在3T磁场下，通过GABA编辑后的HERMES进行的体内Glx测量结果与不同扫描仪、脑区、诊断类型和年龄组中使用Short-TE PRESS方法获得的结果不一致

《NMR in Biomedicine》：In Vivo Glx Measurements From GABA-Edited HERMES at 3?T Are Not Consistent With Those From Short-TE PRESS Across Scanners, Brain Regions, Diagnostic and Age Groups

本研究评估了Hadamard编码和重建成像的MEGA编辑光谱（HERMES）在谷氨酰胺和谷氨酸（Glx）测量中的准确性，并与短回波时间的PRESS序列进行了比较。结果显示，HERMES的GABA-DIFF和SUM谱与PRESS谱存在显著系统性和比例偏差，且偏差在扫描仪、脑区、年龄和诊断组中一致，表明不同方法间Glx测量不可直接比较，需谨慎选择序列。

　　
本文通过多中心、大样本研究，系统评估了Hadamard编码与重构的MEGA-编辑谱学（HERMES）技术获取的谷氨酸/谷氨酰胺复合物（Glx）浓度与短回波时间PRESS技术（TE=35ms）的测量结果之间的差异。研究覆盖了自闭症和典型发育人群，涉及青少年及学龄前儿童，采用三种不同扫描仪和脑区（前扣带回皮层ACC和丘脑），为神经代谢研究提供了重要的方法学参考。

### 一、技术背景与研究意义
1H-MRS作为无创脑代谢检测手段，在神经递质（如GABA、谷氨酸等）的定量分析中具有重要价值。传统短TE（35ms）PRESS技术因化学位移重叠问题，需通过模型拟合区分谷氨酸与谷氨酰胺，常以Glx复合形式报告。而HERMES技术通过80ms长回波时间结合多脉冲编辑，旨在同时获取GABA、谷胱甘肽（GSH）及Glx信号。但该技术是否可靠仍存疑，尤其是Glx的测量一致性。

### 二、研究方法与样本特征
研究纳入139名参与者（自闭症70人，典型发育69人），覆盖3-36岁年龄段，采用三台3T西门子扫描仪（荷兰Radboud大学两台，德国曼海姆一台）。通过双任务设计采集数据：
1. **基础PRESS序列**：TE=35ms，用于Glx标准参考值
2. **HERMES序列**：TE=80ms，包含GABA、GSH编辑模块及Glx总和信号
3. **质量控制**：采用Osprey软件进行线圈组合、相位校正、水峰抑制等预处理，剔除33%存在明显运动伪影或脂质污染的数据。

### 三、核心研究发现
#### （一）测量结果系统性偏差
1. **GABA-DIFF谱**：显著高估Glx浓度（中位数偏差达18.7%），尤其在扫描仪1（p<0.0001）和扫描仪2（p=0.002）中表现明显。
2. **SUM谱**：整体低估Glx浓度（中位数偏差-15.3%），但在扫描仪3（学龄前儿童数据）中相关性改善（ρ=0.75）。
3. **比例偏差**：HerMES与PRESS的测量差异随Glx浓度升高而扩大（回归系数β=1.26-1.68，p<0.001），表明技术间存在非线性偏差。

#### （二）测量一致性评估
1. **相关系数**：HERMES SUM与PRESS在扫描仪3丘脑区域达显著正相关（ρ=0.81），但扫描仪1和2中相关系数均低于0.3（p>0.05）。
2. **ICC一致性**：典型值仅为0.32-0.57（ poor agreement），仅扫描仪3丘脑区域在创意校正后ICC达0.66（moderate agreement）。
3. **变异系数**：HERMES SUM的变异系数（CV）高达42.8%-70.25%，显著高于PRESS（6.05%-25.5%）。

#### （三）影响因素分析
1. **扫描仪差异**：扫描仪2因硬件稳定性问题导致最大CV达70.25%，而扫描仪1和3数据质量更优（CV<50%）。
2. **脑区差异**：ACC区域一致性优于丘脑（平均ICC差0.2），可能与深部脑区B0场均匀性较差有关。
3. **年龄影响**：学龄前儿童（扫描仪3）数据质量更优，Glx估计值与PRESS一致性提高（可能因静息状态扫描）。
4. **诊断差异**：自闭症组中ACC区域GABA-DIFF与PRESS相关性略高（ρ=0.45），但未达显著水平。

### 四、技术机制解析
#### （一）信号重叠机制
1. **短TE限制**：35ms时谷氨酰胺（2.1ppm）与谷氨酸（2.3ppm）共振峰重叠度达72%，需通过TE averaging或J-resolved技术解耦。
2. **长TE优势**：80ms时J耦合效应使谷氨酰胺信号相位反转，理论上可提高分辨率。但实际应用中存在：
- **T2衰减差异**：脑区T2时间不同（丘脑T2=90ms vs ACC=70ms），导致长TE下信号衰减率差异
- **编辑脉冲偏移**：1.9ppm编辑脉冲频率偏移达±5Hz时，GABA解调效率下降40%
- **基线漂移**：HERMES多子序列（A/B/C/D）平均相位偏移达12°（标准差8°）

#### （二）模型假设偏差
1. **脂质基线模型**：Osprey软件采用5种脂质（MM09/12/14/17/20）混合基线，与实测脂质谱匹配度仅达68%（扫描仪1数据）。
2. **T2校正误差**：采用文献标准值（NAA-T2=30ms，Glx-T2=60ms），但实际扫描中T2随年龄变化达±15%，导致模型预测偏差。
3. **J耦合参数**：未校正的J耦合常数（γ=18.5Hz）与文献值（19.2±1.3Hz）存在5%偏差，累积误差达12%。

### 五、临床应用启示
1. **数据整合挑战**：研究显示跨技术比较时，Glx浓度差异可达30%-40%（如扫描仪1丘脑区），需建立标准化校正流程。
2. **诊断适用性**：
- 自闭症组ACC区域HERMES GABA-DIFF与PRESS相关系数（0.45）优于丘脑（0.32）
- 学龄前儿童数据质量提升20%（SNR提高至58dB），建议作为特殊人群研究标准
3. **技术优化建议**：
- 增加3次B0校准（扫描仪3中数据）
- 采用双脉冲编辑（1.9ppm+4.56ppm）提高GABA/GSH分离度
- 引入自适应T2权重因子（基于实际T2测量值）

### 六、研究局限性
1. **模型局限性**：Osprey软件未包含 scanner-specific的电子环境参数，导致模型拟合误差达8%-15%。
2. **时间窗口限制**：80ms回波时间未覆盖部分人群的T2分布（如青少年T2=55ms vs成人70ms）。
3. **样本偏差**：扫描仪3中自闭症样本仅2例，可能影响诊断组间比较。

### 七、未来研究方向
1. **硬件标准化**：建立跨扫描仪的B0场均匀性校正数据库
2. **动态模型更新**：开发基于实时T2测量的自适应谱线拟合算法
3. **联合分析技术**：将HERMES与短TE SteAM技术结合，通过双TE平均解耦Glx信号

该研究首次系统揭示了长TE编辑技术（HERMES）与传统短TEPRESS在Glx测量中的系统性偏差，为多模态神经影像研究提供了重要的质量控制标准。建议临床研究中采用双技术验证流程（HERMES+PRESS同步扫描），并通过标准化数据转换协议实现跨技术整合。