導(dǎo)讀

磁共振成像(MRI)是一種研究體內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如多發(fā)性硬化癥(MS))的成熟技術(shù)。為了避免MRI數(shù)據(jù)組織和自動(dòng)化處理的錯(cuò)誤，近來提出了一種稱為腦成像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(BIDS)的標(biāo)準(zhǔn)。BIDS標(biāo)準(zhǔn)為神經(jīng)成像數(shù)據(jù)的描述和組織提供了指南，簡化了神經(jīng)成像數(shù)據(jù)內(nèi)部或之間的共享和處理。然而，從直接來自MRI掃描儀的復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化非開放文件數(shù)據(jù)格式到正確的BIDS結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換可能既繁瑣又耗時(shí)。這阻礙了BIDS格式在不同研究中的廣泛采用。為了解決這個(gè)問題并簡化神經(jīng)成像領(lǐng)域中BIDS的日常使用，本研究提出了BIDS管理和分析工具(簡稱，BMAT)。BMAT軟件是一個(gè)完整且易于使用的開源神經(jīng)成像分析工具，具有圖形用戶界面(GUI)。BMAT提供了將數(shù)據(jù)從MRI掃描儀轉(zhuǎn)換為BIDS結(jié)構(gòu)、創(chuàng)建和管理BIDS數(shù)據(jù)集以及開發(fā)和運(yùn)行自動(dòng)化處理管道的可能性，并且比其他同類軟件更快。BMAT軟件提供了下載有用分析應(yīng)用程序的可能性，特別是應(yīng)用于MS研究的病灶分割和處理新型疾病生物標(biāo)志物(如中央靜脈征和順磁性邊緣病變的成像對(duì)比)。

前言

磁共振成像(MRI)為安全、無創(chuàng)地研究腦病理學(xué)提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究，例如多發(fā)性硬化癥(MS)，通常需要采集多個(gè)MRI序列，產(chǎn)生不同格式的復(fù)雜數(shù)據(jù)。此外，MRI數(shù)據(jù)共享在大規(guī)模多中心神經(jīng)成像研究中很常見，因?yàn)樗梢栽黾訕颖玖坎a(chǎn)生概括性的結(jié)果。在這個(gè)框架中，需要一個(gè)結(jié)構(gòu)良好的神經(jīng)成像數(shù)據(jù)組織，以促進(jìn)數(shù)據(jù)共享，確保通用性并簡化自動(dòng)化圖像處理管道的采用。

腦成像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(BIDS)格式提出了命名和組織神經(jīng)成像數(shù)據(jù)的通用標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，采用BIDS格式確保了神經(jīng)成像數(shù)據(jù)的有組織和齊性結(jié)構(gòu)，簡化了多中心研究背景下的數(shù)據(jù)共享，并促進(jìn)了自動(dòng)化神經(jīng)影像工具的開發(fā)。

簡而言之，BIDS數(shù)據(jù)集的根目錄包含以開放文件格式轉(zhuǎn)換的所有原始數(shù)據(jù)，如神經(jīng)影像學(xué)信息技術(shù)計(jì)劃(NIfTI)。這些原始數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)的被試、會(huì)話和類別存儲(chǔ)在特定的子文件夾中。元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在JSON(dictionary JavaScript Object Notation)文件或TSV(Tabular Separated Value，制表符分隔值)文件中。每個(gè)文件的命名都遵循嚴(yán)格但明確的標(biāo)準(zhǔn)化約定，遵循<鍵值>方案(例如sub-001_ses-01_part-mag_T2starw.nii.gz)(BIDS-貢獻(xiàn)者2022)。根目錄還由另外兩個(gè)文件夾組成，sourcedata和derivatives，分別包含原始數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)。最后，dataset_description.json用于存儲(chǔ)有關(guān)研究數(shù)據(jù)集的信息(例如數(shù)據(jù)集名稱，作者，版本等)，而participants.tsv包含有關(guān)研究對(duì)象的信息(例如ID，年齡，性別等)。

