【MRM】CAPLEX 对比剂灌注 MRI 开源术语库：ISMRM OSIPI 共识报告

一部给 DCE/DSC 灌注 MRI 用的「度量衡词典」：ISMRM OSIPI Taskforce 4.2 把常用生理量、动力学模型与分析过程统一命名，给每个条目配上机器可读编码、标准记法与 SI 单位，并给出 lexicon-linked free-text 与 lexicon-linked XML 两种报告格式，让同一条分析链在论文之间可读、可比、可复现。

导语

DCE 与 DSC 是两类最主流的对比剂灌注 MRI 技术，衍生出的 CBF、Ktrans、ve 等定量指标在肿瘤、神经、心脏、肝、肾、肌骨疾病中都有应用潜力。可一旦跨中心汇总，问题就来了：同一个「血浆流量」，有团队报 mL/min/100 g，有团队报 mL/min/100 mL；同一个 Tofts 模型，有的固定三个参数，有的只拟合两个；软件商业版不公开内部步骤，自研脚本又各有写法。数值对不上，往往不是测量错了，而是说不清自己到底做了什么。 CAPLEX 针对的就是这个缺口：不求规定「最优分析」，只求把「用了什么」说清楚。

背景

DCE/DSC 定量成像生物标志物（QIB）向临床转化的阻碍在采集与分析两端都缺乏标准化，而分析流程是其中更大的变异来源。已有研究发现，不同商业软件之间、多中心之间同一指标结果差异显著。

过去的标准化工作集中在数据格式与采集环节：DICOM 定义数据结构，BIDS 规范文件组织，QIBA 的 Profile 系列给出 DCE 与 DSC 的采集推荐，ASL 领域也有 2015 年共识白皮书。但怎么报告分析方法与结果、用什么术语描述灌注量与模型，一直没有指南。 1999 年 Tofts 等人的标准化工作覆盖 DCE 的动力学建模，未涉及 DSC，也未涉及分析过程本身。

2020 年 2 月，OSIPI Taskforce 4.2 成立，成员包括医学物理、工程、临床、数据科学与 DICOM 标准专家，用 Slack 与季度线上会议协作，每个条目至少经两名成员交叉评审，2022 年 1--3 月向社区开放审查，同年夏获 ISMRM 灌注研究组背书，产出 v1.0.0 术语库（CAPLEX）。

概念解释

CAPLEX 是什么。 Contrast agent-based perfusion lexicon（CAPLEX）把 DCE/DSC 分析中涉及的三类对象标准化：量（quantities） 、模型（models） 、过程（processes）。量是充当分析输入输出的变量，如纵向弛豫率 R1；模型是描述数据行为、用于拟合的数学式；过程则类似程序里的函数名，声明「这一步做什么」及其全部输入输出。只定义语义而非实现，因此不绑定 Python、MATLAB 或 C++。

条目结构。 每个条目有唯一编码 Section.Group.Item.[CompartmentCode]，机器可读，如 Q.PH1.002 表示 Q 段 PH1 组第 002 个量。条目含七个元素：编码、OSIPI 名称（人类可读）、备选名、记法、描述、OSIPI 单位、原始参考文献。编码刻意避开解剖学术（不用「脑血流」而用更通用的「血浆流量」），同一个标准化名称对应同一个量，减少歧义。

▲ 图1 ｜ CAPLEX 术语库五段组织结构示意（论文 Figure 1）。 橙色方块为量（Section Q），紫色方块为过程与模型；图内流程图展示 v1.0.2 版本可编码的一条典型灌注分析流水线。AIF 指动脉输入函数（arterial input function），DCE 为动态对比增强，DSC 为动态磁敏感对比。用 R2/R2* 估计与渗漏校正报告的 DSC 分析同样可编码，所含过程可少于或多于图中所列。

