體素水平MR圖像分析在眼科疾病中的應用進展

李楚齊，潘逸聰 綜述 邵毅 審校

(南昌大學第一附屬醫院眼科，南昌 330006)

磁共振成像不僅可以揭示解剖學差異，也可以提供一些生理生化信息，并且完全沒有輻射，現已經是最重要的醫學影像學方法之一。基于體素的形態學分析(voxel-based morphometry，VBM)是一種在體素層面測量組織的密度變化的全自動全腦分析技術[1]。VBM定量分析磁共振圖像中每一個單獨體素內的白質、灰質的密度和體積的變化，從而反映對應區域的解剖學結構差異。VBM可以對活體腦進行無創的形態學研究，能發現常規MRI不能檢測到的灰質和白質結構的細微改變。不同于那些只作用于預設的感興趣區域的分析方法，VBM完全沒有偏向性，它探測全腦的異常變化，無需對感興趣區的先驗性假設，不會被研究人員的主觀思維影響。VBM的基本方法是先將各高分辨率MR圖像套用到模版圖片中，從而將他們標準化到一個相同的立體空間；然后從已在空間上標準化的圖像中分離并提取灰質、白質和腦脊髓液，并將其作平滑處理。最后，利用統計參數檢驗來比較平滑處理后的圖像，從而得出研究對象中腦灰質、白質有較大變化的區域[2]。VBM技術已經被廣泛用于神經疾病的病理學研究，如特發性全面性癲癇[3]、阿爾茨海默病[4]、精神分裂癥[5]及帕金森病等[6]，并且成效十分可觀。隨著VBM技術的不斷成熟，它現在也廣泛應用于監測眼科疾病的病程及評估預后。本綜述將簡要概括VBM在青光眼、視神經炎、弱視、斜視、視網膜脫離、急性眼痛及失明等眼科疾病中應用的最新信息和進展。

1 VBM 分析的操作步驟

得到MRI 圖像數據后，使用MRIcro 軟件(www.MRIcro.com)剔除不完整的功能數據，然后使用MATLAB 7.9.0(R2009b；The MathWorks，Natick，MA)上運行的，Statistical Parametric Mapping(SPM8；http://www.fil.ion.ucl.ac.uk)中的“基于體素的形態測量工具箱”(voxel-based morphometry toolbox，VBM8；http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm8/)來處理MRI結構圖像。在VBM8中，使用默認選項將大腦分割為白質、灰質和腦脊髓液。通過在VBM8中的DARTEL (Diffeomorphic Anatomical Registration Through Exponentiated Lie Algebra)方法，我們將空間歸一化為MNI(Montreal Neurological Institute)標準空間。DARTEL會生成白質和灰質模板，然后將生成的模板應用于之前處理得到的標準化白質和灰質。然后通過設置全寬半高(Full Width Half Maximum)的高斯核進行空間平滑處理，提高圖像信噪比。最后，將修飾過、歸一化和平滑處理后的圖像遞交給組級分析。

