MIM軟件自動勾畫前列腺癌危及器官

向雪靜，羅媛媛，鄧 宇，李 鐮，馬曉潔*

(1.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院腫瘤科，四川 南充 637000；2.川北醫(yī)學院，四川 南充 637000)

2020年全球前列腺癌新發(fā)病例達141萬例，占惡性腫瘤的7.3%，發(fā)病率居第3位，死亡率居第8位[1]；我國前列腺癌發(fā)病率亦呈逐年上升趨勢[2]。前列腺癌治療方案包括新輔助治療、根治性前列腺切除及放射治療(簡稱放療)等[3]。放療前需逐層勾畫CT圖中危及器官，勾畫結(jié)果具有操作者主觀依賴性，且患者等待時間較長。目前國內(nèi)外將自動勾畫軟件用于腫瘤治療的研究[4-5]較多。本研究觀察以MIM-Maestro 6.9軟件自動勾畫前列腺癌危及器官的效果，篩選最佳數(shù)據(jù)庫病例數(shù)和匹配數(shù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象 選取2018年1月—2022年4月111例于川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院接受放療的前列腺癌患者，年齡49～82歲，平均(65.9±0.9)歲。納入標準：①經(jīng)活檢病理確診前列腺癌；②復位時放療體膜固定良好；③依從性高。排除標準：①膀胱功能不佳，難以充盈；②CT定位時無法保持仰臥位；③無法完成放療全過程。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Emotion 16 Slice Configuration模擬定位機。囑患者充盈膀胱后仰臥，經(jīng)靜脈以1.8～2.0 ml/s流率注射80 ml碘帕醇注射液(300 mgI/ml)后行盆腔掃描，范圍為髂嵴至恥骨聯(lián)合下2 cm；參數(shù)：管電壓120 kV，自動調(diào)節(jié)管電流，層厚5 mm。

1.3 建立數(shù)據(jù)庫 由1名具有2年工作經(jīng)驗的放療科醫(yī)師手動于CT圖像中逐層勾畫腫瘤危及器官，包括小腸、直腸、雙側(cè)股骨頭、膀胱和脊髓，由1名副主任醫(yī)師審核、修改；導入MIM軟件[6]，隨機選取1例數(shù)據(jù)導入Atlas數(shù)據(jù)庫建立模板，采用留一法建立5個數(shù)據(jù)庫，分別包括20、40、60、80及100例患者，以其余10例為測試集，以5、9兩個匹配數(shù)進行勾畫，即從數(shù)據(jù)庫中選取5例或9例已勾畫完成圖像為模板勾畫測試集，依次將勾畫結(jié)果命名為V20-5、V40-5、V60-5、V80-5、V100-5和V20-9、V40-9、V60-9、V80-9、V100-9(圖1)；基于Atlas數(shù)據(jù)庫交互信息算法[7]對MIM軟件自動勾畫結(jié)果與手工勾畫結(jié)果進行比較。

圖1 患者男，56歲，前列腺癌 A～D.分別為匹配數(shù)為5時，MIM軟件于軸位CT圖中自動勾畫的小腸(A)、直腸(B)、雙側(cè)股骨頭(C)、膀胱(C)和脊髓(D) (黃色：人工勾畫；綠色：V20-5勾畫，粉色：V40-5勾畫；棕色：V60-5勾畫，藍色：V80-5勾畫，紅色：V100-5勾畫)

1.4 評價指標 戴斯相似性系數(shù)(Dice similarity coefficient，DSC)[8]：反映2種勾畫結(jié)果之間的相似度，越接近1代表相似度越高，勾畫效果越好，DSC<0.7為不能滿足臨床要求[9]；雅卡爾相似系數(shù)(Jaccard similarity coefficient，JSC)：指2個集合之間的差異性，數(shù)值越小代表二者越相似、勾畫效果越好；豪斯多夫距離(Hausdorff distance，HD)：指2個輪廓點集之間的最大差異，越接近0代表勾畫效果越好；平均最小距離(mean distance to agreement，MDA)：描述2個集合之間的距離，越接近0代表其間差別越小、勾畫效果越好。見公式(1)～(4)。

(1)

(2)

HD(A,B)=max[(h(A,B),h(B,A))]

(3)

(4)

