頭頸部腫瘤中手工勾畫危及器官的組間和組內(nèi)差異性

程燕銘

福建醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院·福建省腫瘤醫(yī)院 （福建福州 350014）

精準(zhǔn)調(diào)強(qiáng)放射治療作為一種重要的鼻咽癌放射治療手段，為腫瘤靶區(qū)提供精確的靶區(qū)劑量分布，同時(shí)更好地保護(hù)正常組織器官。但保證精確放射治療的前提是醫(yī)師必須在放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格精確地勾畫靶區(qū)和危及器官（organ at risk，OAR）并對(duì)合適的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行劑量限制[1]。對(duì)于頭頸部腫瘤患者的靶區(qū)及OAR 的勾畫非常耗時(shí)，并且對(duì)同一器官的勾畫存在較大的人為差別，或者同一醫(yī)師在不同時(shí)間勾畫也存在偏差[2-3]。為此，基于CT 圖像模板的自動(dòng)勾畫軟件（alas-based autosegmentation, ABAS）應(yīng)運(yùn)而生，該軟件已越來越受到歡迎并被臨床應(yīng)用，其為醫(yī)師們節(jié)省大量勾畫時(shí)間的同時(shí)能夠改善醫(yī)師之間的勾畫差異[4-5]。本研究通過觀察手工勾畫頭頸部腫瘤患者的OAR，分析人為因素和時(shí)間因素給OAR 勾畫帶來的體積、相似性指數(shù)（dice similarity coefficient, DSC）及劑量的差異性，同時(shí)比較手工勾畫帶來的主觀判斷差異性與ABAS 軟件自動(dòng)勾畫產(chǎn)生的不確定性，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

選取2017年7月至2018年7月于我院進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療的5例頭頸部腫瘤患者的計(jì)劃CT 圖像。

1.2 方法

由5 名專業(yè)組高年資醫(yī)師在醫(yī)師工作站（OTP，Version4.3，Elekta）分別對(duì)計(jì)劃CT 圖像按照臨床要求進(jìn)行OAR 的手工勾畫；同時(shí)采用ABAS 軟件自動(dòng)勾畫OAR。OAR 包括脊髓、腦干、視神經(jīng)、視交叉、眼球、腮腺、下頜骨及顳頜關(guān)節(jié)等。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 ΔV 及DSC

不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫的OAR，ΔV存在明顯差異，同一醫(yī)師不同時(shí)間手工勾畫的OAR，ΔV無明顯差異，體積較小的OAR，如視神經(jīng)、視交叉等，手工勾畫的ΔV更大，OAR 體積越大，勾畫的ΔV越小；體積較大的OAR，如腦干、脊髓、腮腺和眼球等結(jié)構(gòu)，不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫、同一醫(yī)師不同時(shí)間手工勾畫的DSC 均＞0.8，勾畫重合度較好，體積較小的OAR，如視神經(jīng)、視交叉和顳頜關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)，不同醫(yī)師同一時(shí)間勾畫的DSC 差異較大，同一醫(yī)師不同時(shí)間勾畫的所有危機(jī)器官（除視交叉外），其DSC 均＞0.7，且統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示P＞0.05，見表1～2。

表1 不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫OAR 的ΔV 和DSC 比較（±s）

表1 不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫OAR 的ΔV 和DSC 比較（±s）

注：a～e 分別代表5 名醫(yī)師；ΔV 為體積偏差，DSC 為體積相似性指數(shù)

