基于904,209次扫描的聚类分析识别最佳剂量头部CT采集技术

《European Radiology》：Identifying optimal dose head CT acquisition techniques through cluster analysis from 904,209 scans

　　

目的：识别在儿童和成人中临床上已确立且频繁使用的、实现较低辐射的常规头部计算机断层扫描（CT）采集技术。材料与方法：分析层级为CT扫描（序列）级别。从大型国际CT剂量注册库中分析CT采集参数。扫描按成人和儿童分别分析，并按采集方式（螺旋或轴位）分层，共形成四个分层。K-means聚类作为一种无监督机器学习方法，基于以下采集参数将扫描分配到聚类中：管电流、管电压、准直宽度、扫描长度，以及对于螺旋扫描的螺距。比较各聚类间的有效患者直径、未调整和患者尺寸调整后的剂量长度乘积（DLP）以及容积CT剂量指数（CTDI_vol）。结果：分析纳入2015年1月1日至2021年3月11日期间的864,182次成人CT扫描和40,027次儿童扫描。成人扫描被分为7个螺旋聚类和6个轴位聚类，儿童扫描被分为6个螺旋聚类和4个轴位聚类。在所有四个分层中，平均尺寸调整后DLP在不同聚类间变化超过两倍，最高达3.4倍。例如，对于成人螺旋扫描（最大的分层），尺寸调整后DLP在各聚类间范围为372 mGy·cm至998 mGy·cm（相对剂量2.7）。辐射最低的聚类通常采用较低的管电流和管电压，但不同方案采用了多种方法以实现较低剂量。结论：在常用的头部CT采集技术中，辐射剂量仍存在较大差异。聚类分析能够识别剂量较低的方案。关键要点：问题：常规头部CT使用的剂量是否存在较大差异？能否识别最佳实践的最低剂量扫描方法？发现：在每个分层（成人/儿童，螺旋/轴位）中，平均尺寸调整后DLP在CT聚类间变化超过两倍，反映了辐射的显著差异。临床相关性：许多常规头部CT采集技术使用了过量的辐射剂量。将实践标准化至最低剂量聚类将显著降低患者剂量。

辐射安全是放射学的核心原则，然而既往文献显示，计算机断层扫描（CT）检查的辐射剂量在国际范围内持续存在显著差异。电离辐射具有致癌性，儿童对辐射致癌的风险高于成人，但由于成人CT检查使用量更大，成人中辐射诱导的癌症数量更多。因此，在保持足够图像质量的前提下，通过标准化CT采集来降低辐射剂量，将有助于减少癌症风险。既往研究在调整患者和扫描仪特征后，仍观察到CT辐射暴露存在较大变异，这主要源于CT方案中参数选择不同，以及未充分采用辐射防护方法。缺乏标准化不仅导致定义最佳方案耗费大量资源，也造成额外的辐射风险。为此，研究人员利用大型国际CT剂量注册库，采用k-means聚类分析识别常规头部CT扫描中导致高辐射和低辐射的采集技术。该研究发表于《European Radiology》。

研究人员分析了来自加州大学旧金山分校（UCSF）国际CT剂量注册库的904,209次常规头部CT扫描，其中成人864,182次（95.6%），儿童40,027次（4.4%），数据涵盖2015年1月1日至2021年3月11日期间七个国家的131家医疗机构。通过k-means聚类，基于管电流、管电压、准直宽度、扫描长度以及螺旋扫描的螺距，将扫描分组。结果显示，在成人中识别出7个螺旋和6个轴位聚类，在儿童中识别出6个螺旋和4个轴位聚类。在所有四个分层中，平均尺寸调整后剂量长度乘积（DLP）在不同聚类间变化超过两倍，最高达3.4倍。例如，在成人螺旋扫描（最大分层）中，尺寸调整后DLP从372 mGy·cm到998 mGy·cm（相对剂量2.7）。辐射最低的聚类通常采用较低的管电流和管电压，但不同方案实现低剂量的途径多样。结论表明，常用的头部CT采集技术中辐射剂量仍存在较大变异，聚类分析能够识别剂量较低的方案，将实践标准化至最低剂量聚类可显著降低患者剂量。

研究人员基于UCSF国际CT剂量注册库的样本队列，利用Radimetrics剂量监测平台收集DICOM数据，通过验证的自然语言处理算法从DICOM头中的方案名称和检查描述分类常规头部CT，并人工复核。分析层面为扫描序列级，按成人/儿童和螺旋/轴位分为四层。采用k-means无监督机器学习聚类，对管电流、管电压、准直宽度、扫描长度（螺旋扫描还包括螺距）