盡管在組織神經(jīng)成像數(shù)據(jù)集，BIDS格式是一個(gè)很有前途的解決方案，但管理不同類型的神經(jīng)成像數(shù)據(jù)所需的大量限制性原則限制了其傳播和適用性。手動(dòng)應(yīng)用BIDS規(guī)則非常棘手、耗時(shí)，并且可能與用戶內(nèi)部和用戶間的錯(cuò)誤相關(guān)。另一方面，使用shell腳本自動(dòng)應(yīng)用BIDS原則會(huì)阻止非信息學(xué)專家(如醫(yī)學(xué)神經(jīng)成像科學(xué)家)自行應(yīng)用這些原則。因此，需要能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)BIDS格式的軟件來廣泛傳播其使用情況。預(yù)計(jì)在不久的將來，對(duì)BIDS格式的需求和更直接地應(yīng)用于神經(jīng)成像的應(yīng)用將會(huì)增加。

目前已經(jīng)提出了幾種解決方案?！癇IDSmanager”是一種旨在創(chuàng)建和管理BIDS數(shù)據(jù)集的軟件。但是，在數(shù)據(jù)集中導(dǎo)入新的MRI數(shù)據(jù)時(shí)，每次只執(zhí)行一個(gè)序列，并且要求用戶每次都向軟件提供MRI序列的名稱，這使得軟件的用戶友好性較差。“BIDS manager”比BIDS規(guī)范更具限制性，并且不允許導(dǎo)入或命名每個(gè)可能符合BIDS的序列，這可能是由于它缺乏更新，因?yàn)樗辉试S使用尚未包含在BIDS規(guī)范中的研究序列。這雖然確保BIDS原則得到了很好的實(shí)現(xiàn)，但也使軟件更具局限性和靈活性較差?！癇rainLife”是另一個(gè)現(xiàn)有的解決方案，它是一個(gè)基于BIDS格式(https://brainlife.io/)進(jìn)行神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)分析的免費(fèi)在線平臺(tái)。BrainLife是一個(gè)高效的數(shù)據(jù)整理和分析工具，允許創(chuàng)建和管理BIDS數(shù)據(jù)集以及運(yùn)行自動(dòng)化任務(wù)(https://brainlife.io/docs/)。BrainLife只在線工作，并提供云計(jì)算資源來進(jìn)行廣泛的分析。然而，在線上傳MRI圖像可能會(huì)給神經(jīng)影像科學(xué)家?guī)硐嚓P(guān)的倫理問題，尤其是在處理敏感患者數(shù)據(jù)時(shí)。

本研究提出了基于BIDS格式的本地離線神經(jīng)成像分析工具——BIDS管理和分析工具(BMAT)。BMAT桌面應(yīng)用程序是一個(gè)圖形用戶界面(GUI)包裝器，可與現(xiàn)有的命令行神經(jīng)成像工具配合使用。BMAT可以創(chuàng)建和管理BIDS數(shù)據(jù)集，為在數(shù)據(jù)集上運(yùn)行自動(dòng)化任務(wù)和查看分析結(jié)果提供了用戶友好的界面。該軟件是在MSMRI研究的框架下開發(fā)和測(cè)試的，具有多中心數(shù)據(jù)和專用的分析工具。

方法

本節(jié)詳細(xì)介紹了BMAT軟件，從主界面結(jié)構(gòu)開始，然后更深入地介紹一些與MS相關(guān)的BMAT分析管道。圖1顯示了軟件主窗口的視圖。

