《MEDICAL PHYSICS》：Impact of dose reduction and multi-parametric harmonization on multi-organ radiomics robustness in total-body PET imaging: Methodological implications for quantitative theranostics
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背景：源自正电子发射断层成像（PET）的影像组学特征对计数统计量和采集协议变异敏感，从而限制低剂量和多中心全身PET成像中的定量可靠性。目的：本研究评估PET影像组学的剂量稳健性，并评价多参数ComBat协调（ComBat harmonization）对特征可
背景：源自正电子发射断层成像（PET）的影像组学特征对计数统计量和采集协议变异敏感，从而限制低剂量和多中心全身PET成像中的定量可靠性。目的：本研究评估PET影像组学的剂量稳健性，并评价多参数ComBat协调（ComBat harmonization）对特征可重复性的影响。方法：回顾性分析来自两个机构的550例多中心全身PET数据集。由列表模式数据模拟7个剂量水平（标准剂量；剂量降低因子（DRF）为2、4、10、20、50和100）。采用基于深度学习的自动分割。从标准化摄取值（SUV）归一化图像中提取107个符合图像生物标志物标准化倡议（IBSI）的影像组学特征。在五种配置（扫描仪制造商、像素间距、放射性药物、散射校正和未协调基线）下进行特征级ComBat协调。采用组内相关系数（ICC (2,1)）跨剂量水平、器官和协调设置量化可重复性。结果：剂量降低产生器官和特征依赖性效应。总体而言，32.7%的特征在至少一个解剖区域达到良好或优秀可重复性（ICC ≥ 0.75）。部分一阶和强度相关特征在中度剂量降低（DRF ≤ 20）下于若干解剖区域保持良好可重复性，而严重计数降低（DRF 50–100）与更大的器官和特征依赖性不稳定性相关，尤其见于血管和低对比度软组织区域的高阶纹理特征。协调产生器官和特征依赖性变化，但未统一改善跨剂量可重复性，也未补偿噪声诱导的不稳定性。结论：全身PET影像组学稳健性受剂量水平、解剖部位和采集变异强烈影响。中度剂量降低保留部分基于强度的特征，而极端计数降低损害高阶纹理。协调改变可重复性模式，但未统一改善跨剂量一致性或完全抵消噪声诱导的不稳定性，强调多中心PET影像组学需进行剂量感知特征选择。
研究背景与问题：PET在肿瘤成像中用于定量评估示踪剂摄取、肿瘤代谢和全身疾病负荷。全身PET系统提高灵敏度、轴向视野覆盖和计数统计量，为超低剂量、纵向监测和多器官定量分析提供机会。基于PET的影像组学（radiomics）可提取超越标准化摄取值（SUV）的高维定量特征，但其可靠性取决于对采集和重建条件变化的稳健性。计数统计量、采集协议差异、部分容积效应和校正策略可改变定量指标和纹理模式；通过列表模式时间子采样回顾性模拟低剂量可增加噪声并改变空间纹理，影响常规指标和高阶影像组学特征。除剂量外，扫描仪硬件、体素大小、重建算法和校正技术造成非生物学变异，ComBat等特征级协调可减轻扫描仪和协议相关变异。既往分别研究剂量降低和多中心变异，二者联合影响尚不清楚，尤其计数降低与扫描仪/采集异质性如何交互、元数据引导协调能否在低计数下保持特征可重复性。因此，研究人员在多中心全身PET队列中评估多个回顾性模拟剂量水平下定量PET影像组学特征的稳健性，并评估元数据引导ComBat协调改善跨中心一致性的效果；稳健性操作定义为不同剂量和采集条件下由组内相关系数（ICC）量化的可重复性。结论显示：全身PET影像组学稳健性受剂量水平、解剖区域和采集变异强烈影响；中度剂量降低保留部分强度特征，极端计数降低损害高阶纹理；协调改变可重复性模式但未统一改善跨剂量一致性或完全抵消噪声诱导不稳定，强调多中心PET影像组学需剂量感知特征选择。其意义在于为低计数和多中心研究中的特征选择与协调流程提供方法学依据，但预测性能和临床效用需任务特异性验证。
关键技术方法（不超过250字）：研究人员回顾性分析两个机构（University of Bern，Switzerland；Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine，China）的550例多中心全身PET数据，设备为uEXPLORER与Siemens Biograph Vision Quadra。基于列表模式数据模拟7个剂量水平（标准及DRF 2、4、10、20、50、100），在标准全计数重建上采用nnU-Net v2预训练模型自动分割21个器官并固定掩膜应用至各剂量；按IBSI标准用PyRadiomics v3.1.0提取107个特征；在制造商、像素间距、放射性药物、散射校正及未协调基线五种配置下进行特征级ComBat协调；以ICC(2,1)评价跨剂量、器官和协调设置的可重复性。
