MIM软件自动勾画前列腺癌危及器官

向雪静，罗媛媛，邓 宇，李 镰，马晓洁*

(1.川北医学院附属医院肿瘤科，四川 南充 637000；2.川北医学院，四川 南充 637000)

2020年全球前列腺癌新发病例达141万例，占恶性肿瘤的7.3%，发病率居第3位，死亡率居第8位[1]；我国前列腺癌发病率亦呈逐年上升趋势[2]。前列腺癌治疗方案包括新辅助治疗、根治性前列腺切除及放射治疗(简称放疗)等[3]。放疗前需逐层勾画CT图中危及器官，勾画结果具有操作者主观依赖性，且患者等待时间较长。目前国内外将自动勾画软件用于肿瘤治疗的研究[4-5]较多。本研究观察以MIM-Maestro 6.9软件自动勾画前列腺癌危及器官的效果，筛选最佳数据库病例数和匹配数。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2018年1月—2022年4月111例于川北医学院附属医院接受放疗的前列腺癌患者，年龄49～82岁，平均(65.9±0.9)岁。纳入标准：①经活检病理确诊前列腺癌；②复位时放疗体膜固定良好；③依从性高。排除标准：①膀胱功能不佳，难以充盈；②CT定位时无法保持仰卧位；③无法完成放疗全过程。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Emotion 16 Slice Configuration模拟定位机。嘱患者充盈膀胱后仰卧，经静脉以1.8～2.0 ml/s流率注射80 ml碘帕醇注射液(300 mgI/ml)后行盆腔扫描，范围为髂嵴至耻骨联合下2 cm；参数：管电压120 kV，自动调节管电流，层厚5 mm。

1.3 建立数据库 由1名具有2年工作经验的放疗科医师手动于CT图像中逐层勾画肿瘤危及器官，包括小肠、直肠、双侧股骨头、膀胱和脊髓，由1名副主任医师审核、修改；导入MIM软件[6]，随机选取1例数据导入Atlas数据库建立模板，采用留一法建立5个数据库，分别包括20、40、60、80及100例患者，以其余10例为测试集，以5、9两个匹配数进行勾画，即从数据库中选取5例或9例已勾画完成图像为模板勾画测试集，依次将勾画结果命名为V20-5、V40-5、V60-5、V80-5、V100-5和V20-9、V40-9、V60-9、V80-9、V100-9(图1)；基于Atlas数据库交互信息算法[7]对MIM软件自动勾画结果与手工勾画结果进行比较。

图1 患者男，56岁，前列腺癌 A～D.分别为匹配数为5时，MIM软件于轴位CT图中自动勾画的小肠(A)、直肠(B)、双侧股骨头(C)、膀胱(C)和脊髓(D) (黄色：人工勾画；绿色：V20-5勾画，粉色：V40-5勾画；棕色：V60-5勾画，蓝色：V80-5勾画，红色：V100-5勾画)

1.4 评价指标 戴斯相似性系数(Dice similarity coefficient，DSC)[8]：反映2种勾画结果之间的相似度，越接近1代表相似度越高，勾画效果越好，DSC<0.7为不能满足临床要求[9]；雅卡尔相似系数(Jaccard similarity coefficient，JSC)：指2个集合之间的差异性，数值越小代表二者越相似、勾画效果越好；豪斯多夫距离(Hausdorff distance，HD)：指2个轮廓点集之间的最大差异，越接近0代表勾画效果越好；平均最小距离(mean distance to agreement，MDA)：描述2个集合之间的距离，越接近0代表其间差别越小、勾画效果越好。见公式(1)～(4)。

(1)

(2)

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

(3)

(4)

