VBM

基于体素的形态测量学(voxel—basedmorphometry，VBM)是一种全面、客观、无偏倚的脑结构影像分析技术，可以定量分析脑结构的微小变化，发现隐匿性脑结构的损伤。现已广泛应用于临床各种疾病脑结构损伤的研究之中，如心功能不全患者脑灰质的减少智商与脑灰质体积的相关性研究、帕金森病脑结构的研究、利手的小脑体积不对称性研究、年龄和性别对脑解剖结构的影响、多系统萎缩脑结构的研究以及肌萎缩侧索硬化症脑结构的研究等。VBM的目的是消除结构和位置的大尺度差异，定位脑组织的局部成分差异VBM概念伴随着磁共振成像（MRI）技术以及神经解剖学计算机图象处理技术巨大发展，Wright等[2]首先提出了基于体素对脑结构磁共振图象分析的初步思想，描述了一种能在MRI上发现脑灰质和白质差异的新技术。Ashburner和Friston[3]则在2000年正式提出了VBM方法。基于体素的形态学测量(voxel-basedmorphometry，VBM)是一种在体素水平对脑MR影像进行分析的技术，能定量计算局部灰、白质密度和体积的改变，从而精确地显示脑组织形态学变化。VBM的基本方法是通过空间标准化将不同个体脑组织标定到同一坐标空间，然后将标准化后的影像进行分割，得到灰质、白质和脑脊液图像并进行平滑处理，最后对平滑的图像建模，利用统计参数检验，显示组间有显著差别的灰质或白质脑区VBM的基本原理VBM方法是基于体素的分析，首先需要把被研究的所有个体的脑MRI梯度回波T1加权像在空间上标准化到一个完全相同的立体空间中，然后对该高分辨力、高清晰度、高灰白质对比的脑结构图象进行解剖分割，得到灰质、白质和脑脊液，利用参数统计检验对分割的脑组织成分逐个进行体素组间比较分析，定量测出脑灰质和白质的浓度和体积，从而量化分析脑形态学上的异常[4]。具体过程包括空间标准化、脑组织的分割、平滑、统计建模和假设检验。VBM的主要处理步骤包括(1)空间标准化：目的是将不同受试者的脑结构像在空间上相互匹配，使得不同受试者的相同解剖位置在空间上对应起来。一般来说是将所有受试者的脑结构像通过仿射变换配准到同一模板上。在这里既可以用研究者定制的模板(customizedtemplate)，也可以用蒙特利尔神经研究所(MNI)的模板。(2)组织分割：将配准后的图像分割成灰质、白质、脑脊液及非脑像素，分割时要对分割后的图像进行调制，调制后的图像真实地反映了组织的体积，而调制之前的图像只是反映组织密度的变化。为了保持每个结构灰质的真实数量，需要将处理后的图像乘以相关体素容积。。这些相关容积就是形变场的雅可比行列式。如果没有校正，VBM是比较同一个区域内灰质的相关浓度；校正后，VBM比较区域内的灰质的绝对数量一般来说，对于白质病变可以进行组织密度的分析，而对于灰质病变主要是对调制后的图像进行容积分析。(3)平滑：平滑的目的是使数据更接近于正态分布，增加参数检验的有效性。平滑时每个体素的信号强度被其周围体素加权平均后的信号强度所替代，每个体素的平均体素数量是由高斯核大小决定的。平滑核的大小一般是根据ROI的大小而定，对于较小的结构一般采用较小的平滑核，但平滑核太小会增加假阳性率；而对于较大的ROI，一般采用较大的平滑核。文献中一般采用的平滑核的大小为4～12mm。(4)统计学分析：主要采用广义线性模型和高斯随场理论，可以进行t检验或方差分析，对两组或多组数据进行比较以发现体积变化的脑区，（假设体积相等，证明不等）也可将分割后的图像与临床变量进行回归分析，寻找与临床变量相关的脑区。最后可得到一幅统计参数图，可将统计参数图叠加到解剖像上以三维立体形式呈现。做VBM组分析时样本量一般为14～20，当然样本量越大结果越可靠。1标准和优化的预处理过程3．浓度差异和部分容积的差异：第一，在灰质浓度的分析中，标准VBM相对于优化VBM，可能对微小脑异常更敏感，这是由于在优化VBM中采用组织特异模板，使得个体灰质和白质更加好的与模板匹配。结果使用不采用任何非线性形变(即调制)的校正，患者和对照组差异被最小化了。第二，非调制和调制分别发现浓度和容积差异，因此可能识别不同区域的显著效果。第三，标准和优化VBM的差异，调制和非调制的差异可能能说明文献中的一些矛盾的结论。