《Journal of Imaging Informatics in Medicine》：Impact of Field Strength and Contrast Agents on Cardiac MRI Radiomic Features of the Myocardium and Blood Pool
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本研究旨在探究不同磁场强度下钆基对比剂对心脏MRI放射组学特征的影响。经机构审查委员会（Institutional Review Board, IRB）批准，八名健康志愿者（38.5±15.4岁；4名男性）接受了四次连续的心脏MRI检查，采用改良Look-Lo
本研究旨在探究不同磁场强度下钆基对比剂对心脏MRI放射组学特征的影响。经机构审查委员会（Institutional Review Board, IRB）批准，八名健康志愿者（38.5±15.4岁；4名男性）接受了四次连续的心脏MRI检查，采用改良Look-Locker反转恢复（Modified Look-Locker Inversion Recovery, MOLLI）序列，分别在1.5T和3T场强下，于使用和不使用两种对比剂——钆喷酸葡胺（gadopentetate dimeglumine, Gd-DTPA）和钆磷维塞三钠（gadofosveset trisodium）——的条件下进行。研究人员使用第一幅原始MOLLI图像（对应最短反转时间）提取左心室中间心室层面心肌和血池的放射组学特征。在对比剂注射前，磁场强度从1.5T切换至3T导致52%的心肌和56%的血池放射组学特征发生显著变化。对比剂的注射进一步改变了放射组学特征值。在1.5T下，Gd-DTPA改变了42%的心肌和63%的血池特征，而钆磷维塞分别改变了73%和85%的特征。在3T下观察到相似的模式，钆磷维塞产生的特征改变比例高于Gd-DTPA（p<0.05）。血池特征总体上比心肌特征对对比剂注射更为敏感。对比剂注射后10分钟，在1.5T下观察到两种对比剂之间48%的心肌和23%的血池特征存在显著差异，而在3T下分别为72%和60%。总之，钆基对比剂的注射及其类型在不同磁场强度下显著改变心脏MRI放射组学特征。未来的研究应优先考虑标准化策略，并在更大规模的患者群体中评估特征的稳健性，以增强心脏放射组学的泛化性。
**一、研究背景与目的**
放射组学（Radiomics）是一种从标准医学图像中提取大量定量成像特征的新兴技术，这些特征中的多数无法通过肉眼辨识，能够捕捉反映潜在组织特征和病理变化的细微模式、纹理及空间分布。近年来，放射组学越来越多地被应用于心脏磁共振成像（Cardiac Magnetic Resonance Imaging, MRI），特别是用于心肌和血池的特征刻画，为心血管疾病（Cardiovascular Diseases, CVDs）相关的微结构和血流动力学变化提供了新的认识。
然而，心脏MRI放射组学在临床实践中广泛采用之前，仍面临若干技术挑战。其中一个关键问题在于放射组学特征在不同成像方案和硬件设置下的可重复性和稳健性。临床上，心脏MRI检查在多种可变条件下进行，包括磁场强度的差异（如1.5T对比3T）以及是否使用不同对比剂等。这些因素可能改变图像信号强度，进而影响图像表现和对比度。尽管特定成像条件预计会改变信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）和对比噪声比（Contrast-to-Noise Ratio, CNR），但哪些个体放射组学特征对特定采集条件最为敏感尚不清楚。这一知识空白限制了放射组学特征作为CVDs可靠且标准化成像生物标志物的验证。为此，研究人员开展了本研究，以系统观察心脏MRI采集因素——磁场强度和对比剂注射——如何影响源自心肌和血池的放射组学特征水平。
**二、材料与方法概述**
研究经机构审查委员会（IRB）批准，招募了8名健康志愿者（38.5±15.4岁；年龄范围23-70岁；4名男性）进行心脏MRI扫描。每名参与者在2012年至2013年期间接受了4次连续的心脏MRI检查，使用两种对比剂（钆喷酸葡胺[Gd-DTPA]和钆磷维塞三钠）在不同磁场强度（1.5T和3T）下进行。扫描在Siemens Healthcare的3T（MAGNETOM Skyra）和1.5T（MAGNETOM Aera）扫描仪上完成。每次扫描均采用改良Look-Locker反转恢复（MOLLI）序列（用于T1 mapping）在左心室（Left Ventricle, LV）中间心室短轴层面获取图像，MOLLI（5(4)3）采集方案包含两个反转恢复模块。两种扫描仪应用了相同的MOLLI扫描参数：体素大小=1.4×1.4×8 mm3，TR/TE=338.46/1.12 ms，回波间隔=2.7 ms，翻转角（Flip Angle, FA）=35°，带宽=1085 Hz/像素，反转时间（Inversion Time, TI）起始=129 ms，增量为80 ms，iPAT加速因子（GRAPPA）为2。对比剂按FDA批准的标签剂量给药，四次扫描以随机顺序进行，同一受试者任意两次扫描之间至少间隔14天。
