高級(jí)處理方法FID信號(hào)包含的信息多,里面混雜了由于機(jī)體組織非感興趣代謝物的波譜信息,也有由于采集設(shè)備自身?xiàng)l件不完善造成的信號(hào)污染和基線扭曲等干擾信息.多數(shù)情況下,一般的MRS數(shù)據(jù)預(yù)處理方法不能達(dá)到優(yōu)化波譜的目的.因此,在時(shí)間域上,許多研究者及MR廠商利用數(shù)學(xué)原理設(shè)計(jì)出更為高級(jí)的數(shù)據(jù)處理方法.這些方法都是利用先驗(yàn)知識(shí),作為MRS數(shù)據(jù)處理的輸入?yún)?shù).根據(jù)操作者在處理過(guò)程中需要利用先驗(yàn)知識(shí)的程度,可以分為以下兩種形式:1.交互式(interactive):交互式方法在處理過(guò)程中,要求操作者與相應(yīng)方法(人一計(jì)算機(jī)交互界面)之間有互動(dòng).即操作者需要利用某些特定代謝物的頻率,相位,幅度,線寬等先驗(yàn)知識(shí),使用函數(shù)模型多譜線進(jìn)行線形擬和.其基本原理是:在模型函數(shù)及噪聲分布的假設(shè)條件得到滿足時(shí),使用模型函數(shù)擬和譜線,其實(shí)質(zhì)就是使兩者之間具有最大的似然h(maximumhkelihood,ML),那么,在擬和時(shí)可以得到計(jì)算波譜信息和模型函數(shù)之間的平方差最小,此為典型的非線形最小二乘法問(wèn)題nonlinearleastsquares,NLLS)6.基于NLLS原理設(shè)計(jì)的交互方法主要有2種,即變量投射法(variableprojection,VARPRO)和精確強(qiáng)效波譜擬和高級(jí)方法(advancedmethodforaccurate,robustandet/icientspectralfitting,AMARES).VARPRO在使用時(shí),計(jì)算工作量較大,效率較低1.因此,現(xiàn)在臨床多用AMARES取代VARPRO在時(shí)間域處理數(shù)據(jù).AMARES在計(jì)算NLLS時(shí),采用了一種更為精細(xì),復(fù)雜的方法,在擬和FID或者回波時(shí),允許整合更多的先驗(yàn)知識(shí)到擬和函數(shù)中,它可以選擇Lorentzian或Gaussian線形擬和每個(gè)波峰,還可以給相應(yīng)參數(shù)設(shè)置上限和下限,因而研究中運(yùn)用較為廣泛,目前在磁共振用戶交互(magneticresonanceuserinterface,MRUI)軟件包中有此分析方法6,10.2.黑箱方法(blackboxmethods):交互式方法使用靈活,能夠很容易地把先驗(yàn)知識(shí)整合到模型函數(shù)中.但是其缺點(diǎn)也較明顯,它需要操作者利用更多的先驗(yàn)知識(shí),必須人一機(jī)互動(dòng),擬和過(guò)程較耗時(shí),在處理過(guò)程中有操作者依賴性,不利于試驗(yàn)之間的相互比較.因而發(fā)展了黑箱方法.據(jù)原理不同,黑箱方法可以分為兩種大的類型:一種是基于線形預(yù)測(cè)原理,另一種是基于狀態(tài)空間形成理論E2o.線形預(yù)測(cè)原理的代表模型函數(shù)是具有相同自動(dòng)回歸和移動(dòng)平均參數(shù)的ARMA模型(autoregressivemovingaverage,ARMA).ARMA方法的核心是計(jì)算單值分解值(singularvaluedecomposition,SVD).根據(jù)計(jì)算SVD所設(shè)計(jì)的不同,發(fā)展了多種數(shù)學(xué)模型和方法,主要有LPSVD及LPSVD(CR)2.在計(jì)算SVD時(shí),采取的是和線形預(yù)測(cè)原理不一樣的策略,如HSVD,這是一種基于狀態(tài)空間形成理論的新方法6.黑箱方法可以彌補(bǔ)交互式方法的缺點(diǎn),它只需要操作者在開(kāi)始時(shí)估計(jì)所有的參數(shù),而不需要確定初始值,即可自動(dòng)擬和譜線.相對(duì)交互式方法,操作者在擬和過(guò)程中的介入程度大大減小.因而,此方法具有更大的可重復(fù)性.但是黑箱方法存在一些不足之處,故不能把更多有價(jià)值的先驗(yàn)知識(shí)整合到模型函數(shù)中,不能達(dá)到最佳優(yōu)化波譜;再者,對(duì)于SNR較低的波譜,經(jīng)黑箱方法擬和后,雖然可以達(dá)到良好的數(shù)學(xué)擬合度,但處理后的參數(shù)往往缺乏生理意義.