2 VBM 在不同眼科疾病中的應用

2.1 VBM 在青光眼中的應用

青光眼是造成永久性失明的最主要原因之一，其特征是視神經乳頭凹陷和視野受損，是全世界不可逆失明的最常見原因[7]。事實上，青光眼是一種復雜的神經疾病，它嚴重影響了整個視覺相關神經通路[8]和非視覺相關通路[9]。盡管青光眼的致病因素和疾病發展機制現在仍然不清楚，但最新研究[10]表明青光眼的發生機制包含著深層次的神經病理學變化。此外，青光眼癥狀的嚴重程度也與大腦皮層結構的變化程度緊密相關[11]。因此，著手于研究對象的大腦變化可能會提供治療青光眼的新思路。原發性閉角型青光眼(primary close-angle glaucoma，PCAG)的治療相對簡單，而原發性開角型青光眼(primary openangle glaucoma，POAG)的機制更加復雜，治療也更加困難[12]。正常眼壓性青光眼(normal tension glaucoma，N TG)是一種沒有眼壓過高癥狀的POAG。Wang等[13]對比36名青光眼患者與20名健康對照個體，發現青光眼患者顯示雙側顳上回、雙側頂上回、雙側枕外側回、左側梭狀回、左側眶額內側回、右側中央前回和右側額上回的皮質厚度減少；右側海馬體、雙側殼核和雙側丘腦的灰質體積減少。梭狀回與高級視覺功能有關，例如人臉識別、單詞識別和顏色信息[14]。因此，左側梭狀回皮質厚度的減少可能反映了青光眼患者的面部識別和單詞識別等高級功能受損。海馬參與反應抑制、記憶和空間認知[15]。海馬體還與視覺區域如V5/MT和梭狀回相關[16]。此外，海馬體是神經退行性疾病中最早出現萎縮的大腦區域之一。以往研究[17]發現：青光眼腦中血清淀粉樣蛋白誘導的眼壓升高，并且淀粉樣蛋白β的傳播也發生在阿爾茨海默病患者的整個大腦中。綜合青光眼患者淀粉樣蛋白β升高和海馬體的萎縮的情況來看，青光眼患者有更高的患如阿爾茨海默病等神經退行性病變的風險。丘腦外側膝狀核是連接視神經和視覺皮層的視覺中繼中心，并且參與方向和顏色等視覺功能的處理[18]。因此，丘腦灰質體積的減少可能反映了青光眼相關的視網膜神經節細胞視覺輸入減少。Wang等[19]對比25名POAG患者和25名健康個體的VBM分析結果，發現POAG患者的外側膝狀體核、杏仁核，右側V1區有明顯的萎縮，但V2區域和海馬體沒有明顯的變化。較大一部分青光眼患者會出現焦慮、易怒及難以控制情緒等癥狀[20]。VBM分析顯示杏仁核萎縮，而杏仁核較大程度上參與了人的情緒調控[21]，這或許就是導致患者情緒控制失調的原因。Giogio等[22]發現POAG患者的灰質萎縮程度較NTG患者更嚴重，且僅在晚期(III期)的POAG患者中發現枕葉皮質區和海馬體的灰質萎縮。Zhang等[23]的結果顯示晚期POAG患者在距狀溝區域有較大程度的灰質萎縮，而POAG早期患者的VBM掃描與對照組無較大區別。這說明POAG患者灰質的萎縮程度較NTG患者更大，且視覺受損的程度與神經退行性病變的進程呈正相關。青光眼患者的皮質結構經歷了復雜且深遠的變化，此變化的程度與疾病的嚴重程度緊密相關[22,24]，而VBM提供了一個方便且可靠的方式來揭示其潛在的神經機制。

2.2 VBM 在視神經炎中的應用

視神經炎(Opticneuritis)是一種炎性神經疾病，常見于多發性硬化癥和視神經脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO)患者中[25]。自身免疫反應、炎癥反應及感染是視神經炎常見的誘發因素。其典型的臨床表現包括眼動時疼痛、視野受損、瞳孔傳入障礙、單眼或雙眼失明及視神經乳頭水腫等[26]。因為視神經炎與視神經脊髓炎的關系密切，研究人員常常招募視神經脊髓炎患者來研究視神經炎。在Chanson等[27]的研究中，與健康對照組相比，NMO患者的胼胝體和視輻射的白質體積出現大幅度減少，丘腦和額前皮質區域的灰質體積有相對較小幅度的減少。該研究第一次將大腦的參與引入視神經炎病理發展過程中，并且為后續探索其機制的研究提供了思路。此外，Blanc等[28]的研究將實驗對象分為健康對照組、有認知障礙的NMO患者組及無認知障礙的NMO患者組。掃描后VBM結果顯示與對照組相比，NMO患者的灰質、白質均有萎縮，灰質的萎縮程度在兩個NMO組中沒有區別，但是有認知障礙的NMO患者的白質萎縮程度更大，尤其是在負責認知能力的大腦區域中(視交叉、橋腦、小腦、額回)。法國改編的簡短可重復綜合認知測試(BCcogSEP)是一種包含8項認知能力測試的綜合認知能力評估方式，發現了BCcogSEP測試結果與白質體積減小的高度數學相關性，這說明在嚴重視神經炎的患者中，白質減少與患者認知障礙的癥狀緊密相關。Huang等[1]發現視神經炎患者的左側額中回、左側額下回、左側前扣帶、左側和右側額中回、右側頂葉小葉存在大幅度的灰質萎縮，白質體積在左額中回、右額上回、左中央前回、右下葉和右頂葉存在較大程度的縮小。該研究也測量了視覺誘發電位并且將其結果與VBM結果進行相關性分析，發現在上述區域中灰質、白質的異常變化與視覺誘發電位的變化呈強相關性，并且這種變化在視神經炎的病理發生機制中扮演了重要的角色。視神經尺寸極小且周圍結構復雜，傳統的眼科檢查很難直接用于視神經炎的診斷。隨著MRI在視神經炎研究和確定病灶區域上的使用越來越普遍，用VBM技術來分析磁共振圖像可以準確、定量地評估視神經炎的病理狀態。

