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作者与期刊信息

本研究由Yufan Gao、Minghui Hua、Jun Lv、Yanhe Ma、Yanzhen Liu、Min Ren、Yaohua Tian、Ximing Li和Hong Zhang共同完成。研究发表在《Quantitative Imaging in Medicine and Surgery》期刊上，发表日期为2022年4月，卷号为12(4)，页码为2368-2377。

学术背景

本研究的主要科学领域是医学影像学，特别是肺癌筛查中的放射组学（Radiomics）特征的可重复性研究。肺癌是全球发病率和死亡率最高的癌症之一，低剂量计算机断层扫描（Low-Dose Computed Tomography, LDCT）已被证明是早期肺癌筛查的有效工具，但其图像质量较常规剂量计算机断层扫描（Conventional-Dose Computed Tomography, CDCT）差，可能导致假阳性率增加。放射组学通过从医学影像中提取大量定量特征，提供了比视觉识别更客观的信息，有助于提高诊断准确性。然而，LDCT和CDCT之间的放射组学特征一致性尚不明确。因此，本研究旨在探讨LDCT和CDCT之间肺结节放射组学特征的可重复性。

研究流程

本研究分为以下几个步骤：

1. 研究人群：研究回顾性分析了2019年9月至2020年11月期间的105名患者，共119个肺结节（39个磨玻璃结节和80个实性结节）。纳入标准包括结节直径在5.0至30.0毫米之间，且在LDCT扫描后24小时内进行CDCT扫描。排除标准包括有胸部手术史、肺不张或CT图像上有严重呼吸伪影的患者。

2. CT扫描：使用Philips Brilliance ICT 256多层CT扫描仪进行扫描。LDCT扫描采用iDose4重建算法，管电压为100 kV，管电流根据患者体重指数（BMI）设置为30、40或50 mA。CDCT扫描采用标准重建算法，管电压为120 kV，管电流范围为100至250 mA。其他扫描参数包括螺距0.758、视野350 mm × 350 mm、层厚1.5 mm、间隔1.5 mm、矩阵512×512、旋转时间500 ms。

3. 结节分类与分割：根据薄层CDCT图像，两名经验丰富的放射科医生将肺结节分为磨玻璃结节和实性结节。所有结节在CT图像上通过3D Slicer软件进行手动分割，并由一名医学生物工程研究生和一名胸科放射科医生共同完成。分割结果的一致性通过64个随机选择的结节进行分析，其余结节由研究生分割后由放射科医生检查，确保每个分割结果符合结节边界。

4. 放射组学特征提取：使用PyRadiomics（版本2.2.0）模块自动计算和提取1125个放射组学特征，包括形状、一阶强度、纹理、小波和高斯拉普拉斯（Laplacian of Gaussian, LoG）特征。纹理特征包括灰度共生矩阵（GLCM）、灰度差异矩阵（GLDM）、灰度大小区域矩阵（GLSZM）、灰度游程矩阵（GLRLM）和邻域灰度差异矩阵（NGTDM）。LoG特征通过不同高斯核大小（σ=0、1.5、2.0、2.5）预处理图像得到，小波特征通过八种频率组合（HLL、LHL、LHH、LLH、HLH、HHH、HHL、LLL）计算。

5. 统计分析：使用一致性相关系数（Concordance Correlation Coefficient, CCC）评估LDCT和CDCT之间放射组学特征的可重复性。CCC≥0.85的特征被认为具有可重复性。通过Wilcoxon检验评估高斯核预处理前后放射组学特征的可重复性差异。

主要结果

1. 放射组学特征的可重复性：在1125个放射组学特征中，35.5%（399个）的磨玻璃结节特征和41.5%（467个）的实性结节特征具有可重复性（CCC≥0.85）。实性结节的强度、纹理和小波特征比磨玻璃结节更具可重复性。磨玻璃结节的强度和纹理特征的平均CCC值低于0.85，而实性结节的相应特征平均CCC值高于0.85。

2. 高斯核预处理的影响：使用高斯核（σ=2）预处理后，磨玻璃结节的强度和纹理特征的CCC从0.77提高到0.90，84.9%（79/93）的放射组学特征具有可重复性。强度和纹理特征的平均CCC分别从0.84±0.13提高到0.92±0.08，以及从0.75±0.15提高到0.89±0.11。

3. 小波特征的可重复性：小波特征的可重复性最低，尤其是高频率组合（HHH、HHL）的特征。低频率组合（LLL）的特征显示出最高的可重复性。

结论

本研究表明，实性肺结节的多数放射组学特征在LDCT和CDCT之间具有较高的可重复性，但LDCT不能替代CDCT用于磨玻璃结节的放射组学研究。高斯核平滑处理可以提高提取特征的可重复性。

研究亮点

1. 重要发现：实性结节的放射组学特征在LDCT和CDCT之间具有较高的可重复性，而磨玻璃结节的特征可重复性较低。
2. 方法新颖性：通过高斯核预处理提高了磨玻璃结节放射组学特征的可重复性。
3. 研究对象的特殊性：研究同时分析了磨玻璃结节和实性结节的放射组学特征，为肺癌筛查中的影像学分析提供了重要参考。

其他有价值的内容

本研究还探讨了不同高斯核大小对放射组学特征可重复性的影响，发现σ=2的高斯核处理效果最佳。此外，研究还指出小波特征对LDCT和CDCT之间的差异敏感，尤其是高频率组合的特征可重复性较差。

通过本研究，研究者为肺癌筛查中的放射组学分析提供了重要的实验数据和方法支持，有助于提高LDCT在肺癌早期诊断中的应用价值。