CAPLEX 分五段：量（Q）、灌注模型（M）、灌注过程（P）、通用过程（G）与派生过程（D）。其中 P 段收 DCE/DSC 专属过程（原生 R1 估计、到达时间估计、信号到浓度转换、渗漏校正、参数提取等），G 段收通用过程（反演、优化、去卷积、分割、不确定性估计、平均等，灌注之外也常用），D 段则把 P 与 G 的过程打包成复合过程，供多中心研究、系列发表或开源软件复用，避免重复报告。

单位与腔室。 所有量分配 SI 单位；组织相关量一律归一化到组织体积（100 mL）而非组织质量（100 g），理由是影像数据的自然单位是体积。量可能因腔室而异（如 R1 分血液与组织），此时用腔室下标：t 组织、c 毛细血管、a 供血动脉、v 引流静脉、p 血浆、b 全血、i 细胞内、e 血管外细胞外间隙，无下标表示适用图像中任意或全部体素。腔室间关系的三种写法：包含关系用逗号（动脉血浆记为 a,p）、组合关系直接连写（血液与 EES 记为 be）、交换关系用箭头（EES 到细胞内的水交换速率记为 kw,e→i）。

两种报告格式。 lexicon-linked free-text 只需把术语换成 OSIPI 名称并插入词条超链接、对每个量标注单位，改动最小；lexicon-linked XML（LL-XML）用 XML schema 定义合法流程编码，机器可解析，可直接作为分析软件的配置文件，元素顺序、自由/固定参数、SetEqual 声明的数学假设均有规范约束，比自由文本更难遗漏关键信息。

研究设计

项目	内容
文件性质	ISMRM OSIPI 共识指南报告
任务组	Taskforce 4.2（2020 年 2 月成立，open participation）
成员构成	医学物理、工程、临床、数据与计算机科学、DICOM 标准专家
协作方式	Slack + 季度线上会议；每条目至少两人交叉评审
版本	v1.0.2（Zenodo: 10.5281/zenodo.8180201）
时间线	2020-02 建组 → 2022-01--03 社区开放评审 → 2022 夏 ISMRM 灌注研究组背书
覆盖范围	端到端分析流水线（含动力学模型拟合）所需基本量、模型、过程

核心发现

成果一：五段式词条体系。 Q 段含量最广，分 MR 信号量、电磁量、指示剂浓度量、生理量、一般物理数学量、曲线描述量、到达时间估计量、基线估计量、渗漏校正量、不确定度与统计量、解析反演量、优化量、原生 R1 估计量、AIF 量、分割量。M 段含一般前向模型、信号模型、电磁属性模型、浓度模型、描述性模型、启发式模型与灌注恒等式模型。P 段按功能列过程（原生 R1、到达时间、基线、信号比例因子、AIF、信号↔浓度、信号↔电磁属性、渗漏校正、参数提取）。

成果二：模型描述的取舍。 模型常有多种参数化，CAPLEX 只给出公式与涉及的量，由用户声明哪些参数自由、哪些固定（模型参数与静态模型参数）。目标是让不同模型的比较有共同参照，而不是替用户决定拟合策略。

以血浆流量的词条为例：

元素	内容
编码	Q.PH1.002
OSIPI 名称	Blood plasma flow（血浆流量）
记法	Fp
描述	单位时间流入单位组织体积的血浆容积，流经毛细血管
OSIPI 单位	mL/min/100 mL
参考文献	Sourbron & Buckley 2013

Tofts 模型词条（M.IC1.011，备选名 Kety model / Generalized kinetic model）则给出微分方程 dCt(t)/dt = Ktrans·Ca,p(t) − (Ktrans/ve)·Ct(t) 及脉冲响应函数 I(t) = Ktrans·e^(−Ktrans·t/ve)，并列出全部输入输出量。该模型描述血管与 EES 间的双向交换，毛细血管腔容积忽略，EES 视为充分混合腔室。

成果三：两种报告格式 + 一句合规声明。 论文以 Sourbron et al. 2009 的后处理段落为例，示范如何改写为符合 CAPLEX 的文本：把 Fp、MTT、E、PS 换成 OSIPI 名称与单位、术语超链接到词条页面、原方程的符号按 CAPLEX 记法重写（如将 ΔR1 = R10·ΔS/S0 改为 ΔR1 = R10·ΔS/SBL）。要求读者在论文中写一句「All quantities, models and processes conform to OSIPI CAPLEX (version xxx)」并引用本文。