2.3 VBM 在弱視中的應用

弱視是由于生命早期數年因為視覺體驗不足而導致的視力下降。通常情況下，弱視在臨床上被定義為伴隨一種或多種已知弱化因素的視力下降，例如斜視、屈光參差、高屈光不正和白內障。在成熟的關鍵時期，弱化因子會干擾視覺通路的正常發育，結果是視覺皮層的結構和功能受損及形式視覺受損[29]。且屈光方法對弱視患者無矯正作用[30]。先前的電生理研究[31]表明弱視的病灶不在視網膜，越來越多的科學家利用VBM來探索弱視潛在的神經基礎，并取得了不錯的進展。Tootell等[32]最先使用VBM掃描了27名健康對照者(17兒童，10成人)、23名斜視性弱視患者(10兒童，13成人)和24名屈光參差性弱視患者(15兒童，9成人)，并且進行視覺心理物理測試(psychophysical vision test)。結果顯示弱視組的成人和小孩視覺皮質區灰質體積均顯著減小，尤其在包含著初級視皮質的距狀溝。此外，在腹顳皮質和頂枕區也有一定的灰質體積減小，并且灰質體積減小的區域大致與負責深度感知(腹顳葉皮層)、運動感知及空間視覺(枕外側皮質)的區域相對應。這揭示弱視的臨床表現和其內在的神經基礎之間的聯系，同時也為“弱視的視覺異常表現與大腦神經元結構功能相關”的理論提供了證據。Lu等[33]對照18名兒童屈光參差性弱視(pediatric anisometropic amblyopia，PAA)患者，基于體素的形態測量用于評估PAA患者和健康兒童之間的結構改變，發現與健康兒童相比，PAA患者的小腦右小葉4和5以及大腦中右梭狀回的灰質體積有明顯增加。右梭狀回與更高的視覺功能有關，例如人臉識別[34]。在PAA患者中，視覺缺陷和對比敏感度降低會在面部處理中增加視覺噪聲，這可能導致右梭狀回中噪聲誘導的神經元活動，最終導致右梭狀回中的灰質體積增加。Xiao等[35]使用3D T1加權的磁共振掃描了14名弱視兒童(5斜視性弱視，8屈光參差性弱視)和14名健康對照，并且將MR圖像進行VBM掃描。結果顯示弱視兒童的額中回、梭狀回、左半球顳下回和雙側距狀溝皮質均出現明顯的灰質萎縮。額中回與額葉視區的位置相關，而額葉視區負責瞄準環境中的物體，估計相對距離和位置并預測運動軌跡。這表明弱視兒童中額中回灰質體積的降低與弱視臨床表現的立體視覺缺失、失焦等之間存在關聯性。該研究說明弱視兒童的視覺相關灰質結構中存在發育缺陷，同時也為“初級視皮質是視覺剝奪的主要病理改變部位”的理論提供了依據。Barnes等[36]用VBM比較了弱視患者和健康對照的灰質結構，發現斜視性弱視患者的外側膝狀核區域有明顯的體積減小。以往研究[37]表明外側膝狀核損傷會導致不同程度的視力喪失，結合此次實驗的結果，Barnes認為外側膝狀核的病理變化是弱視發展的根本原因。Li等[38]發現單眼弱視患者的左枕下回、雙側海馬旁回和左上臀回均出現灰質體積減小。這些與立體視覺相關的大腦結構(例如背側視覺通路中包含的區域)的體積改變可能解釋了弱視典型的臨床表現——立體視覺缺失的發生機制。上述研究均表明弱視患者的皮質損傷的形態學基礎，因此，利用VBM技術來分析患者灰質、白質的變化可能有助于從形態學方面揭示弱視發病機制中的神經機制，并為疾病的預后和治療監測提供補充信息。