放射组学特征提取使用3D Slicer软件（Version 5.03），由读片者#1手动绘制心内膜和心外膜轮廓后，利用PyRadiomics插件从心肌和血池中提取107个放射组学特征，包括形状特征（14个）、一阶统计特征（18个）、灰度共生矩阵（Gray Level Cooccurrence Matrix, GLCM，24个）、灰度依赖矩阵（Gray Level Dependence Matrix, GLDM，14个）、灰度游程矩阵（Gray Level Run Length Matrix, GLRLM，16个）、灰度大小区域矩阵（Gray Level Size Zone Matrix, GLSZM，16个）和邻近灰度差矩阵（Neighboring Gray Tone Difference Matrix, NGTDM，5个）[6]。未进行重采样，Bin宽度=25。读片者#2独立进行放射组学分析以检验观察者间变异性，读片者#1在一周后重新分析以检验观察者内变异性，所有扫描的对比剂前图像用于检验1.5T和3T下的扫描-重扫描变异性。统计学分析采用配对t检验比较不同扫描设置下放射组学特征的变化，皮尔逊相关系数（r）评估不同扫描条件下特征间的相关性，卡方检验考察场强和对比剂改变心肌与血池中放射组学特征的能力，p<0.05定义为具有显著性。
**三、研究结果**
**3.1 磁场强度对放射组学特征的影响**
所有图像均符合定量分析条件。即使不使用对比剂，磁场强度单独即对放射组学特征水平产生显著影响。当磁场强度从1.5T切换至3T时，心肌中107个特征中的56个（52%）和血池中107个特征中的60个（56%）发生显著变化（配对t检验，p<0.05）。在场强升高时，心肌和血池中分别有24个特征水平下降，32个和36个特征水平上升。
**3.2 对比剂对放射组学特征的影响**
在1.5T下，Gd-DTPA导致心肌中45个（42%）和血池中67个（63%）特征发生显著变化，其中分别有39个和49个特征水平下降。钆磷维塞导致心肌中78个（73%）和血池中91个（85%）特征发生显著变化，其中分别有59个和61个特征水平下降。在3T下观察到相似模式：Gd-DTPA导致心肌中51个（48%）和血池中57个（53%）特征发生显著变化，钆磷维塞则导致心肌中65个（61%）和血池中81个（76%）特征发生变化。与心肌放射组学特征相比，血池特征更易受对比剂注射影响（卡方检验，p<0.05）；与Gd-DTPA相比，钆磷维塞诱导了更多放射组学特征的改变（卡方检验，p<0.05）。
**3.3 两种对比剂之间的特征差异**
单剂量Gd-DTPA和钆磷维塞注射后10分钟，两种钆基对比剂对放射组学特征的影响也存在差异。在1.5T下，两种对比剂之间51个（48%）心肌特征和25个（23%）血池特征的水平存在显著差异。在3T下，两种对比剂获得的放射组学特征之间差异更为明显（p<0.05），77个（72%）心肌特征和64个（60%）血池特征的水平存在显著差异。
**3.4 可重复性评估**
总体上，99个（93%）放射组学特征具有良好的观察者内一致性，93个（87%）具有良好的观察者间一致性，87个（81%）具有良好的扫描-重扫描一致性（组内相关系数[Intraclass Correlation Coefficient, ICC]>0.7且变异系数[Coefficient of Variance, CoV]<20%）。
**四、讨论与结论**
**讨论总结**：本研究系统评估了磁场强度和钆基对比剂（Gadolinium-Based Contrast Agents, GBCAs）注射两个主要心脏MRI采集因素对源自心肌和血池的个体放射组学特征的影响。结果显示，两种因素均显著影响心脏MRI放射组学特征，效应大小因特征和组织室而异。磁场强度单独即可显著改变超过50%的心肌和血池放射组学特征，这与先前在其他器官中的研究结果一致。对比剂注射方面，钆磷维塞（一种血池对比剂）比Gd-DTPA（一种传统细胞外对比剂）引起更多的放射组学特征变化，这与其不同的药理学特性相符：Gd-DTPA从血管内空间迅速分布至细胞外间质空间，而钆磷维塞可与白蛋白结合，具有更长的血管内停留时间。血池特征比心肌特征对对比剂相关变化更为敏感，这可能是因为血池中信号波动更大、对比剂动力学更显著，而健康个体心肌中对比剂摄取和清除通常较慢。这些发现表明，心脏MRI放射组学特征不能被必然视为组织的固有属性，而可能反映组织特征与技术采集条件之间的相互作用。研究局限性包括样本量较小、仅纳入健康志愿者、仅分析了源自单一短轴层面原始MOLLI图像的107个基础放射组学特征、成像检查使用单厂商扫描仪且距今约12年，以及所研究的两种对比剂目前临床应用有限。
**结论翻译**：总之，钆基对比剂的注射及其类型在不同磁场强度下显著改变心脏MRI放射组学特征。由于对比剂动力学和场强层级共同引入系统性变异，这些技术参数必须在定量比较中予以标示。未来的研究应优先考虑标准化策略，并在更大规模的患者群体中评估特征稳健性，以增强心脏放射组学的泛化性。