式中，A为MIM软件自动勾画图像轮廓，B为手工勾画图像轮廓。

1.5 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示服从正态分布的计量资料，以单因素方差分析比较各数据库间指标差异；采用中位数(上下四分数)表示不服从正态分布的计量资料，以Kruskal-WallisH检验比较各指标差异。采用Wilcoxon秩和检验比较2种匹配数间各指标差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 小肠和直肠 匹配数为5时，MIM软件自动勾画小肠的DSC为0.10～0.80，JSC为0.15～0.65，HD为3.97～14.91 cm，MDA为0.49～6.54 cm；直肠DSC为0.23～0.73，JSC为0.13～0.73，HD为1.00～7.83 cm，MDA为0.14～1.31 cm；其勾画小肠、直肠效果在5个数据库之间差异无统计学意义(P均>0.05)，但均不能满足临床要求(DSC均<0.7)。匹配数为9时，MIM软件自动勾画小肠的DSC为0.03～0.84，JSC为0.20～0.73，HD为4.14～15.84 cm，MDA为0.48～6.05 cm；直肠DSC为0.13～0.84，JSC为0.07～0.72，HD为0.99～7.83 cm，MDA为0.17～1.27 cm；V20-9数据库小肠DSC、JSC均优于其他数据库(P均<0.05)，其他数据库间勾画效果差异无统计学意义(P均>0.05)；V100-9数据库直肠DSC优于V40-9(P<0.05)，但DSC<0.7；V40-9数据库直肠JSC优于V100-9(P<0.05)。不同匹配数下，不同数据库之间各指标差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

2.2 股骨头、膀胱及脊髓 匹配数为5时，MIM软件自动勾画双侧股骨头的DSC为0.86～0.94，JSC为0.70～0.91，HD为0.37～1.00 cm，MDA为0.07～0.65 cm；膀胱DSC为0.27～0.94，JSC为0.16～0.88，HD为0.69～9.24 cm，MDA为0.13～1.51 cm；脊髓DSC为0.20～0.95，JSC为0.11～0.90，HD为0.19～9.00 cm，MDA为0.02～2.18 cm。匹配数为9时，MIM软件自动勾画双侧股骨头的DSC为0.87～0.94，JSC为0.71～0.91，HD为0.31～1.00 cm，MDA为0.08～0.44 cm；膀胱DSC为0.22～0.93，JSC为0.12～0.87，HD为0.63～6.43 cm，MDA为0.11～1.18 cm；脊髓DSC为0.11～0.93，JSC为0.13～0.88，HD为0.21～7.55 cm，MDA为0.03～1.13 cm。MIM软件以不同匹配数、针对不同数据库勾画股骨头、膀胱及脊髓的效果差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 MIM软件以不同匹配数、针对不同数据库自动勾画前列腺癌危及器官效果比较

3 讨论

本研究分析4项评价系数，发现采用MIM软件可较精确地勾画双侧股骨头及脊髓，膀胱和直肠次之，而勾画小肠效果欠佳。双侧股骨头骨性标志明显，脊髓与周围组织分界较清，勾画结果较好[10]。因勾画膀胱时易受其充盈度影响[11]，要求患者在定位前分批饮入约1 000 ml水并排空直肠，可增加个体相似度、提高自动勾画精准度。本组MIM软件勾画膀胱效果在不同匹配数及数据库间均无显著差异。对于直肠，匹配数为9时，MIM软件自动勾画V100-9数据库的DSC优于V40-9，但DSC<0.7，不能满足临床要求，而对V40-9数据库的JSC优于V100-9，综合考虑，其对V40-9数据库的勾画效果更优。对于小肠，无论匹配数为5或9，MIM软件自动勾画各数据库的效果均较差，可能原因在于小肠活动度较大，易受饮食、体位等影响，肠道内存在大量内容物时，MIM软件无法准确勾画肠壁[12]，但仍可为医师手动勾画危及器官提供参考，有助于节省治疗前准备时间。

综上所述，MIM软件自动勾画前列腺癌危及器官效果较好，以40例为模板数据库、选择匹配数5可提高勾画小肠和直肠效果。但本研究未涉及肿瘤分期等临床因素，有待后续加以完善。