參數(shù)Eye-LEye-RPG-LPG-RCordStemSM-LSM-RTP-LTP-RON-LON-RCHI ΔV（%）a-0.13±0.16 -0.16±0.17 -0.03±0.22 -0.07±0.18 0.30±0.29 -0.10±0.22 0.04±0.11 0.05±0.08 -0.44±0.23 -0.44±0.21 -0.36±0.27 -0.39±0.23 0.11±0.58 b 0.27±0.26 0.24±0.23 0.24±0.28 0.21±0.21 0.12±0.28 0.22±0.31 0.09±0.10 0.08±0.08 0.14±0.44 0.14±0.43 0.33±0.56 0.22±0.43 0.47±0.61 c-0.08±0.22 -0.12±0.18 -0.14±0.22 -0.13±0.20 0.14±0.29 -0.13±0.24 0.01±0.10 0.02±0.09 -0.30±0.36 -0.29±0.31 -0.16±0.44 -0.13±0.55 0.10±0.56 d-0.04±0.26 -0.04±0.18 0.01±0.18 -0.03±0.17 0.39±0.31 -0.08±0.23 0.06±0.11 0.11±0.07 -0.22±0.32 -0.20±0.33 -0.15±0.47 -0.15±0.33 0.11±0.44 e-0.22±0.15 -0.21±0.14 0.15±0.27 0.18±0.24 -0.25±0.20 -0.10±0.21 0.20±0.12 0.23±0.11 -0.13±0.31 -0.12±0.30 -0.12±0.40 -0.03±0.31 0.27±0.52 F63.16115.5873.0184.2781.4574.9235.941.1666.9083.2638.1424.8612.34 P 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 DSC a0.89±0.06 0.88±0.06 0.89±0.04 0.88±0.06 0.97±0.01 0.87±0.08 0.96±0.03 0.97±0.02 0.65±0.13 0.65±0.13 0.67±0.17 0.66±0.11 0.63±0.2 b0.98±0.02 0.98±0.02 0.96±0.02 0.96±0.02 0.94±0.03 0.96±0.04 0.98±0.02 0.98±0.01 0.89±0.06 0.89±0.07 0.91±0.11 0.91±0.07 0.75±0.13 c0.91±0.07 0.89±0.06 0.85±0.07 0.86±0.07 0.92±0.1 0.86±0.08 0.96±0.03 0.96±0.02 0.72±0.14 0.74±0.13 0.76±0.17 0.76±0.13 0.62±0.19 d0.94±0.05 0.93±0.05 0.91±0.04 0.90±0.04 0.98±0.02 0.88±0.07 0.97±0.02 0.98±0.01 0.78±0.11 0.79±0.11 0.73±0.15 0.75±0.09 0.63±0.09 e0.84±0.07 0.85±0.06 0.93±0.03 0.93±0.03 0.81±0.08 0.87±0.07 0.99±0.02 0.98±0.01 0.82±0.05 0.83±0.06 0.74±0.16 0.80±0.08 0.69±0.09 F67.5752.5643.8145.3235.5150.1724.942255.3653.6759.0633.505.14 P 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000.00 0.00 0.00 0.00 0.000.00

2.2 ΔD

不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫的OAR（除下頜骨外），ΔD存在明顯差異（P＜0.05），同一醫(yī)師不同時(shí)間手工勾畫的OAR，ΔD無明顯差異，體積較小的OAR，如視神經(jīng)、視交叉等，不同醫(yī)師及不同時(shí)間手工勾畫的ΔD存在明顯差異，其中左、右視神經(jīng)ΔDmax分別為31%、18%，視交叉ΔDmax為75%，見表3和圖1。

圖1 不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫的ΔD

表3 不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫、同一醫(yī)師不同時(shí)間手工勾畫的ΔD 比較

2.3 SD

手工勾畫與自動(dòng)勾畫產(chǎn)生的ΔV和DSC 的SD相近，但對(duì)小體積OAR 勾畫時(shí)，自動(dòng)勾畫的ΔV的SD小于手工勾畫，如圖2所示。

圖2 手工勾畫與自動(dòng)勾畫產(chǎn)生的ΔV 和DSC 的SD

3 討論

針對(duì)各病種OAR 的勾畫均存在組間或組內(nèi)差異，且沒有一種可靠的系統(tǒng)軟件能確保輪廓勾畫的準(zhǔn)確性[8]。Geets 等[2]研究表明，醫(yī)師在CT 和MRI 上進(jìn)行靶區(qū)和OAR 勾畫，組內(nèi)差異不顯著；Tao 等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在手工勾畫OAR 中存在顯著的組間差異性，進(jìn)而影響到OAR 劑量的顯著變化；Nelms 等[8]研究指出，臨床上勾畫OAR 有著顯著的組間差異，勾畫OAR 體積的差異最終導(dǎo)致OAR平均劑量變化為-289%～56%，OAR 最大劑量變化為-22%～35%。有研究發(fā)現(xiàn)，基于患者圖譜庫的ABAS 自動(dòng)勾畫系統(tǒng)，對(duì)鼻咽癌IMRT 計(jì)劃的大部分OAR 能夠達(dá)到較滿意的自動(dòng)勾畫結(jié)果，而自動(dòng)勾畫對(duì)OAR 的實(shí)際受照劑量是否存在明顯的偏差并未研究[9]。有文獻(xiàn)報(bào)道，基于ABAS 軟件自動(dòng)勾畫OAR，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行人為修改可以有效提高放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中OAR勾畫效率和準(zhǔn)確性[4-6]。

表2 同一醫(yī)師不同時(shí)間手工勾畫的ΔV 和DSC 比較（±s）

表2 同一醫(yī)師不同時(shí)間手工勾畫的ΔV 和DSC 比較（±s）

注：T1～T5 分別代表5 個(gè)時(shí)間；ΔV 為體積偏差，DSC 為體積相似性指數(shù)

