混沌与 COSMOS——关于多方向与单方向 QSM 方法以及局部各向异性效应的思考

目的：定量磁化率成像（QSM）中场到磁化率的反演是病态的，需要通过正则化或通过在三个或更多物体方向采集数据进行过采样来进行数值稳定。通过多方向采样计算磁化率（COSMOS）是一种成熟的过采样方法，并被视为 QSM 金标准。它实现了良态逆问题，需要在 yz 平面中按 0{\deg}、60{\deg} 和 120{\deg} 旋转。然而，这在体内是不切实际的，头部旋转通常限制在 ±25{\deg} 范围内。非理想采样会降低 conditioning，产生残留条纹伪影，其缓解需要进一步正则化。此外，COSMOS 模型未考虑白质中的磁化率各向异性，这可能引入额外偏差。当前工作对灵长类动物脑中的这些效应进行了深入调研。方法：在 7 T（350 微米分辨率，10 个方向）下采集整个固定黑猩猩脑的梯度回波（GRE）数据，包括理想 COSMOS 采样和体内真实旋转。结果比较包括理想 COSMOS、具有 3-8 个方向的体内可行采集以及单方向 iLSQR QSM。结果：体内可行和最优 COSMOS 产生了高质量磁化率图，由于平均多次采集而 SNR 提高。围绕单轴的非理想旋转 COSMOS 重建需要额外的 L2 正则化来缓解残留条纹伪影。结论：鉴于未考虑的 anisotropy 效应、重建增加的复杂性以及多方向采集的普遍挑战，次优 COSMOS 方案相对于正则化单方向 QSM 的优势在体内环境中似乎有限。