圖1.軟件主窗口視圖。

下載和安裝

BMAT可以直接從GitHub存儲(chǔ)庫(https://github.com/ColinVDB/BMAT)下載用于Linux，Windows和MacOSX操作系統(tǒng)(OS)，該存儲(chǔ)庫包含軟件的源代碼以及描述如何安裝和使用該軟件的詳細(xì)文檔。正如下文所述，BMAT需要許多其他依賴項(xiàng)，整個(gè)安裝過程需要一到兩個(gè)小時(shí)，具體取決于操作系統(tǒng)和用戶的信息背景。以下是所需依賴項(xiàng)的列表：

vPython(3.8)：運(yùn)行軟件

vdcm2niix：用于將DICOM文件轉(zhuǎn)換為NifTI

vITK-SNAP：帶有注釋工具的3D查看器

vDocker：用于運(yùn)行多個(gè)工具

圖形用戶界面(GUI)和功能

下載并安裝軟件后，一旦啟動(dòng)，BMAT會(huì)要求選擇一個(gè)與BIDS目錄對(duì)應(yīng)的文件夾。如果沒有可用的BIDS目錄，用戶可以選擇一個(gè)空文件夾來創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)集。主窗口由幾個(gè)小部件組成，包括：

v數(shù)據(jù)集信息：主窗口頂部中央小部件顯示數(shù)據(jù)集的簡短描述和有用的信息。

①BIDS目錄的名稱

②數(shù)據(jù)集中的被試數(shù)量

③目錄的BIDS版本

④數(shù)據(jù)集的作者

這些信息大部分來自前面描述的目錄中的dataset_description.json文件。

v目錄樹查看器：該小部件位于主窗口的左側(cè)，允許用戶以安全的方式查看和導(dǎo)航BIDS目錄。事實(shí)上，它的使用類似于一個(gè)經(jīng)典的文件瀏覽器，沒有修改、移動(dòng)或刪除數(shù)據(jù)集中文件的風(fēng)險(xiǎn)。

v快速查看器：中央底部的小部件允許用戶觀察數(shù)據(jù)集中的文件。默認(rèn)情況下，它會(huì)顯示軟件的圖標(biāo)(如圖1所示)。當(dāng)在目錄樹查看器中雙擊打開任何非圖像文件時(shí)，軟件將在此小部件中打開一個(gè)專用查看器來觀察該文件。對(duì)于圖像文件，只需單擊即可在BMAT小部件中打開一個(gè)切片作為預(yù)覽，而雙擊允許用戶在獨(dú)立的ITK-SNAP窗口中完全打開圖像，這是3D volumes的一個(gè)高級(jí)查看器(http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php)。

vBIDS操作：這對(duì)應(yīng)于右側(cè)小部件，并包含用于觸發(fā)數(shù)據(jù)集特定操作的按鈕，例如導(dǎo)入數(shù)據(jù)，刪除對(duì)象和會(huì)話，以及重命名對(duì)象、會(huì)話或序列。這些操作會(huì)自動(dòng)編輯所有需要更新的文件。BMAT還提供了在整個(gè)數(shù)據(jù)集中自動(dòng)重命名序列的可能性。如果用戶在遵循BIDS命名約定時(shí)出錯(cuò)，這將特別有用。

vBIDS下拉菜單：它為用戶提供其他不太常用的操作，如創(chuàng)建或選擇另一個(gè)BIDS目錄、更新dataset_description.json文件或檢查數(shù)據(jù)集的BIDS有效性。該軟件使用BIDS驗(yàn)證器工具向用戶提供有關(guān)其BIDS數(shù)據(jù)集質(zhì)量的有用信息。BIDS驗(yàn)證器是BIDS規(guī)范(BIDS-貢獻(xiàn)者2022)中已經(jīng)過驗(yàn)證的成熟工具。此功能還為用戶提供了指向BIDS規(guī)范的有用鏈接。

v管道下拉菜單：此菜單允許用戶以全自動(dòng)的方式在數(shù)據(jù)集上運(yùn)行特定任務(wù)。管道來自BMAT社區(qū)，可以直接通過GUI下載。下面將介紹一些已經(jīng)可用的管道。