研究结果：3.1 总体特征级可重复性（Overall feature-level reproducibility）：通过跨剂量和协调条件的ICC分析，35/107（32.7%）特征在至少一个解剖区域达到ICC ≥ 0.75，主要来自一阶和GLCM家族；Mean在10个区域稳定，Sum Average和Joint Average在8–9个区域稳定；膀胱稳定特征最多，骨骼结构跨家族稳定，血管区域有限；ICC范围为0.751–0.906，膀胱GLCM Cluster Prominence最高（0.906）；GLSZM、GLRLM、GLDM中Zone Percentage等及一阶10th Percentile常低于0.50。3.2 跨剂量与器官依赖性稳健性（Cross-dose and organ-dependent robustness）：通过非协调基线和四种ComBat配置的家族级跨剂量ICC及参考式首次失败分析，非协调下各非形状家族中位ICC约0.310–0.404，均较差；协调后总体中位ICC未超过非协调基线（0.364 vs 0.253–0.265），未统一改善；首次失败分析显示一阶和GLCM分别在15/21和18/21区域至DRF 100无失败；Total Energy和Autocorrelation全区域至DRF 100；Mean、Sum Average、Joint Average在肾和肝DRF 4首次失败，Energy在主动脉、食管、肺DRF 2失败。3.3 固定剂量水平下的协调一致性（Harmonization agreement at fixed dose levels）：通过固定剂量下不同协调设置间ICC比较，中位ICC在标准剂量为0.934、DRF 20为0.908、DRF 50为0.869、DRF 100为0.906；ICC ≥ 0.75组合分别为126/126、101/101、101/101、118/122；DRF 100有4个组合低于0.75（胆囊和肾上腺GLSZM，心脏GLDM和GLRLM）；一阶特征各剂量中位ICC为0.870–0.938。结果表明不同协调设置输出在固定剂量下总体一致性高，但非单调且异质，不能替代跨剂量稳健性。
讨论总结：讨论指出，剂量降低具有可测量的器官依赖影响；约三分之一特征至少在一個区域可重复；部分一阶和GLCM特征稳定；协调影响器官特异但不一致。纹理特征依赖空间灰度关系，计数降低增加噪声并改变灰度分布，影响二阶及高阶矩阵；一阶特征总结全局强度，较不敏感；Sum Average和Joint Average可能与Mean共线，应谨慎解释；骨骼和高对比器官因对比度和摄取均匀性更稳健；膀胱高稳健可能反映尿液示踪剂积聚所致高局部计数密度和强对比，应跨示踪剂和协议谨慎解释。协调未统一改善跨剂量一致性，采集相关批次效应和噪声诱导不稳定可能部分独立；放射性药物作为批次可能移除生物学有意义变异，故为探索性。局限性包括：回顾性中心时间窗子采样不等同随机事件稀释或前瞻性低注入剂量；仅两中心两系统；保留原生体素间距未重采样；未强度再分割；固定标准全计数掩膜排除剂量依赖分割不确定性，ICC为条件最佳估计，形状特征稳定主要反映固定掩膜几何；仅用ICC。可重复性不等于临床有用，需任务特异验证。未来需体模验证、前瞻重测、多示踪剂多中心验证、标准化流程和噪声感知深度学习重建等。
研究结论翻译：本研究系统评估多中心全身PET中多个回顾性模拟剂量降低水平和协调策略下定量PET影像组学特征的稳健性。结果显示，影像组学稳定性强烈依赖剂量水平、解剖区域和特征类别。中度剂量降低在相当一部分特征中保持可重复性，尤其部分一阶和强度相关特征；极端计数降低导致高阶纹理特征明显退化。器官特异性变异明显，骨骼和高对比结构比血管和软组织区域更稳健。基于ComBat的协调产生器官和特征依赖的可重复性变化。尽管固定剂量下不同协调设置输出总体一致性高，但没有任何配置相对未协调基线一致改善跨剂量可重复性，协调也未完全补偿严重剂量降低引入的不稳定。总体而言，结果强调多中心PET影像组学中剂量感知特征选择和元数据引导协调的重要性。识别剂量稳健和协调稳定特征为未来定量成像研究提供方法学基础；但其预测性能和临床效用需单独任务特异性验证。
