揭秘生态，干货篇！Vol.2 | “零”编程基础也能上手的QSM处理分析平台？——厦门大学脑部磁化率成像技术多功能处理系统

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定量磁化率成像(QSM)作为磁共振成像领域前沿技术，近年来备受关注。它通过逆向求解偶极场与磁化率间的复杂关系，克服非局部效应，精确获取组织的磁化率信息。这项技术能够量化脑组织及关键核团的磁化率，为神经退行性疾病、脑损伤、脑出血和脑肿瘤的临床诊断与筛查提供重要数据。

尽管QSM展现出巨大的科研潜力和应用价值，其复杂的实现过程仍限制了广泛应用，涉及感兴趣区域提取、相位解缠绕、多回波拟合、背景场去除和反演重建等多个步骤。

定量磁化率成像实现流程步骤

为此，厦门大学智慧影像课题组团队推出功能全面、量化精准的磁化率成像处理与分析平台(SIPAS)。该平台旨在提供QSM重建与分析全流程处理基准，从而推动磁化率成像技术的广泛应用。

SIPAS具有6大特色：核心算法自主化、方案组合多样化、重建与分析一体化、性能世界领先、界面功能丰富、交互操作灵活。针对多类用户的使用习惯，平台提供完善的图形用户界面 (GUI)，涵盖从相位数据重建磁化率图到感兴趣区域(ROI)绘制与分析的完整功能链。用户无需编程基础，即可轻松进行各步骤独立操作或一键式全流程处理。此外，平台配备详细操作指南，支持根据数据特点自由选择处理方案和优化算法参数，在确保准确重建基础上进行ROI绘制和定量分析与对比，帮助用户高效获取有价值的临床和科研数据。

SIPAS作为一款重建与分析一体化的磁化率定量处理平台，拥有四个功能丰富的软件界面：主功能界面、图像分析界面、ROI绘制及ROI分析界面。其重建流程中每个步骤都有多种算法可供选择。并且，去背景场和反演重建两个核心步骤集成的iRSHARP和SFCR为本团队自主化研发的先进算法，其性能显著优于同类算法。

软件集成算法

可实现从原始采集的相位图到磁化率成像结果的完整流程一站式处理，主要功能模块包含：成像信息、脑掩膜、相位解缠绕、去除背景场、单方向磁化率重建、多方向COSMOS图、批量数据处理。

用于各种算法的结果分析，通过精细化参数调整进一步优化各步骤结果，主要功能模块包含参数调整、定性与定量的对比，图像质量评价指标计算。

实现感兴趣区域轮廓绘制标注、生成定量分析图和回归曲线、呈现核团的三维体视图。

采用梯度回波序列(GRE)，对同一健康志愿者分别在3T及5T磁共振设备上进行头部成像。对比分析3种方案重建出的磁化率图像，评估SIPAS所提供的多种算法组合方案应用于不同场强数据下所展现的性能。

3T对比实验结果

5T对比实验结果

高场强、多回波、缠绕复杂的情况下，本项目方案iRSHARP+SFCR优势显著，为有效评定深灰质核团等组织的磁化率值提供可靠量化信息，并且能够清晰再现组织的微细结构。对比方案①可能出现条纹状伪影。对比方案②会导致磁化率值分段平滑，在处理多回波、缠绕复杂的数据时，影响更明显。

SIPAS平台的Python版本也即将上线~

与传统方法优势互补，保持准确性的同时大幅缩短处理时间，提升其在复杂成像条件下的适应性。

ROI绘制新增实用鼠标快捷功能，简化绘制操作；ROI统计分析功能更灵活，能够自由选择数据组、参考组和所需标签进行分析。

单张图像的刷新速度显著提升，经测试可由0.1s提升至0.02s；3D体渲染更流畅，新增如光照、背景选择等交互操作。

欢迎与厦门大学智慧影像课题组团队合作，利用这一科研及临床实用工具——SIPAS平台，共同推动磁化率成像技术的应用，促成多中心多平台标准化体系，构建多中心共享的特色数据库。

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[1] Lijun Bao*, Xu Li, Congbo Cai, Zhong Chen, and Peter C.M. van Zijl, Quantitative susceptibility mapping using structural feature based collaborative reconstruction (SFCR) in the human brain. IEEE Transactions on Medical Imaging, 2016, 35(9):2040-2050.

[2] Jinsheng Fang, Lijun Bao*, Xu Li, Peter C.M. van Zijl, Zhong Chen, Background field removal for susceptibility mapping of human brain with large susceptibility variations, Magnetic Resonance in Medicine, 2019;81:2025-2037.

[3] Lijun Bao*, Congcong Xiong, Wenping Wei, Zhong Chen, Peter C.M.van Zijl, Xu Li, Diffusion-regularized susceptibility tensor imaging (DRSTI) of tissue microstructures in the human brain. Medical Image Analysis, 2021, Volume 67, 101827.

[4] Lichu Qiu, Zijun Zhao, Lijun Bao*, SIPAS: A comprehensive susceptibility imaging process and analysis studio, NeuroImage 2024, Volume 297, 120697.

哈尔滨工业大学仪器科学与技术专业博士，法国INSA-Lyon University国家医学信号与图像应用研究中心联合培养博士。美国Johns Hopkins University医学院脑功能成像中心访问学者。主要研究方向为脑磁化率成像，心脏扩散成像，影像重建与分析，机器学习，计算成像。主持国家自然科学基金面上项目、青年项目，教育部博士点基金，福建省自然科学基金，中国工程物理研究院项目，参与完成国家自然科学基金多项。以第一作者或通讯作者在IEEE TMI，Medical Image Analysis，IEEE TII等国际权威期刊发表多项重要成果。担任国际医学磁共振学会年会程序委员ISMRM AMPC（2017-2020年）, 中国生物医学工程学会医学影像工程与技术分会委员。国家自然科学基金项目评审专家，国际主流期刊IEEE TNNLS, IEEE TMI, IEEE TIM, IEEE TCI, Med Image Anal, Neuroimage, MRM等审稿人。 

厦门大学智慧影像课题组依托福建省等离子体与磁共振研究重点实验室，隶属于厦门大学电子科学与技术学院。2018年9月，教育部正式批复同意将厦门大学微电子学院列入国家示范性微电子学院筹建单位。2019年5月，教育部正式批复同意厦门大学承建国家集成电路产教融合创新平台。学院现有科研教学平台主要包括：国家集成电路产教融合创新平台、电子信息国家级实验教学示范中心、福建省等离子体与磁共振研究重点实验室、福建省超快激光技术及应用重点实验室等。福建省等离子体与磁共振研究重点实验室是国内较早从事磁共振技术研究的综合性实验室，自成立数十年来，积累了大量的相关研究成果，培养了数百名博士和硕士研究生，为我国的磁共振技术发展做出重要贡献，目前正加快发展步伐，未来将取得更多更好的成绩。