2.4 VBM 在斜視中的應用

斜視指眼睛的視軸偏離平行的異常眼位，進而影響雙眼視覺和立體深度的感知。科學家一直在探索斜視潛在的神經機制：當施加視覺刺激時，斜視猴子的大腦中被激活的神經元數量較對照組有所減少[39]。人類實驗對象的功能磁共振成像(f MRI)研究結果表明V1皮質區和外紋區域的活躍度減小[40]，這與動物實驗的結果是吻合的。以上結果均顯示視覺皮層參與了斜視的發展過程。Chan等[41]發現斜視患者的與枕葉視野和頂眼視野相關的大腦區域存在較大程度的灰質萎縮，但與額葉視野和補充眼場相關的部分(如丘腦和基底神經節)的灰質體積增加。GM的這種相反變化與神經可塑性理論一致，這意味著視覺處理區域中的皮質缺陷被動眼神經區域中發生的變化所補償，所以VBM結果證明腦缺陷和發生斜視的聯系。Ouyang等[42]利用VBM進一步分析了20名共同性斜視患者的T1加權MR圖像，發現左中顳極、左小腦后葉、右后扣帶回皮層、左楔骨和右前運動皮層的灰質有大程度萎縮，與此同時，左顳中回、右顳中回、右前突和右前運動皮層區域的白質也有相對較小程度的萎縮，并且共同性斜視的發病持續時間與顳中極的灰質體積減少量呈正相關。顳中回負責視網膜圖像的速度和立體感的檢測，而共同性斜視患者總是在立體視覺和深度感測方面存在缺陷[43]。所以視覺通路的灰質減少也許是共同性斜視患者立體視覺喪失的潛在原因。Ouyang等[42]的實驗結果與Yan等[44]的結果相符合。Yan等[44]利用VBM和擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)發現在枕骨和頂葉區域的灰質體積變化異常，尤其是在背側視覺通路的重要組成部分，如頂葉下葉和枕中回，所以Yan等[44]得出的背側視覺通路受損的結果與先前提到的Chan等[41]的研究一致，即斜視患者的枕骨和頂葉區域的GMV降低。同時，該實驗結果說明，斜視會導致皮質結構和皮質功能的缺陷，從而進一步影響患者的立體視覺。綜上所述，VBM可能有助于揭示共同性斜視患者的眼動缺陷癥狀與視覺通路的神經解剖學變化之間的關系。

2.5 VBM 在視網膜脫離中的應用

視網膜脫離(retinal detachment，RD)是指視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)和視網膜神經感覺層(neurosensory retina，NE)分離，是造成失明的主要原因之一。造成RD的主要原因包括年齡、遺傳、外傷、高度近視和白內障手術[45]。其臨床表現有中心視力下降、視物變形癥、玻璃體異物沉積和視野缺損[46]，最后視網膜神經感覺層會退化而造成失明。Li等[47]對比20名視網膜脫離患者和20名健康人的VBM分析結果，發現RD患者的右下額回、右上顳、右前扣帶回和右楔狀葉有明顯萎縮，同時小腦后葉、左海馬體、左扣帶回和左顳中回也有一定程度的體積縮小。白質在全腦范圍內也有小幅度的縮小。前額葉皮層投射負責眼球運動的控制，小腦后葉與認知能力有關，這表明RD損害了額下回和前額皮層，導致患者的眼球運動能力和認知能力受損。海馬GM量減少被認為是神經元疾病的先兆，并且先前的研究證實了海馬體體積和立體記憶能力的正相關關系[48]。因此，Li等[47]推斷RD患者的海馬灰質體積降低與他們的焦慮癥狀和視力缺陷有關，如果不及時治療RD，則會出現一系列神經系統疾病。顳上回與聽覺信息處理和視覺搜索能力有關[49]，左顳中回是聽和說的中樞[50]，因此在這項研究中，RD患者的顳上回和左中顳上回的灰質體積均減小，這可能表明RD可能會導致聽覺和視覺信息處理方面的缺陷。VBM在體素層面證明了RD患者的灰質體積有異常變化，結合其典型臨床特征，將有助于弄清RD的潛在機制。