LL-XML 用一个完整示例展示了 AIF 提取、模型拟合（含优化器实例、参数上下界、最大迭代次数、收敛阈值）、掩膜创建与应用的编码方式：<ex:Process> 节点带 ex:value（OSIPI 名称）与 ex:code（OSIPI 编码），输入量带 ex:type 声明 free/fixed，<ex:SetEqual> 以文本声明数学假设（如假定动脉血与组织的弛豫率相等）。

亚组/分层分析

必需与推荐的边界。 本文不给分析方法的推荐，但格式层面提出明确主张：所有描述 DCE/DSC 研究的论文与文档至少应采用 lexicon-linked free-text；LL-XML 不强制，用于需要更精确方法描述的场景。这一分级与 ASL Lexicon 报告清单的「必需 + 推荐」思路同源。

社区贡献的三个入口。 联系任务组成员代为提交、在 GitHub 仓库开 issue、fork 后修改 /docs 下 .md 文件并提 pull request。经审阅批准后自动合并部署到词条网页，10 个工作日内响应。开源可扩展是 CAPLEX 的设计前提，而非附加属性。

尚未覆盖的空白。 v1.0.2 只收能让端到端流水线跑通的基本条目；作者计划对齐 QIBA 推荐的分析过程、兼容 OSIPI Taskforce 1.2 的开源流水线与 Taskforce 2.3 的新工具，并推进 DICOM 标准以支持参数图数据的交换。

临床转化与挑战

优势。 术语统一后，同一条流水线在不同论文中可被机器解析与比对；LL-XML 还可直接充当分析软件的配置文件，或用于机器学习场景。对厂商而言，用 CAPLEX 术语记录专有软件的内部步骤可在提升透明度的同时不暴露知识产权。

局限。 词条只定义「是什么」，不规定「怎么做最优」；模型参数化的统一并不消除参数选择的主观性。商业软件内部步骤披露仍需厂商配合，社区版词条的扩充速度取决于志愿者参与。

落地建议。 已在跑 DCE/DSC 的团队可从 lexicon-linked free-text 起步：论文里把 Fp、Ktrans、ve 等术语链接到 CAPLEX 页面、补齐单位（注意是 100 mL 而非 100 g 组织），并附上合规声明句。这是投入最低、收益最直接的一步。

总结与展望

CAPLEX 把 DCE/DSC MRI 分析中「说不清」的部分变成了可引用、可编码的标准件：量的名字、单位的约定、模型的参数化、过程的顺序，都有了对齐的写法。它延续了 Tofts 1999 年未完成的工作，并把标准化从命名扩展到整条流水线的描述。

下一周期（2023--2025）的方向：扩充词条以对齐 QIBA 与开源流水线、借 LL-XML 提升 DICOM 参数图交换能力、让厂商能以标准术语披露算法步骤。当分析链的每一步都能被机器读懂，多中心灌注研究的可复现性才真正有据可依。

参考文献

Dickie BR, Ahmed Z, Arvidsson J, et al. A community-endorsed open-source lexicon for contrast agent-based perfusion MRI: A consensus guidelines report from the ISMRM Open Science Initiative for Perfusion Imaging (OSIPI). Magn Reson Med . 2024;91:1761--1773. DOI: 10.1002/mrm.29840

资助来源：英国生物技术与生物科学研究理事会 BBSRC（BB/X004260/1）、工程与自然科学研究理事会 EPSRC（EP/S031510/1）、医学研究理事会 MRC（MR/V034650/1）；美国威斯康星大学麦迪逊分校放射科接受 Bracco Diagnostics 研究资助。

在线资源 ：CAPLEX 在线词条 https://osipi.github.io/OSIPI_CAPLEX；2022 年 1--3 月社区开放评审版本存档于 Zenodo（10.5281/zenodo.8180201）。