四,MRS傅里葉變換及基線和相位校正MRS的時(shí)間域形式不夠直觀,難以直接觀察及對(duì)代謝物進(jìn)行定量分析,因此需要將其轉(zhuǎn)換成頻率域的形式.這個(gè)過(guò)程就是利用傅里葉轉(zhuǎn)換.在目前的各種MRS設(shè)備中,通常由機(jī)器配備的軟件自動(dòng)345國(guó)外醫(yī)學(xué)臨床放射學(xué)分冊(cè)ForeignMedicalSciencesClinicalRadiologicalFascicle2007Sep;30(5)進(jìn)行轉(zhuǎn)換.但由于受到VOI內(nèi)代謝物的弛豫時(shí)間,大分子之間的相互作用和磁場(chǎng),探測(cè)線圈等的影響,FID信號(hào)經(jīng)過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換后,頻率域波譜會(huì)出現(xiàn)相位誤差和基線扭曲,這將導(dǎo)致信號(hào)畸變,因此需要在傅里葉轉(zhuǎn)換后進(jìn)行相位和基線校正.SNR較低時(shí),FID容易受到時(shí)間及空間相關(guān)偽影干擾,很難對(duì)代謝物進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià).如果使用信號(hào)較強(qiáng)的水信號(hào)作為參照信號(hào),就可以有效校正波譜信號(hào)的相位.作為內(nèi)標(biāo)的水信號(hào),可以在同一個(gè)VOI區(qū)域內(nèi)通過(guò)不施加水抑制序列信號(hào)采集得到.在進(jìn)行質(zhì)子波譜試驗(yàn)時(shí),使用此方法可以有效校正由于梯度磁場(chǎng)切換所致渦電流偽影造成的相位誤差E,Z3.但是如果使用水信號(hào)作參照時(shí),必須要謹(jǐn)慎,因?yàn)槿绻信d趣波譜與水波譜相鄰太近,可能反而會(huì)影響相位校正23.此時(shí),可以用HLSVD方法除去水的信號(hào),然后再校正由于渦電流導(dǎo)致的相位錯(cuò)誤.由于試驗(yàn)偽影和大分子代謝物導(dǎo)致的寬譜線會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)不清楚的基線,因而定性或者定量分析幅度較小或者組織濃度水平較低的波譜時(shí),較為困難.在目前商用的各種設(shè)備中,均有自動(dòng)和手動(dòng)的模式進(jìn)行基線和相位的校正.手動(dòng)校正過(guò)程往往依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn),存在較大的個(gè)體間的差異,因此,多數(shù)研究者在研究時(shí)采用自動(dòng)的方式進(jìn)行相位和基線的校正20,25.五,MRS數(shù)據(jù)頻率域處理對(duì)經(jīng)過(guò)相位和基線校準(zhǔn)的波譜進(jìn)行定性或者定量分析,是MRS試驗(yàn)的關(guān)鍵步驟之一,其分析方法主要有兩種:直接對(duì)曲線下面積積分和利用模型函數(shù)擬和.(一)MR譜線直接積分法(integration)分析MRS時(shí),最簡(jiǎn)單,最直接的方法就是對(duì)頻率域波譜曲線下面積直接進(jìn)行積分.如果譜線相對(duì)比較簡(jiǎn)單,可以選擇直接積分法.由于操作者的操作和基線校正方法會(huì)導(dǎo)入偏倚,可影響到結(jié)果的評(píng)判;另外機(jī)體生化系統(tǒng)的復(fù)雜性,造成MR波譜的各種感興趣譜線相互重疊,基線扭曲,SNR過(guò)低.在這種情況下,更無(wú)法對(duì)感興趣譜線進(jìn)行直接積分.因而不得不利用模型函數(shù)擬和的方法,在擬和過(guò)程中,整合入先驗(yàn)知識(shí),去除干擾信息,最大程度地獲得感興趣波譜的信息.有研究表明,函數(shù)擬和對(duì)波峰比較小的代謝物,如無(wú)機(jī)磷(Pi)和磷酸肌酸(PCr)的改善特別有效,如果使用直接積分,對(duì)Pi和PCr過(guò)高估計(jì)誤差率分別為410%和110%,使用函數(shù)曲線擬346和后,誤差率明顯減小,分別為30%和14%.直接積分法對(duì)磷酸二脂(PDE)和Pi/PCr會(huì)過(guò)高估計(jì)39%和143%E.其主要原因是積分時(shí)嚴(yán)重依賴譜線的化學(xué)位移范圍,如果頻率范圍小,則積分面積就小,如果頻率范圍大,則積分面積值就大7,26.