2.6 VBM 在眼痛中的應用

眼痛(eye pain，EP)是許多眼病的常見癥狀。EP可以由包括干眼、傳染性角膜炎、鞏膜炎、青光眼及虹膜睫狀體炎在內的多種眼部疾病引起[51]。角膜由三叉神經的眼支支配，是人體神經支配最密集的結構之一。由于角膜神經纖維豐富，對外界刺激非常敏感。角膜炎或角膜潰瘍會導致嚴重的EP，并伴有畏光、流淚和頭痛等癥狀[52]。據華中地區調查，感染性角膜炎患病率為0.148%[53]。目前抗生素是角膜炎或角膜潰瘍的主要治療方法，但還沒有有效措施來緩解角膜炎相關的EP。角膜神經損傷同樣會觸發周圍和中樞三叉神經感覺網絡，繼而引起角膜疼痛，并且這個過程與叢集性頭痛有關[54]。同時，EP也是干眼的一種癥狀。以往研究[55]表明：由于慢性EP，干眼患者常伴隨著焦慮、抑郁等心理障礙。現已經證實由角膜病理原因引起的急性EP會激活三叉神經-臂旁通路，并且角膜性EP可能與神經支配體感皮層、脊柱三叉神經核、小島皮層和前扣帶回皮層有關[56]。Lan等[57]招募了24例急性EP患者(男17例，女7例)和24例健康對照(17例男性和7例女)，并通過VBM方法分析了原始的T1加權MR 3D圖像，發現與健康對照組相比，EP患者在左小腦后葉、左邊緣葉、右島、左丘腦、左尾狀和右楔狀腦區域均有明顯的灰質萎縮。此外，白質體積在全腦范圍內輕微下降。小腦后葉負責機體的認知能力和工作記憶[58]，因此Lan等[57]推測小腦后葉萎縮的嚴重EP患者會發展出認知障礙的癥狀。腦島除了與視覺感受和記憶有關，近期有研究[59]說明其也與情緒調控、成癮習慣及痛覺調控有關。眾多EP患者都有失眠、抑郁的癥狀[60]，而EP患者的雙側腦島不同程度的萎縮，或許可以解釋其發病根本原因。盡管EP的大多數病因可以通過傳統的檢查方法進行判斷，但是其病因學原理并未全部揭示。利用VBM，科學家可以在神經解剖水平上獲得更多信息，這有助于揭示EP的潛在病理機制，并有助于EP的鑒別診斷，同時還可以根據VBM結果中顯示的異常體積變化推測疾病進展的方向。

2.7 VBM 在單目失明和先天性失明中的應用

失明(blindness)可由多種疾病引起，如白內障、青光眼和視神經炎，并可分為早期失明和晚期失明，或單目失明(monocular blindness)和雙目失明[61]。在視覺相關區域和非視覺相關區域中，失明均與大腦的解剖和功能變化密切相關[62]。從解剖學上講，先天性失明(congenital blindness，CB)與非視覺相關的枕骨皮質的皮質厚度增加及灰質體積減少相關[63]，同時還會影響與視覺相關的丘腦亞區域[62]。Ptito等[64]通過VBM比較了7名CB患者和21個健康對照的大腦解剖學差異，發現CB患者的膝狀體-紋狀體系統(包含視神經、視交叉、視輻射和初級視皮層)出現明顯萎縮。此外，在下側縱束和胼胝體后部的白質體積明顯降低。該研究還顯示CB患者投射到視覺皮層的傳入投射有明顯萎縮。該研究表明：視覺相關的解剖結構發生了顯著變化，并且表明將感知傳遞到視覺皮層的神經通路已經被重組。在Shi等[61]的研究中，使用VBM分析31位單目失明患者(25位男性，6位女性)和31位健康對照的MR圖像，并對GMV的變化和單目失明的持續時間進行相關性分析，發現雙側島狀葉、右前扣帶回、左枕回和右枕下腦的大腦區域灰質體積顯著降低。此外，單目失明的持續時間(單目失明病程)與灰質體積的減少程度呈正相關。腦島皮層負責情緒處理，其功能障礙會導致精神疾病，如精神分裂癥[65]。由于單目失明患者的腦島灰質體積降低，Shi等[61]推測單目失明也可能引起精神疾病。因此，VBM分析為揭示失明發病機理中的視覺通路變化提供了依據，并可用來推測它們可能的病理進展。

2.8 VBM 在視網膜色素變性中的應用

視網膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)是人類視覺障礙的重要原因，有早期周邊視野缺損的特征。RP被歸類為遺傳性視網膜營養不良癥，其特征是光感受器變性和隨后的視力喪失[66]。典型的RP表現為視網膜變性影響視桿細胞，并且向黃斑和中央凹發展，視椎細胞僅在后期受到影響。患者最初表現為夜盲癥，然后是進行性外周視野缺損，最終失明[67]。Machado等[68]應用VBM來研究27名視力部分正常的RP患者和38名年齡和性別匹配的正常視力對照組的全腦灰質體積變化，發現患者枕葉皮質的灰質體積顯著減少。患者初級視覺皮層的灰質體積減少體積與同組患者外周視野缺損的程度顯著相關，并且灰質損失的空間形式與廢用導致的神經元萎縮情況一致。這說明神經元萎縮或許在疾病早期就存在，目前的研究性治療方式，例如基因替代療法、視網膜或干細胞移植、藥理學神經營養因子和神經假體裝置，應盡可能在疾病早期實施，以避免發展為視覺皮質萎縮[69]。VBM結果給RP的治療提供了改進的建議。此外，MRI和VBM已被提議作為一種工具來評估干預可能在多大程度上有效，因為患有嚴重皮質結構萎縮的患者可能無法從視網膜輸入恢復中受益[70]。