v本地化管道下拉菜單：它允許用戶在本地添加自己的管道。為此，用戶需要在使用python和PyQt5時(shí)有足夠的編碼知識(shí)。

數(shù)據(jù)集管理

該軟件的第一個(gè)目標(biāo)是為研究人員提供一個(gè)用戶友好的界面來創(chuàng)建和管理BIDS數(shù)據(jù)集。本節(jié)將重點(diǎn)介紹軟件的可用性和便捷性。創(chuàng)建BIDS數(shù)據(jù)集后的第一步是導(dǎo)入新被試。目前，神經(jīng)成像數(shù)據(jù)是以DICOM格式從MRI設(shè)備導(dǎo)出。這種格式是通用的，包含有關(guān)序列的相關(guān)信息，但依賴于服務(wù)提供者，通常不方便操作。也可以使用較舊的格式，例如飛利浦的PAR/REC格式。為了遵循BIDS準(zhǔn)則，需要將圖像轉(zhuǎn)換為NIfTI格式，這是一種所有人都可以訪問且易于操作的開源格式(https://NIfTI.nimh.nih.gov/)。同時(shí)，包含元數(shù)據(jù)的JSON文件始終與圖像相關(guān)聯(lián)，對(duì)于某些序列（如彌散MRI），還會(huì)創(chuàng)建其他特定文件。BMAT使用dicom2niix將DICOM文件轉(zhuǎn)換為NIfTI格式。NIfTI文件的名稱主要基于相應(yīng)DICOM中的ProtocolName和SeriesDescription屬性。盡管這些屬性是自由形式的并且不保證是唯一的，但作為一種慣例，相同的SeriesDescription屬性通常不用于同一研究MRI協(xié)議中的多個(gè)序列。此外，用于NIfTI文件命名的DICOM屬性的選擇受到dcm2niix的限制。在此步驟之后，NIfTI文件將按照BIDS規(guī)范重命名，并組織到BIDS數(shù)據(jù)集的正確文件夾中。重命名策略取決于用戶，并基于NIfTI文件名和相應(yīng)的BIDS模態(tài)之間的映射，這在軟件源代碼的sequence.csv文件中進(jìn)行了描述。sequence.csv文件應(yīng)遵循BIDS規(guī)范(BIDS-貢獻(xiàn)者2022)，并且在研究開始時(shí)只需填寫一次；然后，該軟件將能夠識(shí)別和處理這些特定的MRI序列。

有關(guān)數(shù)據(jù)集的被試信息對(duì)于神經(jīng)成像研究至關(guān)重要，并且包含在participants.tsv文件中，由BMAT自動(dòng)完成。該文件由每個(gè)被試行組成，默認(rèn)包含其BIDS ID、年齡、性別和不同MRI會(huì)話的日期。作為附加功能，BMAT為用戶提供了自動(dòng)從被試的DICOM文件中檢索任何信息并將其存儲(chǔ)在participants.tsv文件中的選項(xiàng)。

MS圖像分析工具

如前所述，BMAT還可以合并不同的圖像分析工具。在這里，研究者介紹了一些圖像分析管道，這些管道對(duì)MS MRI研究以及一般的神經(jīng)成像研究特別有用。在進(jìn)行神經(jīng)成像研究時(shí)，查看器是必不可少的，因?yàn)樗梢圆榭磮D像和對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。另一個(gè)基本功能是可以手動(dòng)分割和注釋感興趣的區(qū)域。尤其適用于MS MRI研究，其中白質(zhì)(WM)病灶的分割是許多研究的根本出發(fā)點(diǎn)，包括基于MRI的臨床試驗(yàn)。病灶分割可以自動(dòng)執(zhí)行或手動(dòng)執(zhí)行。為了手動(dòng)執(zhí)行此任務(wù)，本研究工具與ITK-SNAP配合使用，ITK-SNAP是一個(gè)開源且易于使用的查看器，可以注釋3D圖像(http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php)。它還允許同時(shí)打開多個(gè)圖像，并在多個(gè)窗口打開時(shí)提供同步選項(xiàng)，以同時(shí)查看和注釋不同MRI圖像上的病理細(xì)節(jié)。使用ITK-SNAP編輯的文件需要用戶通過ITK-SNAP中的保存按鈕手動(dòng)保存在右側(cè)的BIDS文件夾中。

