AccuContour和DeepViewer两款软件自动勾画胰腺癌患者肾脏结构的比较

霍新颖，王敏，时飞跃，赵环宇，魏晓为

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，江苏 南京 210006

引言

胰腺癌是一种转移能力强、预后差、生存率低的一种侵袭性疾病，也是导致全球癌症死亡的五大主要原因之一[1‐2]。美国1990年开始进行胰腺癌新辅助放疗的探索[3]，以往的经验认为新辅助放疗会增加术后并发症等风险，最新的研究发现并无明显增加[4]。新辅助治疗是目前交界可切除胰腺癌患者的首选治疗方式，体能状态良好的交界可切除胰腺癌患者，建议开展术前新辅助治疗[5]。对于胰腺癌放疗患者，肾脏是重要的危及器官，照射时应该尽量减少危及器官的剂量，需要精确勾画并对剂量进行评估。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是一门新兴的技术科学，利用计算机模型和算法来复制模拟类似于人类的智能并执行特定的任务。AI广泛地应用于肿瘤放射治疗的多个方面，主要包括肿瘤靶区及危及器官自动勾画。危及器官的勾画是一项耗时耗力重复性高的工作，而基于AI的自动勾画软件使用简单、易上手。基于深度学习和图谱的危及器官自动勾画方法是目前主要的两种方法，本研究使用基于深度学习的两款国产软件AccuContour和DeepViewer进行自动勾画，评估和比较两款国产软件自动勾画胰腺癌患者肾脏结构的准确性，为临床使用提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 自动勾画软件

使用福建厦门MANTEIA数据科技有限公司的AccuContour软件（版本3.0）和安徽慧软科技有限公司的DeepViewer软件（版本1.0），进行本项研究。这两款国产软件，都具有自动勾画肿瘤放疗患者多种危及器官的功能。

1.2 病例选择

选择2014年8月至2019年1月期间南京市第一医院收治的20例胰腺癌患者进行研究，将患者按照ID号升序排列，使用1至20编号，男女各10例，年龄为（65±12）岁，所有患者均为仰卧位，经体部热塑膜固定后，使用西门子Sensation Open CT模拟机采集定位CT图像，层厚和层间距均为5 mm。

1.3 数据采集

手工勾画：在放疗日常工作中，放疗工作人员使用Eclipse治疗计划系统的工具，手工勾画包含肾脏在内的胰腺癌患者的危及器官。

自动勾画：从Eclipse治疗计划系统中导出患者的定位CT图像，传输至AccuContour和DeepViewer两款软件中。分别使用各自软件的勾画工具，自动勾画肾脏结构。将全部自动勾画和手工勾画生成的结构文件导入AccuContour软件中，使用AccuContour的评价分析工具，分析相应的体积、位置和形状数据。

1.4 评价指标

以手工勾画作为参考数据，以自动勾画作为测试数据，通过检测两种勾画之间的体积差异、位置差异和形状一致性，评估软件自动勾画肾脏结构的效果。

（1）体积差异定义为：

其中，VA和VM手动分别代表自动勾画和手工勾画的肾脏结构体积，ΔV% 绝对值越大，表明自动勾画与手动勾画结构体积相差越大。

（2）质心偏差（Deviation of Centroid，DC）定义为：

其中，Δx=|xA-xM|，Δy=|yA-yM|，Δz=|zA-zM|，分别表示 x（左右）、y（腹背）和z（头脚）方向的位置差异。xA、yA和zA分别代表自动勾画情形肝脏几何中心坐标在x、y和z方向的坐标值；xM、yM和zM分别代表手工勾画情形结构几何中心坐标在x、y和z方向的坐标值。DC数值越大表明两种勾画结果在空间位置的偏移越大[6‐7]。

（3）Dice相 似 性 指 数（Dice Similarity Coefficient，DSC）定义为：

DSC的值范围为0～1。DSC值越大表示两个结构轮廓形状的相似性越高，DSC > 0.7代表两个结构重合度较好[8]。

1.5 统计学分析

使用折线图进行统计描述，使用配对t检验，对两款软件的数据进行分析比较，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

图1为AccuContour和DeepViewer两款软件自动勾画肾脏结构的体积差异趋势图。由图1可知，体积差异分布较均匀，其中，在左肾勾画的ΔV%折线图中，2号和13号患者差别明显；3号患者右肾勾画的ΔV%差别较大。

