2020-06-10 12:08:58
南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）肿瘤放疗中心物理师时飞跃基于慧软科技的DeepViewer软件自动勾画系统，选取20例乳腺癌保乳术后患者进行研究，其中左侧乳腺癌10例，右侧乳腺癌10例。通过比较DeepViewer软件自动勾画和手工勾画的体积差异、位置差异、形状一致性和勾画时间，同时对左侧和右侧乳腺癌的数据进行比较研究，评估DeepViewer软件自动勾画心脏结构的可行性和准确性，并将该研究发表于《中国医疗设备》杂志。
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，严重危害广大女性的身心健康，其发病率居女性常见恶性肿瘤第1位，死亡率居所有恶性肿瘤第6位[1]。乳腺癌保乳术+术后放疗的方法，可在保证患者生存率的同时，兼顾乳房美观，提高患者生活质量，目前已成为早期乳腺癌的首选治疗方式[2-3]。调强放疗技术可以更好地降低正常组织并发症的发生率，同时提高肿瘤局控率，所以越来越多的应用于乳腺癌保乳术后的放疗中[4]。对于乳腺癌放疗患者，尤其是左侧乳腺癌，心脏是重要的危及器官，需要进行精确勾画并对其剂量进行认真评估。
然而，现有的治疗计划系统（Therapy Planning System，TPS）一般具有自动勾画肺和脊髓的功能，但是不具有自动勾画心脏结构的功能。近年来，随着人工智能和自动轮廓勾画技术的不断发展，出现了多种自动勾画软件[5-8]。安徽慧软科技的DeepViewer软件，能够实现对40余种危及器官以及靶区的自动勾画，目前国内尚无对其测试和评估的文献报道。本文应用DeepViewer软件自动勾画乳腺癌保乳术后患者的心脏结构，对自动勾画的可行性和准确性进行测试和评估。
1材料与方法
1.1 DeepViewer软件
安徽慧软科技有限公司的DeepViewer软件，可以简化放疗医师的工作，并具有执行流程自动化和数据来源多样化的特点。本研究使用的DeepViewer软件，版本号为V1.0。
1.2 病例选择
选取2017年11月至2019年6月南京医科大学附属南京医院收治的乳腺癌保乳术后患者20例，其中左侧乳腺癌和右侧乳腺癌患者各10例，平均年龄49.2岁，中位年龄为47.5岁，年龄范围28~71岁。以1~20的数字对20例患者进行编号，其中1~10号为左侧乳腺癌患者，11~20号为右侧乳腺癌患者。
1.3心脏结构勾画：
在放疗日常工作中，使用西门子Sensation Open CT模拟机对上述乳腺癌患者进行定位CT扫描，患者均为仰卧位，使用ORFIT碳纤维固定底板配合泡沫垫块，实现乳腺癌患者的定位摆位，CT层厚和层间距均为5mm， 扫描结束后定位CT图像传输至Eclipse的TPS系统。①自动勾画：将20例乳腺癌患者的放疗定位CT图像从Eclipse传输至DeepViewer软件，应用DeepViewer软件对每例CT图像建立结构集合，选择仅勾画心脏结构，其余正常组织和器官不勾画，自动勾画完成后将勾画好的DICOM文件传输并导回Eclipse；②手工勾画：在放疗日常工作中，放疗工作人员已对20例乳腺癌患者进行了心脏结构的手工勾画，结构数据保存在Eclipse中。
1.4 评价指标
主要通过检测自动勾画与手工勾画两者之间的百分体积差异、位置差异、形状一致性和勾画时间，评估DeepViewer 软件自动勾画心脏结构的应用效果。以手工勾画作为参考数据，以自动勾画作为测试数据。
（1）自动勾画与手工勾画的百分体积差异定义为 ：
其中， V 自动和 V 手工手动分别代表自动勾画和手工勾画的心脏结构体积。
(2）自动勾画与手工勾画的总位置差异（Δ L）定义为：
其中，Δx2=|x自动-x手工|，Δy=|y自动-y手工|，Δz=|z自动-z手工|，分别表示 x（左右）、 y（腹背）和 z（头脚）方向的位置差异。x 自动和 x 手工分别代表自动和手工两种情形结构几何中心坐
标在 x 方向的坐标值。 y 和 z 方向依此类推。
DSC 值范围为 0~1， DSC 值越大表示两个结构轮廓形状的相似性越高。
1.5 统计学分析
分别对 20 例乳腺癌患者、 10 例左侧乳腺癌患者和 10例右侧乳腺癌患者的 6 种参数（Δ V%、Δ x、Δ y、Δ z、Δ L 和 DSC）进行统计分析。使用独立样本 t 检验，对左侧乳腺癌和右侧乳腺癌的两组 DSC 值进行分析比较，P<0.05 为差异有统计学意义。
