鼻咽癌要放疗,就要勾画靶区,以往,这一工作均是人工完成。日前,鼻咽癌精准放射治疗在靶区勾画技术上有了新进展。

  南都记者从中山大学肿瘤防治中心获悉,该院孙颖教授团队首次利用AI技术,实现了鼻咽肿瘤自动勾画,准确性与医生相当。相关成果于2019年3月26日发表于国际影像学顶级期刊《Radiology》。

  鼻咽癌:广东省最高发,放射治疗是根治手段

  鼻咽癌是我国常见的头颈部肿瘤,中国鼻咽癌发病率居全球第一,其中广东省高发区的发病率为世界平均水平的40倍,因此鼻咽肿瘤也被称为“广东瘤”。孙颖说,这是唯一一种以地区命名的肿瘤。

  由于鼻咽解剖位置特殊,手术治疗困难,且鼻咽癌对射线敏感,因此放射治疗是鼻咽癌的根治手段。中山大学肿瘤防治中心每年收治的5000余例鼻咽癌患者,经过精准放射治疗联合适当强度的化疗,80%以上的无远处转移鼻咽癌可彻底治愈。

  


  科技运用于医疗。2018年9月18日 ,西南交通大学生命科学学院的郭志云老师在科普活动中讲授肿瘤知识。 新华社记者江宏景摄

  难题:人工勾画“不快、不准、不狠”

  孙颖介绍,在放射治疗过程中,加速器治疗机发出的射线要从不同角度穿过周围的脑干、眼球、视神经等40多个重要器官到达鼻咽肿瘤,精度要求在毫米级别。而照射不足将导致肿瘤复发,照射过度又会造成放射性脑损伤、听力下降等后遗症。

  因此,准确界定照射范围(勾画靶区)是精准放疗的重要步骤。孙颖说:“精准放射治疗就像射击,精准勾画靶区就相当于瞄准靶心,要在CT或MRI影像上精确描绘出肿瘤范围。”

  然而,目前鼻咽肿瘤靶区的勾画主要为人工勾画,准确性高度依赖医生的经验。孙颖把人工勾画存在的问题概括为“不快、不准、不狠”,也就是勾画时间长,需要3-10小时;准确率低于70%;不同医生勾画区域的体积变异系数超过50%的问题。

  新技术:用AI自动勾画放疗靶区

  孙颖介绍,经过超过一万例的病例积累,中山大学肿瘤防治中心的专家们摸清了鼻咽癌肿瘤的生长规律,并开始探索人工智能(AI)进行自动勾画。

  目前,MRI影像是鼻咽肿瘤勾画的金标准,人工勾画需要医生仔细、全面地观察肿瘤在MRI影像上的侵犯范围并逐层勾画出肿瘤靶区。“专家经验就存储在这些靶区中。”

  于是,该团队共纳入来自1021例鼻咽癌患者(全部期别)的MRI影响资料,并由两名鼻咽癌放疗专家共同完成靶区勾画,以提供三维、大尺度和高质量的影像和靶区用于计算机学习。“勾画以我为主,大概花了半年时间,再由一个年纪和经验和我差不多的专家进行审核。”孙颖说。

  将专家经验转变为数据后,团队与在人工智能领域处于国际先进水平的香港中文大学计算机科学与工程系、深圳视见医疗科技公司进行合作,采用三维卷积神经网络(3D CNN)这一在图像识别领域表现优异的AI技术,实现鼻咽肿瘤自动勾画。

  日前,相关研究成果在国际影像学顶级期刊《Radiology》上发表。沈阳妇科医院×××yiyuan.120ask.com/syfk/

  释疑:

  Q1:AI自动勾画的准确率有多少?

  89%的病例无需修改或仅少量修改后可用于计划设计

  A1:AI自动勾画的准确性可达到79%。无论患者是早期(T1-T2)还是晚期(T3-T4),无论是否接受过治疗,AI均可达到相似的勾画准确性。经专家评估,32.5%的病例无需修改可直接用于放射治疗计划设计,56.2%的病例经少量修改即可用于放射治疗计划设计。

  Q2:AI自动勾画的准确性与专科医生相比如何?

  AI准确性与专科医生相当,甚至超过医生水平

  A2:孙颖团队开展了多中心测试,共纳入不同分期的20例患者和8位来自7个高水平医院的放疗专科医生,由8位医生在20例患者的MRI影像上人工完成鼻咽癌原发肿瘤勾画(即人工勾画)。以专家勾画作为金标准,AI自动勾画的准确性超过了8位医生中的4位,与其余4位相当。

  Q3:AI能否替代医生?

  不能,但AI能辅助医生提高勾画准确性

  A3:目前还不能替代医生,但AI辅助勾画能提高专科医生勾画准确性。在8位医生完成人工勾画的两个月后,由他们对AI自动勾画的结果进行修改(AI自动勾画+医生修改,即AI辅助勾画),结果显示,AI辅助勾画提高了5位医生的勾画准确性(平均由74%提高到79%),减少了55%的勾画者间差异。

  Q4:AI能提高多少效率?

  效率提升5-10倍,受保护器官增加28个

  A4:整体勾画效率提升了5-10倍。通常人工勾画需要耗费3-10小时,但有了AI辅助勾画后,时间缩短为20-50分钟。在节省时间的同时,也提高了放射治疗的质量,受保护器官由15个增加到43个。

  Q5:下一步有什么研究计划?

  将通过云平台在国内外开展临床验证

  A5:为了扩大AI放射治疗靶区勾画的影响力,孙颖团队进一步实现了鼻咽癌颈部淋巴结、预防性放疗区域和需保护的正常组织的自动勾画,并集成了人工智能自动勾画云平台。下一步他们将通过云平台在广州、广西、新加坡等地开展临床验证,以期取得全球鼻咽癌放射治疗水平的同质化。