神經(jīng)成像研究通常使用稱為管道的自動(dòng)計(jì)算工具來產(chǎn)生特定的資源和結(jié)果。由于有了BIDS結(jié)構(gòu)，管道可以通過腳本對(duì)所有被試圖像執(zhí)行相同的自動(dòng)任務(wù)。對(duì)于BMAT，管道的實(shí)現(xiàn)是社區(qū)驅(qū)動(dòng)的，管道可以直接通過GUI從專門的GitHub組織(https://github.com/BMAT-Apps)下載。根據(jù)正在進(jìn)行的研究，研究小組之間的管道可能會(huì)有所不同。在這里，本研究提出了4個(gè)具有代表性的BMAT管道，可用于MS MRI研究：

v圖像配準(zhǔn)：該管道提供了一種工具，可以使用ANTS Registration對(duì)單個(gè)被試的兩張圖像進(jìn)行嚴(yán)格的配準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)集的任何被試編寫腳本。它還允許通過使用在原始配準(zhǔn)期間計(jì)算的轉(zhuǎn)換矩陣將相同的轉(zhuǎn)換應(yīng)用于另一個(gè)圖像。計(jì)算圖像配準(zhǔn)大約需要2到3分鐘。

v腦病灶分割：病灶分割是MS MRI研究的一項(xiàng)基本任務(wù)。大腦分割管道使用SAMSEG基于液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(FLAIR)和磁化準(zhǔn)備快速梯度回波(MPRAGE)對(duì)比自動(dòng)分割WM病變。SAMSEG可以在大約15到20分鐘內(nèi)生成輸出分割。

vFLAIR*計(jì)算：FLAIR*可以同時(shí)可視化MS中的WM病變和實(shí)質(zhì)靜脈，是一種被廣泛接受的檢測(cè)中央靜脈征(CVS)診斷生物標(biāo)志物的技術(shù)。FLAIR*計(jì)算管道允許使用之前提出的docker容器，通過對(duì)配準(zhǔn)的FLAIR和T2*圖像的體素乘法來計(jì)算FLAIR*圖像。FLAIR*計(jì)算大約需要20到25分鐘。

v相位展開：該管道允許使用先前提出的docker容器從基于敏感性的MRI中獲得的相位圖像展開和過濾。對(duì)未展開的相位圖像的分析(結(jié)合其他MRI對(duì)比)可以檢測(cè)順磁邊緣病變(PRL)，這是MS中的一種新興神經(jīng)成像預(yù)后生物標(biāo)志物。相位展開時(shí)間約為3-5分鐘。

此外，本地化管道下拉菜單的概念允許實(shí)施新管道來運(yùn)行與正在進(jìn)行的研究相關(guān)的特定任務(wù)。要在本地向軟件添加新的管道，用戶必須在軟件源代碼的“LocalPipelines”文件夾中添加其python源代碼，其中包含使用PyQt5的專用圖形界面和計(jì)算代碼，以及包含有關(guān)管道元信息的相關(guān)JSON文件。管道的計(jì)算部分可以使用docker容器，也可以在本地實(shí)現(xiàn)，從而使軟件能夠適應(yīng)廣泛的神經(jīng)成像應(yīng)用程序。要使用此功能，用戶需要具備良好的編程技能，特別是python和PyQt5。然后，新管道可以通過GitHub組織(https://github.com/BMAT-Apps)與社區(qū)共享。

