AccuContour和DeepViewer兩款軟件自動勾畫胰腺癌患者腎臟結構的比較

霍新穎，王敏，時飛躍，趙環宇，魏曉為

南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院） 腫瘤放療中心，江蘇 南京 210006

引言

胰腺癌是一種轉移能力強、預后差、生存率低的一種侵襲性疾病，也是導致全球癌癥死亡的五大主要原因之一[1‐2]。美國1990年開始進行胰腺癌新輔助放療的探索[3]，以往的經驗認為新輔助放療會增加術后并發癥等風險，最新的研究發現并無明顯增加[4]。新輔助治療是目前交界可切除胰腺癌患者的首選治療方式，體能狀態良好的交界可切除胰腺癌患者，建議開展術前新輔助治療[5]。對于胰腺癌放療患者，腎臟是重要的危及器官，照射時應該盡量減少危及器官的劑量，需要精確勾畫并對劑量進行評估。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是一門新興的技術科學，利用計算機模型和算法來復制模擬類似于人類的智能并執行特定的任務。AI廣泛地應用于腫瘤放射治療的多個方面，主要包括腫瘤靶區及危及器官自動勾畫。危及器官的勾畫是一項耗時耗力重復性高的工作，而基于AI的自動勾畫軟件使用簡單、易上手。基于深度學習和圖譜的危及器官自動勾畫方法是目前主要的兩種方法，本研究使用基于深度學習的兩款國產軟件AccuContour和DeepViewer進行自動勾畫，評估和比較兩款國產軟件自動勾畫胰腺癌患者腎臟結構的準確性，為臨床使用提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 自動勾畫軟件

使用福建廈門MANTEIA數據科技有限公司的AccuContour軟件（版本3.0）和安徽慧軟科技有限公司的DeepViewer軟件（版本1.0），進行本項研究。這兩款國產軟件，都具有自動勾畫腫瘤放療患者多種危及器官的功能。

1.2 病例選擇

選擇2014年8月至2019年1月期間南京市第一醫院收治的20例胰腺癌患者進行研究，將患者按照ID號升序排列，使用1至20編號，男女各10例，年齡為（65±12）歲，所有患者均為仰臥位，經體部熱塑膜固定后，使用西門子Sensation Open CT模擬機采集定位CT圖像，層厚和層間距均為5 mm。

1.3 數據采集

手工勾畫：在放療日常工作中，放療工作人員使用Eclipse治療計劃系統的工具，手工勾畫包含腎臟在內的胰腺癌患者的危及器官。

自動勾畫：從Eclipse治療計劃系統中導出患者的定位CT圖像，傳輸至AccuContour和DeepViewer兩款軟件中。分別使用各自軟件的勾畫工具，自動勾畫腎臟結構。將全部自動勾畫和手工勾畫生成的結構文件導入AccuContour軟件中，使用AccuContour的評價分析工具，分析相應的體積、位置和形狀數據。

1.4 評價指標

以手工勾畫作為參考數據，以自動勾畫作為測試數據，通過檢測兩種勾畫之間的體積差異、位置差異和形狀一致性，評估軟件自動勾畫腎臟結構的效果。

（1）體積差異定義為：

其中，VA和VM手動分別代表自動勾畫和手工勾畫的腎臟結構體積，ΔV% 絕對值越大，表明自動勾畫與手動勾畫結構體積相差越大。

（2）質心偏差（Deviation of Centroid，DC）定義為：

其中，Δx=|xA-xM|，Δy=|yA-yM|，Δz=|zA-zM|，分別表示 x（左右）、y（腹背）和z（頭腳）方向的位置差異。xA、yA和zA分別代表自動勾畫情形肝臟幾何中心坐標在x、y和z方向的坐標值；xM、yM和zM分別代表手工勾畫情形結構幾何中心坐標在x、y和z方向的坐標值。DC數值越大表明兩種勾畫結果在空間位置的偏移越大[6‐7]。

（3）Dice相 似 性 指 數（Dice Similarity Coefficient，DSC）定義為：

DSC的值范圍為0～1。DSC值越大表示兩個結構輪廓形狀的相似性越高，DSC > 0.7代表兩個結構重合度較好[8]。

1.5 統計學分析

使用折線圖進行統計描述，使用配對t檢驗，對兩款軟件的數據進行分析比較，P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

圖1為AccuContour和DeepViewer兩款軟件自動勾畫腎臟結構的體積差異趨勢圖。由圖1可知，體積差異分布較均勻，其中，在左腎勾畫的ΔV%折線圖中，2號和13號患者差別明顯；3號患者右腎勾畫的ΔV%差別較大。