2、讨论与结果
2.1 结果：
图 1、图 2 和图 3，分别显示了心脏结构自动勾画和手工勾画的百分体积差异Δ V%、位置差异和DSC值。表1、表 2 和表 3 分别显示了全部 20 例、左侧 10 例及右侧 10例乳腺癌患者 6 种参数（Δ V%、Δ x、Δ y、Δ z、Δ L 和DSC）的统计数据，包括最大值、最小值、平均值和标准差。
使用独立样本 t 检验，对左侧乳腺癌和右侧乳腺癌的两组 DSC 值数据进行比较， P=0.059>0.05，表明两组数据没有统计学差异。此外，关于两种勾画方法所用的时间，使用 DeepViewer 软件自动勾画心脏结构的平均时间约为45 s，而本部门手动勾画心脏结构的平均时间约为 284 s。自动勾画相比于手工勾画，节约了大约 84% 的时间。
2.2讨论
心脏是一个中空的肌纤维性器官，位于两肺之间纵膈间隙内，由含有纤维浆液性结构心包膜包绕。大多数商用 TPS提供了自动勾画肺和脊髓的功能，但是没有提供自动勾画心脏的功能。放射治疗可导致心脏结构发生放射性损伤，其损伤的临床表现呈现出多样化。因此，心脏在胸部肿瘤患者的放疗中需严格保护，而心脏结构的准确勾画对保护心脏有重要意义。乳腺癌患者（尤其是左侧乳腺癌患者），需要精确勾画心脏结构并在计划设计时对其进行保护 [9]。左侧乳腺癌保乳术后患者，对心脏的平均剂量要求较高 [10]。
近年来，随着人工智能技术的发展进步，自动轮廓勾画技术在放射治疗领域的应用越来越广泛，出现了许多商用自动轮廓勾画软件，如 ABAS[5,11-12]、 MIM[6,13-15]、 OnQ[7]、Raysation[8]等。使用这些软件，不仅可以缩短危及及器官的勾画时间，而且可以有效减少不同医师个体主观判断所致勾画的差异。使用 ABAS、 MIM、 Raysation、 OnQ等软件的研究和应用，多采用基于图谱库的方法，需要选取一部分或一个病例数据作为训练集或单个模板，然后使用另一部分患者数据作为测试集 [11-15]。使用 RAIC · OIS、rtStation 和本研究中 DeepViewer 软件的应用，在软件发布之前，已经使用了许多病例数据作为训练集来获得自动勾画的配置参数，软件应用时直接被用来智能勾画患者的危及器官结构。从目前研究的病种来看，头颈部肿瘤（如鼻咽癌）和盆腔部位肿瘤（如宫颈癌和直肠癌）等较多，胸部肿瘤（如乳腺癌）较少。
由图 1 及表 1~3 中 Δ V% 的统计数据可见，Δ V% 均为负值，表明自动勾画的心脏体积普遍小于手工勾画的心脏体积。由图 2 及表 1~3 中位置差异的统计数据可见， x（左右）和 y（腹背）方向的位置差异普遍小 于 z（头脚）方向的位置差异。 20 例数据的总位置差异（Δ L 为）为（0.37±0.19） cm。左侧乳腺癌和右侧乳腺癌相比，除了 y 方向外（Δ y 的平均值相差 0.06 cm），位置差异的数据相差不大。由图 3 及表 1~3中 DSC 的统计数据可见， 20 例数据的 DSC 的平均值达到0.84。一般 DSC>0.7 即认为两个轮廓的重合较好 [16-17]。这表明 DeepViewer 软件勾画心脏结构的整体效果较好。左侧乳腺癌和右侧乳腺癌相比， DSC 值差异较小，比较结果显示没有统计学差异。由结果中的勾画时间数据的比较可见，使用 DeepViewer 软件自动勾画乳腺癌患者的心脏结构，可明显缩短勾画时间，提高工作效率。
综上所述，DeepViewer软件对乳腺癌患者的心脏结构进行自动勾画，能够达到满意的效果。使用该软件，可缩短心脏结构的勾画时间，提高放射治疗工作效率。
时飞跃简介：
南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）肿瘤放疗中心放疗物理师，助理研究员，物理学博士，毕业于南京大学物理学院，曾在复旦大学附属肿瘤医院放疗科进修肿瘤放射物理。
江苏省生物医学工程学会医学物理专业委员会委员，江苏省计量测试学会电离辐射专业委员会委员，江苏省研究型医院学会放疗专委会放疗物理技术学组委员。发表第一作者英文SCI期刊论文3篇，在《中华放射肿瘤学杂志》、《计量学报》、《中国医学物理学杂志》、《中国医疗设备》等中文核心期刊和统计源期刊发表第一作者期刊论文19篇，通讯作者期刊论文7篇。
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