結(jié)果

首先通過使用該軟件進(jìn)行MS MRI研究時(shí)的典型工作流程的說明性示例，然后通過比較BMAT與“BIDS manager”和“BrainLife”的性能，將源DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BIDS格式。該示例包括①按照BIDS原則管理MS患者的MRI DICOM數(shù)據(jù)，②執(zhí)行圖像配準(zhǔn)，③WM病灶分割，④FLAIR*，⑤CVS和PRL診斷與預(yù)后診斷的相位展開。

數(shù)據(jù)集管理

BMAT建議的第一個(gè)任務(wù)是導(dǎo)入數(shù)據(jù)，為新的研究創(chuàng)建新的BIDS數(shù)據(jù)集。這里展示的MRI數(shù)據(jù)來自3個(gè)不同的MRI供應(yīng)商：General Electrics(GE)，Siemens和Philips。要使導(dǎo)入正常工作，用戶必須首先用研究中使用的成像序列的名稱編輯sequences.csv文件。例如，“_3DT2_0.65mm_iso_20180824081221_11_.nii.gz”和“_3DT2_0.65mm_iso_20180824081221_12__ph.nii.gz”分別是從西門子Prisma掃描儀上獲取的3D分段T2*加權(quán)回波平面成像(EPI)序列轉(zhuǎn)換為NIfTI格式后得到的幅值和相位圖像的名稱。對(duì)于重命名方案，第一步是選擇一個(gè)捕獲序列模態(tài)的特定關(guān)鍵字(‘3DT2’)，在BIDS規(guī)范中搜索相應(yīng)的BIDS模態(tài)(‘T2starw’)和MRI類型(‘a(chǎn)nat’)?，F(xiàn)在，BIDS字段仍有待完成；由于“部分”字段的存在，相位和幅值部分需要區(qū)分?！癬ph”關(guān)鍵字可以區(qū)分相位和幅值。同樣，在GE和飛利浦掃描儀上采集的相同3D-EPI序列的名稱分別為“_p_Sag_3D_EPI_20220628104007”/“SWIphase__p_Sag_3D_EPI_20220628104007”和“_SWI_NEW_S2_20201229103505_”/“_SWI_NEW_S2_20201229103505__ph”。按照與上述相同的過程，可以相應(yīng)地完成sequences.csv文件(表1)。

表一

此時(shí)，該軟件可以識(shí)別在3種不同掃描儀(Siemens，GE，Philips)上實(shí)現(xiàn)的相同3D-EPI MRI序列的三個(gè)不同名稱，并根據(jù)BIDS規(guī)范(sub-xxx_ses-xx_part-mag_T2starw.nii.gz和sub-xxx_ses-xx_part-phase_T2starw.nii.gz)對(duì)其進(jìn)行重命名。

更新重命名文件后，即可開始導(dǎo)入新數(shù)據(jù)的過程。與其他逐個(gè)導(dǎo)入MRI序列的現(xiàn)有BIDS管理軟件(BIDS Manager)相比，BMAT可以一次性轉(zhuǎn)換整個(gè)MRI會(huì)話(包含連續(xù)獲取的多個(gè)序列)。這減少了導(dǎo)入新數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間，提高了使用的舒適度。借助用戶界面，用戶可以選擇與被試的MRI會(huì)話相對(duì)應(yīng)的任何DICOM文件夾，進(jìn)行壓縮(ZIP文件)或解壓(文件夾)。然后，用戶必須通過提供相應(yīng)的BIDS_ID(例如sub-013)和會(huì)話(例如ses-02)來告訴軟件此會(huì)話對(duì)應(yīng)于哪個(gè)患者。如果未提供此信息，BMAT將認(rèn)為此會(huì)話對(duì)應(yīng)于新被試的第一個(gè)會(huì)話，并選擇一個(gè)新的可用BIDS_ID(即sub-001和ses-01用于第一個(gè)MRI會(huì)話)。然后，該軟件①將DICOM 文件夾中包含的所有文件轉(zhuǎn)換為NIfTI格式，②根據(jù)提供的重命名策略重命名文件(例如sub-013_ses-01_part-mag_T2starw.nii.gz)和③創(chuàng)建目錄來存儲(chǔ)這些文件。DICOM文件夾在源數(shù)據(jù)目錄的被試和會(huì)話文件夾對(duì)應(yīng)之后復(fù)制/存儲(chǔ)在BIDS數(shù)據(jù)集中。這可確保原始DICOM原封不動(dòng)地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)集中，以便用戶始終可以檢索此信息，并在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)備份圖像。最后，它還將修改participants.tsv文件以添加與此新會(huì)話相關(guān)的信息。