式中，A為MIM軟件自動勾畫圖像輪廓，B為手工勾畫圖像輪廓。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示服從正態(tài)分布的計量資料，以單因素方差分析比較各數(shù)據(jù)庫間指標差異；采用中位數(shù)(上下四分數(shù))表示不服從正態(tài)分布的計量資料，以Kruskal-WallisH檢驗比較各指標差異。采用Wilcoxon秩和檢驗比較2種匹配數(shù)間各指標差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 小腸和直腸 匹配數(shù)為5時，MIM軟件自動勾畫小腸的DSC為0.10～0.80，JSC為0.15～0.65，HD為3.97～14.91 cm，MDA為0.49～6.54 cm；直腸DSC為0.23～0.73，JSC為0.13～0.73，HD為1.00～7.83 cm，MDA為0.14～1.31 cm；其勾畫小腸、直腸效果在5個數(shù)據(jù)庫之間差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，但均不能滿足臨床要求(DSC均<0.7)。匹配數(shù)為9時，MIM軟件自動勾畫小腸的DSC為0.03～0.84，JSC為0.20～0.73，HD為4.14～15.84 cm，MDA為0.48～6.05 cm；直腸DSC為0.13～0.84，JSC為0.07～0.72，HD為0.99～7.83 cm，MDA為0.17～1.27 cm；V20-9數(shù)據(jù)庫小腸DSC、JSC均優(yōu)于其他數(shù)據(jù)庫(P均<0.05)，其他數(shù)據(jù)庫間勾畫效果差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)；V100-9數(shù)據(jù)庫直腸DSC優(yōu)于V40-9(P<0.05)，但DSC<0.7；V40-9數(shù)據(jù)庫直腸JSC優(yōu)于V100-9(P<0.05)。不同匹配數(shù)下，不同數(shù)據(jù)庫之間各指標差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。見表1。

2.2 股骨頭、膀胱及脊髓 匹配數(shù)為5時，MIM軟件自動勾畫雙側(cè)股骨頭的DSC為0.86～0.94，JSC為0.70～0.91，HD為0.37～1.00 cm，MDA為0.07～0.65 cm；膀胱DSC為0.27～0.94，JSC為0.16～0.88，HD為0.69～9.24 cm，MDA為0.13～1.51 cm；脊髓DSC為0.20～0.95，JSC為0.11～0.90，HD為0.19～9.00 cm，MDA為0.02～2.18 cm。匹配數(shù)為9時，MIM軟件自動勾畫雙側(cè)股骨頭的DSC為0.87～0.94，JSC為0.71～0.91，HD為0.31～1.00 cm，MDA為0.08～0.44 cm；膀胱DSC為0.22～0.93，JSC為0.12～0.87，HD為0.63～6.43 cm，MDA為0.11～1.18 cm；脊髓DSC為0.11～0.93，JSC為0.13～0.88，HD為0.21～7.55 cm，MDA為0.03～1.13 cm。MIM軟件以不同匹配數(shù)、針對不同數(shù)據(jù)庫勾畫股骨頭、膀胱及脊髓的效果差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 MIM軟件以不同匹配數(shù)、針對不同數(shù)據(jù)庫自動勾畫前列腺癌危及器官效果比較

3 討論

本研究分析4項評價系數(shù)，發(fā)現(xiàn)采用MIM軟件可較精確地勾畫雙側(cè)股骨頭及脊髓，膀胱和直腸次之，而勾畫小腸效果欠佳。雙側(cè)股骨頭骨性標志明顯，脊髓與周圍組織分界較清，勾畫結(jié)果較好[10]。因勾畫膀胱時易受其充盈度影響[11]，要求患者在定位前分批飲入約1 000 ml水并排空直腸，可增加個體相似度、提高自動勾畫精準度。本組MIM軟件勾畫膀胱效果在不同匹配數(shù)及數(shù)據(jù)庫間均無顯著差異。對于直腸，匹配數(shù)為9時，MIM軟件自動勾畫V100-9數(shù)據(jù)庫的DSC優(yōu)于V40-9，但DSC<0.7，不能滿足臨床要求，而對V40-9數(shù)據(jù)庫的JSC優(yōu)于V100-9，綜合考慮，其對V40-9數(shù)據(jù)庫的勾畫效果更優(yōu)。對于小腸，無論匹配數(shù)為5或9，MIM軟件自動勾畫各數(shù)據(jù)庫的效果均較差，可能原因在于小腸活動度較大，易受飲食、體位等影響，腸道內(nèi)存在大量內(nèi)容物時，MIM軟件無法準確勾畫腸壁[12]，但仍可為醫(yī)師手動勾畫危及器官提供參考，有助于節(jié)省治療前準備時間。

綜上所述，MIM軟件自動勾畫前列腺癌危及器官效果較好，以40例為模板數(shù)據(jù)庫、選擇匹配數(shù)5可提高勾畫小腸和直腸效果。但本研究未涉及腫瘤分期等臨床因素，有待后續(xù)加以完善。