2.9 VBM 在高度近視中的應用

高度近視(high myopia，HM)是一種常見的眼病，其特征是遠距離視力受損。眼形變化引起的屈光度改變是HM患者最重要的病理變化。HM不僅是屈光不正問題，它還與視網膜脫離[71]、黃斑裂孔[72]和POAG[73]等嚴重眼部并發癥有關。此外，HM可導致鞏膜變形，這與眼底病變密切相關。Huang等[74]用VBM方法對比82名HM患者58名健康對照，發現與HCs相比，HM患者右側楔骨/舌回和右側丘腦的GMV值顯著降低。相比之下，HM組在腦干、右側海馬旁回/丘腦、左側海馬旁回/丘腦以及左右殼核中顯示出更高的GMV值。兩組之間未發現白質體積值有顯著差異。因此，Huang等[74]推測HM可能伴有視覺皮層的損傷和丘腦功能的障礙，并且HM導致的雙側殼核的結構變化或許反映了HM中運動功能的代償。

3 結語

V B M 能在活體無創的條件下全自動地在體素層面測量大腦灰質、白質密度和體積的變化。VBM不同于其他的常規MRI方法，VBM能對全腦灰質、白質密度和體積進行定量化和標準化，探測全腦的異常變化，并且無需對感興趣區進行先驗性假設，完全沒有偏向性，不會被研究人員的主觀思維影響，顯示眼科疾病后全腦細微形態學具有優勢。VBM結果的可靠性依賴于影像質量、預處理方式、統計學分析等，因此也有很多原因限制了它的臨床應用。首先是盡管VBM能反映白質變化量，但不能揭示內在病理生理改變，因此它仍僅用于為研究內在病理變化機制提供思路。其次，盡管VBM對灰質、白質的相對變化十分敏感，但其結果只能提供群體水平的腦組織體積變化信息，在歸一化過程中，所有實驗對象的圖像都放入模板中，這意味著去除了大部分實驗對象的宏觀個體差異。因此，它反映的不是宏觀或微觀的結構，而是介觀的結構，它不能反映如神經元的數量和大小，或神經連接密度此類的細節信息。最后是誤差，由于VBM有較高的信噪比，影像質量可以很大程度地影響其結果的準確性。此外，灰質、白質分割時部分容積效應、空間標準化過程腦室的影響、標準模板不完全匹配以及不同大小平滑核均會導致誤差，但是對分割好的灰質、白質進行空間標準化后圖像應用高空間分辨率(1mm或1.5mm)，利用自制模板(匹配好年齡、性別等)，不同的對象選取不同的平滑核等可改善和彌補這些局限。隨著越來越多的眼科疾病被證實存在大腦神經解剖結構的異常，VBM已成為闡明眼科疾病的病理機制，幫助預測和監測其進展并為其臨床診斷和治療提供幫助的高效工具。但是VBM仍存在很多使用的局限性，如在兒童身上的誤差較大，無法體現個體差異等。VBM在研究腦功能和神經系統疾病方面具有巨大的潛力。最新的研究[75]基于健康對照組的VBM測量上施加小波變換以獲取基于體素的層次特征，進而計算體素的連通性，是研究提速形態學連接成為可能。結合VBM和多模態功能成像技術，可以分析形態學改變前后腦組織微結構以及腦功能的變化[76]。未來將形態學與功能成像技術相結合來研究眼科疾病的神經變化有望得到更可靠的研究結果。除了上述的眼科疾病，許多其他眼科疾病也被證實有大腦病理變化，如黃斑變性[77]、開放性眼外傷[78]等，這些疾病或許都可以使用VBM技術來進一步探究其發病原理，以及檢測其治療及遠期預后情況。隨著VBM技術的優化和數據處理技術的提升，VBM將在眼病的病理機制研究中得到更廣泛的應用。

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