參數(shù)Eye-LEye-RPG-LPG-RCordStemSM-LSM-RTP-LTP-RON-LON-RCHI ΔV（%）T1-0.02±0.27 -0.02±0.26 0.03±0.29 0.03±0.26 0.13±0.34 -0.05±0.29 0.07±0.12 0.10±0.09 -0.18±0.44 -0.17±0.41 -0.04±0.56 -0.03±0.44 0.21±0.53 T2-0.08±0.25 -0.10±0.23 0.04±0.28 0.03±0.23 0.16±0.34 -0.04±0.26 0.09±0.12 0.10±0.10 -0.20±0.37 -0.20±0.36 -0.02±0.53 -0.01±0.52 0.19±0.56 T3-0.07±0.26 -0.08±0.24 0.07±0.26 0.05±0.22 0.20±0.38 -0.05±0.26 0.09±0.10 0.09±0.08 -0.21±0.39 -0.21±0.38 -0.11±0.46 -0.11±0.41 0.21±0.57 T4-0.01±0.27 -0.06±0.24 0.05±0.25 0.04±0.25 0.13±0.36 -0.02±0.29 0.07±0.13 0.10±0.13 -0.20±0.38 -0.17±0.36 -0.16±0.43 -0.18±0.38 0.21±0.55 T5-0.04±0.31 -0.03±0.24 0.04±0.28 0.02±0.26 0.08±0.35 -0.03±0.27 0.08±0.16 0.11±0.17 -0.16±0.41 -0.15±0.38 -0.12±0.48 -0.15±0.40 0.24±0.60 F1.676.550.770.493.320.861.450.170.861.912.882.90.15 P0.160.000.550.740.010.490.220.960.490.120.030.030.96 DSC T10.92±0.07 0.91±0.07 0.90±0.06 0.90±0.06 0.93±0.07 0.88±0.08 0.97±0.03 0.98±0.02 0.77±0.14 0.78±0.15 0.77±0.19 0.79±0.12 0.67±0.14 T20.90±0.08 0.89±0.08 0.90±0.06 0.91±0.05 0.94±0.07 0.89±0.08 0.98±0.02 0.98±0.02 0.78±0.13 0.78±0.13 0.77±0.17 0.81±0.10 0.67±0.18 T30.90±0.08 0.90±0.08 0.92±0.04 0.92±0.05 0.94±0.07 0.89±0.08 0.98±0.02 0.98±0.02 0.76±0.14 0.76±0.13 0.76±0.18 0.77±0.12 0.66±0.15 T40.92±0.07 0.91±0.07 0.91±0.06 0.90±0.07 0.92±0.10 0.89±0.08 0.97±0.03 0.97±0.02 0.77±0.13 0.79±0.12 0.75±0.17 0.75±0.13 0.67±0.16 T50.92±0.06 0.92±0.05 0.91±0.06 0.90±0.06 0.90±0.11 0.89±0.08 0.97±0.03 0.97±0.03 0.78±0.13 0.79±0.13 0.76±0.17 0.76±0.15 0.65±0.14 F4.884.962.531.673.031.794.511.340.481.131.282.790.2 P0.000.000.050.160.020.140.000.260.750.350.290.300.94

本研究結(jié)果顯示，不同醫(yī)師同一時(shí)間手工勾畫的OAR，ΔV和ΔD存在顯著差異。手工勾畫與自動(dòng)勾畫產(chǎn)生的ΔV和DSC 的SD相近，但對(duì)小體積OAR 勾畫時(shí)，自動(dòng)勾畫的ΔV的SD小于手工勾畫，與其他文獻(xiàn)報(bào)道[3，6，10]相似。眾多潛在因素導(dǎo)致不同醫(yī)師同一時(shí)間指標(biāo)差異產(chǎn)生，如醫(yī)師對(duì)CT 圖像的解讀不一致、組織邊界模糊不清；同時(shí)，臨床醫(yī)師勾畫OAR 的精確性還受限于個(gè)人的臨床工作經(jīng)驗(yàn)、影像診斷知識(shí)水平，這些情況也將導(dǎo)致指標(biāo)差異顯著。表3及圖1顯示勾畫OAR 的ΔV組間差異顯著影響OAR 的實(shí)際受照劑量，尤其對(duì)顳頜關(guān)節(jié)。此外，由于頭頸部腫瘤患者的OAR 更靠近靶區(qū)的劑量陡降區(qū)域，并且醫(yī)師們勾畫OAR 輪廓的存在的較大偏差，這些勢(shì)必導(dǎo)致OAR 受量變化更為明顯，尤其對(duì)于小體積器官。

綜上所述，不同勾畫者對(duì)頭頸部腫瘤患者的OAR 進(jìn)行勾畫時(shí)，OAR 的ΔV和ΔD存在明顯差異；自動(dòng)勾畫OAR 的不確定性與手工勾畫的不確定性相當(dāng)。臨床上，醫(yī)師勾畫OAR 應(yīng)特別注意人為之間的差異性，盡可能地減少人為因素的影響，甚至可以考慮應(yīng)用自動(dòng)勾畫軟件代替手工勾畫，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚瑥亩谩⒏陀^地評(píng)估放射治療計(jì)劃。