图1 两款软件勾画肾脏结构体积差异的比较

图2为AccuContour和DeepViewer两款软件自动勾画肾脏结构的位置差异趋势图。图2显示，大部分患者两种软件肾脏的自动勾画的位置差异较小，左肾13号患者总位置差异较大，右肾5号患者总位置差异较大。

图2 两款软件勾画肾脏结构总位置差异的比较

图3为AccuContour和DeepViewer两款软件自动勾画肾脏结构的形状一致性的趋势图。从图3可以看出，两款软件肾脏自动勾画的DSC值均大于0.70，有较好的吻合性。

图3 两款软件勾画肾脏结构DSC值的比较

表1为两款软件自动勾画肾脏结构的ΔV%、DC和DSC值的统计描述数据，包括最大值、最小值、平均值和标准差。

表1 20例肾脏结构△V%、DC、DSC值的统计描述值

对两款软件左肾和右肾的ΔV%、DC、DSC进行配对t检验，结果均无统计学差异（P>0.05），结果见表2。

表2 两款软件各参数的统计检验

使用AccuContour和DeepViewer两款软件自动勾画两个肾脏结构，所用的时间分别约为46 s和47 s，而手工勾画肾脏结构的时间平均约为477 s。使用软件自动勾画肾脏结构，节约了大约90%的时间。

3 讨论

肾脏是人体的重要器官，在胰腺的前部，具有保证机体内环境稳定，保持正常新陈代谢的重要作用。胰腺癌患者的放射治疗可导致肾脏结构发生放射性损伤，现代精确放射治疗对保护肿瘤靶区周围的危及器官免受或少受损伤，提出了更高的要求。然而，在放射治疗领域，危及器官的勾画是技术含量不高的重复性劳动，手动勾画会耗费临床医生大量的时间和精力，并且危及器官的勾画还易受到医生知识背景、经验等因素的影响。利用计算机辅助自动或半自动勾画危及器官，不仅可以缩短勾画时间，而且可以有效减少不同勾画者个体主观判断所致勾画的差异。随着临床的需求和AI的发展，危及器官的自动勾画技术引起了研究者的兴趣，市场上涌现了多种自动勾画软件并在放疗部门得到应用，近年来已有学者进行了相关报道，如ABAS[9‐10]、MIM[11‐12]、Raystation[13]、Velocity 等 基 于 图 谱库，使用模板库或单一模板的进口自动勾画软件[14‐15]，以及 rtStation[16]、DeepViewer[17]、AccuContour[18]等基于深度学习的国产自动勾画软件。这些基于AI技术的软件均具有较高的准确性和精度，可以很好地辅佐医生，提高医疗服务质量。

本文通过比较两款软件在体积差异、总位置差异和形状相似性指数这三种评价指标的差别，由图1及表1～2中ΔV%的统计数据可见，ΔV%数值正负分布均匀，自动勾画肾脏的体积有时小于手动勾画的体积，我们对于体积差异较大值进行了排查，发现均无异常。图2及表1～2中DC的统计数据表明，两款软件自动勾画与手动勾画相比位置差异都不大。DSC是一项评价自动勾画与手动勾画危及器官重合性的指标，大于0.7表示重合度较好[19]。由图3及表1～2中DSC的统计数据可见，两款软件的DSC的平均值都在0.93左右，可见两款软件在形状相似性方面勾画效果都比较好，重合度高。经过配对t检验，两款软件三种指标都没有统计学差异（P>0.05），均可达到满意的勾画效果。由结果中勾画时间的数据可见，使用两款软件自动勾画胰腺癌患者的肾脏结构，可明显缩短勾画时间，提高工作效率。当然要注意的是，对于软件自动勾画的肾脏结构，仍然必须由放疗医师审核并手动修改。

综上所述，AccuContour和DeepViewer两款国产自动轮廓勾画软件，对绝大部分胰腺癌患者的肾脏结构的勾画，都能够达到满意的效果。经过软件自动勾画，再辅以适当的人工修改，即可完成肾脏结构的勾画，提高放疗工作效率。这种测试评估和反馈给软件公司升级软件版本提供重要的意见，对国产软件的优化进步有重要意义。随着不断的优化和技术进步，国产轮廓勾画软件自动勾画的效果将会越来越好。

致谢

感谢厦门MANTEIA公司袁兴文和吕云龙在AccuContour软件安装和使用中提供的指导和帮助，感谢中国科学技术大学裴曦教授和安徽慧软科技有限公司在DeepViewer软件使用中提供的技术支持。