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定量磁化率成像（QSM）依赖于组织潜在的宏观几何结构，从而产生可测量的、与方向相关的磁场扰动。为理解和评估体内QSM误差，拟人化仿体可提供一种有用的模型，用于模拟组织潜在的电磁特性和形态。本文设计并制备了一种兼容MRI的拟人化仿体，其中包含圆柱形和球状体隔室，并填充具有真实磁化率的材料，以模拟出血、钙化和血管。我们在感兴趣区域（ROI）内评估了MEDI磁化率测量的准确性（ε、偏差、均方根误差，RMSE）和重复性（重复性系数，RC）。通过评估基于体素的一致性，我们验证了不同采集条件（3T与7T）和重建算法（COSMOS与MEDI）下的磁化率成像结果。基于MEDI的可靠磁化率测量可从椭球体中获得，但无法从细管中获得。椭球体的准确性（3T时|ε| = 0.007～0.083 ppm；7T时0.050～0.118 ppm）高于细管（3T时|ε| = 0.084～0.190 ppm；7T时0.105～0.160 ppm）。全部6个ROI的重复性系数（3T时RC = 0.652 ppm；7T时0.459 ppm）明显大于仅包含4个椭球体ROI时的重复性系数（3T时RC′ = 0.168 ppm；7T时0.141 ppm）。3T下的准确性（偏差 = -0.002 ppm，RMSE = 0.082 ppm）优于7T下的准确性（偏差 = -0.056 ppm，RMSE = 0.092 ppm）。利用4个椭球体ROI中的体素，我们观察到3T下COSMOS与MEDI磁化率图之间具有极高的一致性，线性回归方程为y = 1.00x - 0.01（r = 0.99）。在7T下，相较于COSMOS磁化率图，我们观察到MEDI磁化率图存在一定程度的低估，其线性回归方程为y = 0.93x - 0.04（r = 0.99）。结果表明，QSM重建在3T扫描仪上具有较高可靠性，但在高磁化率条件下，使用7T扫描仪进行重建可能面临挑战。
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用于定量磁化率成像的几何拟人模型：准确性与重复性
查看 ORCID 资料 Padriac Hooper 博士，
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查看 ORCID 资料 Markus Barth 博士
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.01.748201
Padriac Hooper 博士 1 澳大利亚布里斯班，昆士兰大学；
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联系方式： pwhooper1{at}gmail.com
Jin Jin 博士 2 澳大利亚布里斯班，西门子医疗私人有限公司
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Kieran O'Brien 博士 2 澳大利亚布里斯班，西门子医疗私人有限公司
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Markus Barth 博士 1 澳大利亚布里斯班，昆士兰大学；
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摘要
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摘要
定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）依赖于组织潜在的宏观几何结构，从而产生可测量的、依赖于方向的磁场扰动。为了理解和评估活体内的 QSM 误差，拟人模型可提供一种有用的模型，其能够模拟潜在组织的电磁特性与形态。
本文设计并制造了一种兼容 MRI 的拟人模型，该模型包含圆柱形和球状体腔室，内部填充具有真实磁化率的材料，以模拟出血、钙化和血管。我们在感兴趣区域（regions of interest，ROIs）内估计了基于 MEDI 的磁化率测量的准确性（ϵ、偏差、均方根误差，RMSE）和重复性（重复性系数，RC）。我们基于体素评估了一致性，以验证不同采集条件（3T 与 7T）和重建算法（COSMOS 与 MEDI）下的磁化率成像结果。
基于 MEDI 的可靠磁化率测量可从椭球体中获得，但无法从吸管状结构中获得。椭球体的准确性（3T 下 |ϵ| = 0.007 至 0.083 ppm；7T 下 0.050 至 0.118 ppm）高于吸管状结构（3T 下 |ϵ| = 0.084 至 0.190 ppm；7T 下 0.105 至 0.160 ppm）。在全部 6 个 ROI 中计算得到的重复性系数（3T 下 RC = 0.652 ppm；7T 下 RC = 0.459 ppm）显著高于仅在 4 个椭球体 ROI 中计算得到的重复性系数（3T 下 RC′ = 0.168 ppm；7T 下 RC′ = 0.141 ppm）。
3T 下的准确性（偏差 = −0.002 ppm，RMSE = 0.082 ppm）优于 7T 下的准确性（偏差 = −0.056 ppm，RMSE = 0.092 ppm）。利用 4 个椭球体 ROI 中的体素，我们观察到 3T 下 COSMOS 与 MEDI 磁化率图之间具有极佳的一致性，线性回归方程为 y = 1.00x − 0.01（r = 0.99）。在 7T 下，与 COSMOS 相比，MEDI 磁化率图存在一定程度的低估，其线性回归方程为 y = 0.93x − 0.04（r = 0.99）。结果表明，QSM 重建在 3T 扫描仪上具有良好的可靠性，但在高磁化率条件下，使用 7T 扫描仪进行重建可能具有一定挑战性。
利益冲突声明
Kieran O'Brien 和 Jin Jin 是西门子医疗澳大利亚公司的雇员。其他脚注
https://zenodo.org/records/21880376
已声明的资助者信息
澳大利亚研究委员会， https://ror.org/05mmh0f86 IC170100035
版权
本预印本的。
该预印本依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 9 月 2 日。
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用于定量磁化率成像的几何拟人模型：准确性与重复性
Padriac Hooper 博士，
Jin Jin 博士，
Kieran O'Brien 博士，
Markus Barth 博士
bioRxiv 2026.09.01.748201； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.01.748201
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用于定量磁化率成像的几何拟人模型：准确性与重复性
Padriac Hooper 博士，
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Kieran O'Brien 博士，
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bioRxiv 2026.09.01.748201； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.01.748201
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.01.748201v1?rss=1
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