[논문 리뷰] Recommended Implementation of Quantitative Susceptibility Mapping for Clinical Research in The Brain: A Consensus of the ISMRM Electro-Magnetic Tissue Properties Study Group

Berkin Bilgic̦, Mauro Costagli외 16명|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 05.

Advanced MRI Techniques and Applications인용 수 15

한 줄 요약

논문은 뇌 임상 연구에서 정량적 감응도 매핑(QSM)을 구현하기 위한 합의 기반 권고를 제공하며, 획득, 처리, 분석 및 보고를 다뤄 조화를 촉진한다.

ABSTRACT

This article provides recommendations for implementing quantitative susceptibility mapping (QSM) for clinical brain research. It is a consensus of the ISMRM Electro-Magnetic Tissue Properties Study Group. While QSM technical development continues to advance rapidly, the current QSM methods have been demonstrated to be repeatable and reproducible for generating quantitative tissue magnetic susceptibility maps in the brain. However, the many QSM approaches available give rise to the need in the neuroimaging community for guidelines on implementation. This article describes relevant considerations and provides specific implementation recommendations for all steps in QSM data acquisition, processing, analysis, and presentation in scientific publications. We recommend that data be acquired using a monopolar 3D multi-echo GRE sequence, that phase images be saved and exported in DICOM format and unwrapped using an exact unwrapping approach. Multi-echo images should be combined before background removal, and a brain mask created using a brain extraction tool with the incorporation of phase-quality-based masking. Background fields should be removed within the brain mask using a technique based on SHARP or PDF, and the optimization approach to dipole inversion should be employed with a sparsity-based regularization. Susceptibility values should be measured relative to a specified reference, including the common reference region of whole brain as a region of interest in the analysis, and QSM results should be reported with - as a minimum - the acquisition and processing specifications listed in the last section of the article. These recommendations should facilitate clinical QSM research and lead to increased harmonization in data acquisition, analysis, and reporting.

연구 동기 및 목표

• 빠르게 진행되는 방법론적 진전에 직면하여 뇌 연구에서 QSM 방법의 표준화 동기를 부여한다.
• QSM의 데이터 수집, 처리 및 분석에 대한 실용적이고 단계별 지침을 제공한다.
• 연구 간 비교 가능성을 높이기 위해 과학 출판물에서 QSM 결과의 일관된 보고를 보장한다.

제안 방법

• 단극성(monopolar) 3D 다중 에코 GRE 취득을 권장한다.
• DICOM 형상으로 위상 이미지를 저장하고 정확한 위상 언랩핑을 적용할 것을 권장한다.
• 배경 제거 전에 다중 에코 이미지를 결합하고 위상 품질 고려를 포함한 뇌 마스크를 생성할 것을 제안한다.
• SHARP 또는 PDF 기반 방법을 사용하여 뇌 마스크 내에서 배경 필드 제거를 권고한다.
• 희소성 기반 규제화를 가진 다극 역전(dipole inversion)을 권장한다.
• 지정된 기준에 대해 뇌 전체를 포함한 참조 ROI로서 참조값에 상대한 감응도 값을 보고하도록 권고한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 취득 및 처리 선택이 연구 간 QSM 뇌 측정의 변동성을 최소화하는가?
• RQ2 QSM 결과를 어떻게 참조하고 보고해야 연구 간 비교 가능성을 높일 수 있는가?
• RQ3 어떤 배경 제거 및 다극 역전 전략이 재현 가능하고 일관성 있는 뇌 감응도 맵을 산출하는가?
• RQ4 QSM 결과의 출판물에 어떤 최소 보고 표준이 포함되어야 하는가?

주요 결과

• 적절한 방법을 사용하면 QSM 기법으로 재현 가능하고 재현 가능한 뇌 감응도 맵을 얻을 수 있다.
• 표준화된 파이프라인은 연구 간 데이터 취득, 처리 및 보고를 조화시킬 수 있다.
• 권고안은 임상 QSM 연구를 촉진하기 위해 데이터 취득에서 과학 출판물에의 발표에 이르는 모든 단계를 다룬다.