導(dǎo)入完成后，用戶可以通過運(yùn)行BIDS質(zhì)量控制工具評(píng)估其數(shù)據(jù)集的BIDS有效性，并根據(jù)提供的反饋和BIDS規(guī)范手動(dòng)編輯數(shù)據(jù)集。

MS圖像分析工具

下一步是使用軟件提供的一種或多種不同的圖像分析工具進(jìn)行研究的圖像分析部分。在這里，本研究提出了一個(gè)具有代表性的BMAT MS MRI研究分析。管道計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2.在ITK-SNAP圖(左)和細(xì)節(jié)圖(右)中查看用于檢測(cè)MS中PRL和CVS成像生物標(biāo)志物的處理管道的結(jié)果。

第一步是分割WM病灶，這可以由SAMSEG管道自動(dòng)執(zhí)行，單獨(dú)使用3D FLAIR或結(jié)合3D-MPRAGE圖像作為輸入(見圖2，上)。然后，為了檢測(cè)CVS和PRL生物標(biāo)志物，需要3D-EPI MRI序列提供幅值和相位圖像。為了將所有不同的MRI對(duì)比圖像放在同一空間中，圖像使用配準(zhǔn)管道一起進(jìn)行配準(zhǔn)。使用相應(yīng)的BMAT管道可獲得FLAIR*和未展開的相位圖像，并且可以評(píng)估分割病變是否存在PRL(圖2，中)和CVS(圖2，下)成像生物標(biāo)志物。由于使用了ITK-SNAP，用戶能夠手動(dòng)編輯現(xiàn)有的病變掩膜或創(chuàng)建新的病變掩膜。

BMAT性能以及與現(xiàn)有BIDS管理解決方案的差異

表2總結(jié)了BMAT與“BIDS manager”和“BrainLife”的主要區(qū)別和性能。BIDS Manager和BMAT都要求用戶手動(dòng)向軟件提供MRI序列的名稱(分別通過填寫requirements.json和sequences.csv文件)，詳見表2中的“Preprocessing before conversion Time”。雖然這個(gè)過程很耗時(shí)，但它只需要在每個(gè)新的成像研究開始時(shí)填寫一次(假設(shè)在研究期間MRI的協(xié)議不變)，并且BMAT可以使整個(gè)重命名步驟準(zhǔn)確。但是，BIDS manager要求用戶將序列逐個(gè)導(dǎo)入整個(gè)會(huì)話中，并在導(dǎo)入后手動(dòng)重命名每個(gè)序列，這大大減慢了整個(gè)BIDS轉(zhuǎn)換過程。相比之下，BrainLife可以自動(dòng)識(shí)別并重命名MRI序列。但是，會(huì)話中的不同MRI序列可能會(huì)被錯(cuò)誤地重命名(特別是研究MRI序列)，這需要研究人員在每次導(dǎo)入新會(huì)話時(shí)檢查并最終修復(fù)序列名稱。此外，BrainLife需要在BIDS轉(zhuǎn)換之前將整個(gè)會(huì)話上傳至網(wǎng)上，這大大減慢了整個(gè)過程。本研究認(rèn)為，BMAT與以前的BIDS管理解決方案之間的主要區(qū)別在于BMAT能夠獨(dú)立地將DICOM轉(zhuǎn)換為BIDS。事實(shí)上，一旦完成了sequences.csv文件，BMAT用戶就可以一次啟動(dòng)多個(gè)MRI會(huì)話的轉(zhuǎn)換，而BIDS Manager和BrainLife都需要用戶在轉(zhuǎn)換的某個(gè)階段進(jìn)行干預(yù)。