圖1 兩款軟件勾畫腎臟結構體積差異的比較

圖2為AccuContour和DeepViewer兩款軟件自動勾畫腎臟結構的位置差異趨勢圖。圖2顯示，大部分患者兩種軟件腎臟的自動勾畫的位置差異較小，左腎13號患者總位置差異較大，右腎5號患者總位置差異較大。

圖2 兩款軟件勾畫腎臟結構總位置差異的比較

圖3為AccuContour和DeepViewer兩款軟件自動勾畫腎臟結構的形狀一致性的趨勢圖。從圖3可以看出，兩款軟件腎臟自動勾畫的DSC值均大于0.70，有較好的吻合性。

圖3 兩款軟件勾畫腎臟結構DSC值的比較

表1為兩款軟件自動勾畫腎臟結構的ΔV%、DC和DSC值的統計描述數據，包括最大值、最小值、平均值和標準差。

表1 20例腎臟結構△V%、DC、DSC值的統計描述值

對兩款軟件左腎和右腎的ΔV%、DC、DSC進行配對t檢驗，結果均無統計學差異（P>0.05），結果見表2。

表2 兩款軟件各參數的統計檢驗

使用AccuContour和DeepViewer兩款軟件自動勾畫兩個腎臟結構，所用的時間分別約為46 s和47 s，而手工勾畫腎臟結構的時間平均約為477 s。使用軟件自動勾畫腎臟結構，節約了大約90%的時間。

3 討論

腎臟是人體的重要器官，在胰腺的前部，具有保證機體內環境穩定，保持正常新陳代謝的重要作用。胰腺癌患者的放射治療可導致腎臟結構發生放射性損傷，現代精確放射治療對保護腫瘤靶區周圍的危及器官免受或少受損傷，提出了更高的要求。然而，在放射治療領域，危及器官的勾畫是技術含量不高的重復性勞動，手動勾畫會耗費臨床醫生大量的時間和精力，并且危及器官的勾畫還易受到醫生知識背景、經驗等因素的影響。利用計算機輔助自動或半自動勾畫危及器官，不僅可以縮短勾畫時間，而且可以有效減少不同勾畫者個體主觀判斷所致勾畫的差異。隨著臨床的需求和AI的發展，危及器官的自動勾畫技術引起了研究者的興趣，市場上涌現了多種自動勾畫軟件并在放療部門得到應用，近年來已有學者進行了相關報道，如ABAS[9‐10]、MIM[11‐12]、Raystation[13]、Velocity 等 基 于 圖 譜庫，使用模板庫或單一模板的進口自動勾畫軟件[14‐15]，以及 rtStation[16]、DeepViewer[17]、AccuContour[18]等基于深度學習的國產自動勾畫軟件。這些基于AI技術的軟件均具有較高的準確性和精度，可以很好地輔佐醫生，提高醫療服務質量。

本文通過比較兩款軟件在體積差異、總位置差異和形狀相似性指數這三種評價指標的差別，由圖1及表1～2中ΔV%的統計數據可見，ΔV%數值正負分布均勻，自動勾畫腎臟的體積有時小于手動勾畫的體積，我們對于體積差異較大值進行了排查，發現均無異常。圖2及表1～2中DC的統計數據表明，兩款軟件自動勾畫與手動勾畫相比位置差異都不大。DSC是一項評價自動勾畫與手動勾畫危及器官重合性的指標，大于0.7表示重合度較好[19]。由圖3及表1～2中DSC的統計數據可見，兩款軟件的DSC的平均值都在0.93左右，可見兩款軟件在形狀相似性方面勾畫效果都比較好，重合度高。經過配對t檢驗，兩款軟件三種指標都沒有統計學差異（P>0.05），均可達到滿意的勾畫效果。由結果中勾畫時間的數據可見，使用兩款軟件自動勾畫胰腺癌患者的腎臟結構，可明顯縮短勾畫時間，提高工作效率。當然要注意的是，對于軟件自動勾畫的腎臟結構，仍然必須由放療醫師審核并手動修改。

綜上所述，AccuContour和DeepViewer兩款國產自動輪廓勾畫軟件，對絕大部分胰腺癌患者的腎臟結構的勾畫，都能夠達到滿意的效果。經過軟件自動勾畫，再輔以適當的人工修改，即可完成腎臟結構的勾畫，提高放療工作效率。這種測試評估和反饋給軟件公司升級軟件版本提供重要的意見，對國產軟件的優化進步有重要意義。隨著不斷的優化和技術進步，國產輪廓勾畫軟件自動勾畫的效果將會越來越好。

致謝

感謝廈門MANTEIA公司袁興文和呂云龍在AccuContour軟件安裝和使用中提供的指導和幫助，感謝中國科學技術大學裴曦教授和安徽慧軟科技有限公司在DeepViewer軟件使用中提供的技術支持。