因此,在大多數(shù)情況下,應(yīng)該放棄直接積分法計(jì)算,而應(yīng)該采取更高級(jí)的模型函數(shù)擬和法.(二)模型函數(shù)擬和法(modelfittingmethods)除了前面在時(shí)間域處理中提到的模型函數(shù)法,在實(shí)際應(yīng)用中,有研究者或者研究機(jī)構(gòu)及廠商發(fā)展了以下一些MRS頻率域數(shù)據(jù)常用高級(jí)處理程序,比如線形結(jié)合模式(1inecombinationmodel,LCMode1).LCModel利用的是代謝產(chǎn)物離體試驗(yàn)波譜信息,在擬和時(shí)將這些信息作為基礎(chǔ)波譜模型進(jìn)行完全線形結(jié)合,用于分析在體MRS信息,而不需要對(duì)單獨(dú)波譜信息參數(shù)處理.由于LCModel利用的是全部的模型波譜,而非單個(gè)波譜,因此代謝物的最大信息及其獨(dú)特性均被整合到擬和過(guò)程中.該方法用限制規(guī)范方法解決線形,相位,基線,代謝物濃度水平和其他的不確定因素.在擬和過(guò)程中,只用在開(kāi)始時(shí)輸入在體MRS時(shí)間域資料,其后的擬和過(guò)程全是自動(dòng)進(jìn)行,因此,操作者依賴性明顯減低,其結(jié)果更為客觀,有利于各研究結(jié)果之間的相互比較,使用范圍非常廣泛.LCModel用于腦在體MRS分析研究較多,對(duì)不同的TE值均具有良好的擬和功能.在實(shí)際應(yīng)用中,有研究表明LCModel可以精確估計(jì)濃度很低的代謝物的組織水平.六,MRS數(shù)據(jù)處理方法選擇MRS信息含量多,其中混雜了許多干擾因素,準(zhǔn)確分析困難.在時(shí)間域和頻率域都可以對(duì)其進(jìn)行分析,而且方法較多,因此選擇正確的處理方法是MRS試驗(yàn)成功的關(guān)鍵.在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),不是要用上面述及的方法對(duì)FID進(jìn)行逐步處理,而是針對(duì)FID的特點(diǎn)選擇其中一些技術(shù).如果相位,基線,SNR等存在問(wèn)題,那么選擇在時(shí)間域處理數(shù)據(jù)將更為合適.如果沒(méi)有這些問(wèn)題,選擇在頻率域處理比較好.在一個(gè)域進(jìn)行分析時(shí),都沒(méi)有充分考慮到另外一個(gè)域的數(shù)據(jù)特點(diǎn),因而還是存在一定的不足.因此,可在兩個(gè)域同時(shí)進(jìn)行分析,在一定程度上能夠彌補(bǔ)單個(gè)域處理的缺陷.MRS數(shù)據(jù)既可以在時(shí)間域處理,也可以在頻率域處理,處理方法選擇較多,并且每種方法都具有不同的特點(diǎn).在實(shí)際運(yùn)用中,應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特國(guó)外醫(yī)學(xué)臨床放射學(xué)分冊(cè)ForeignMedicalSciencesClinicalRadiologicalFascicle2007Sep;30(5)點(diǎn),選擇合適的處理方法,既要最大限度地利用先驗(yàn)知識(shí),又要盡可能地減少操作者依賴性,使MRS數(shù)據(jù)處理結(jié)果能夠真實(shí),客觀反映機(jī)體的病理生理變化,并且使試驗(yàn)具有可重復(fù)性.不同試驗(yàn)結(jié)果之間具有可比性.參考文獻(xiàn)1BarbiroliB,GmamS,LodiR,eta1.AbnormalbrainenergymetabolismshownbyinvivophosphorusmagneticresonancespectroscopyinpatientswithchronicliverdiseaseJ.BrainResBull,2002,59(1):7582.2MachannJ,ThamerC,SchnoedtB,eta1.Hepaticlipidaccumula-tioninheMthysubjects:acomparativestudyusingspectralfat-selectiveMRIandvolume-localizedH-MRspecoscopyJ.MagnResonMed,2006,55(4):913917.3IsobeT,MatsumuraA,AnnoI,eta1.EffectofJcouplingandT2relaxafioninassessingofmethyllactatesignalusingPRESSsequenceMRspectroscopyJ.IgakuButsuri,2005,25(2):68-74.4ZhongErnstT.LocalizedinvivohumanHMRSatveryshortechotimesJ.MagnResonMed,2004,52(4):898901.5CascianiE,PolettiniE,BertiniL,eta1.Prostatecancer:evaluationwithendorectalMRimagingandthree-dimensionalprotonMRspectroscopicimagingJ.RadiolMed,2004,108(56):530541.6VanhammeL,SundinT,HeckePV,eta1.MRspectroscopyquantitation:areviewoftimedomainmethodsJ.NMRBiomed,2001,14(4):233-246.7MierisovaS,Ala-KorpelaM.MRspectroscopyquantitation:areviewoftime-domainmethodsJ.NMRBiomed,2001,14(4):247259.8AriasMendozaF,PayneGS,ZakianKL,eta1.InvivoPMRspectralpatternsandreproducibilityincancerpatientsstudiedinamultiinstitutionaltrialJ.NMRBiomed,2006,19(4):504512.9HeyneJP,RzannyR,HanschA,eta1.P-MRspectroscopicimaginginhypertensiveheartdiseaseJ.EurRadiol,2006,16(8):17961802.10ThomasEL,HamiltonG,PatelN,eta1.Hepatictriglyceridecontentanditsrelationtobodyadiposity:amagneticresonanceimagingandprotonmagneticresonancespectroscopystudyJ.Gut,2005,54(1):122-127.11BarthaR,DrostDJ,WilliamsonPC.Factorsaffectingthequantificationofshortechoinvivo1HMRspectra:priorknowledge.peakelimination,andfilteringJ.NMRBiomed,1999,12(4):205216.12UlrichM,WokrinaT,EndeG,etal,p-Hechoplanarspectroscopicimasi-gofthehumanbraininvivoJ.MagnResonMad,2007,57(4):784-790.13SmesnyS,RosburgT,NenadicI,eta1.Metabolicmappingusing2D31P-MRspectroscopyrevealsfrontalandthalamicmetabolicabnormalitiesinschizophreniaJ.Neuroimage,2007,35(2):729737.14KostlerH,LandschutzW,KoeppeS,eta1.AgeandgenderdependenceofhumancardiacphosphorusmetabolitesdeterminedbySLOOP31PMRspectroscopyJ.MagnResonMed,2006,56(4):907-911.15ShawD.FouriertransformNMRspectroscopyM.NewYork:E1一sevier,1976:35-48.16CorbinIR,BuistR,PeelingJ,eta1.HepaticP-MRSinratmodelsofchronicliverdisease:assessingtheextentandprogressionofdiseaseJ.Gut,2003,52(7):10461053.17McKenzieEJ,JacksonM,SunJ,eta1.MonitoringthedevelopmentofhepatoceUtdarcarcinomainwoodchucksusing31PMRSJ.MAGMA,2005,18(4):201205.1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