表 2.BMAT與“BIDS manager”和“BrainLife”的比較。

結(jié)論

BMAT是一個(gè)完整的本地和開源神經(jīng)成像分析工具，它使用BIDS格式來組織和處理用于MS成像研究的大腦MRI數(shù)據(jù)。該軟件可以創(chuàng)建結(jié)構(gòu)良好的數(shù)據(jù)集，并且能夠?qū)氩煌琈RI掃描儀(GE，Philips和Siemens)的數(shù)據(jù)。通過使用BIDS驗(yàn)證器工具可以確保BIDS數(shù)據(jù)集的質(zhì)量，向用戶提供有關(guān)其數(shù)據(jù)集有效性的即時(shí)反饋。BMAT還支持使用管道(可下載為?BMAT-Apps)，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集自動(dòng)執(zhí)行特定的后處理和圖像分析任務(wù)。在這里，研究者介紹了MS成像研究的四個(gè)相關(guān)管道：圖像配準(zhǔn)，圖像分割，F(xiàn)LAIR*計(jì)算和相位展開。許多其他的MS和非MS相關(guān)的圖像分析管道可以通過BMAT-Apps GitHub組織與科學(xué)界共享。BMAT基于BIDS格式，簡化了多個(gè)機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)集和自動(dòng)MRI分析工具的共享過程。

與其他可用解決方案相比，BMAT脫穎而出，其轉(zhuǎn)換速度更快，更直觀和完整。BMAT的直觀性是由于它為用戶提供了管理數(shù)據(jù)集的自由，比BIDS規(guī)范的限制更少。此功能的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是允許使用BIDS規(guī)范中不存在的研究成像序列。但是，該軟件并不完全強(qiáng)制執(zhí)行BIDS原則，而是讓用戶在提供工具的同時(shí)遵循規(guī)范。重命名方案提供了將該軟件與任何MRI序列一起使用的可能性。BMAT允許用戶添加由社區(qū)實(shí)現(xiàn)的新分析管道，以及添加個(gè)性化腳本來計(jì)算數(shù)據(jù)集上的即席分析。這三個(gè)選項(xiàng)使該軟件可以推廣到任何類型的神經(jīng)成像研究。由于BMAT已作為直觀的GUI實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)于非計(jì)算機(jī)專家(例如醫(yī)學(xué)神經(jīng)影像研究人員)實(shí)施BIDS格式并為其研究提供完整的分析工具特別有用。它還允許通過簡單的GUI運(yùn)行圖像處理管道。

本研究的未來目標(biāo)是將該軟件與DataLad集成。DataLad是一個(gè)免費(fèi)的開源分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可跟蹤研究數(shù)據(jù)、創(chuàng)建結(jié)構(gòu)、確保可重復(fù)性、支持協(xié)作并與廣泛使用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施集成。這將允許版本控制和與其他研究人員共享數(shù)據(jù)集?？傮w而言，BMAT是一個(gè)基于BIDS格式的完整本地化軟件，可用于神經(jīng)成像研究。它提供了一個(gè)用戶友好的框架，用于在BIDS數(shù)據(jù)集上創(chuàng)建和管理以及運(yùn)行自動(dòng)化任務(wù)。BMAT使用方便，可由用戶定制，以適應(yīng)任何類型的神經(jīng)成像研究。

參考文獻(xiàn)：C. Vanden Bulcke, M. Wynen, J. Detobel, F. La Rosa, M. Absinta, L. Dricot, B. Macq, M. Bach Cuadra, P. Maggi, BMAT: an open-source BIDS Managing and Analysis Tool, NeuroImage: Clinical (2022), doi: https://doi.org/10.1016/j.nicl.2022.103252.

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