不同级别肿瘤中心医师对鼻咽癌调强放疗靶区和危及器官勾画差异比较.pdf

不同级别肿瘤中心医师对鼻咽癌调强放疗靶区和危及器官勾画差异比较陈美宁1，2，刘懿梅2，彭应林2，谢秋英3，石锦平3，黄荣3，赵充2，邓小武2，周美娟11.南方医科大学公共卫生学院放射医学系/国家药监局化妆品安全评价重点实验室/广东省热带病研究重点实验室，广东 广州510515；2.中山大学肿瘤防治中心/华南肿瘤学国家重点实验室/广东省鼻咽癌诊治研究重点实验室，广东 广州 510060；3.佛山市第一人民医院放疗科，广东 佛山 528010【摘要】目的：评估不同级别肿瘤中心医师对鼻咽癌调强放疗计划靶区和危及器官勾画的个体化差异，为多中心放疗临床试验的质量控制提供数据参考。方法：随机抽取12例不同TMN分期的鼻咽癌患者，3名同一市级肿瘤中心医师以手工方式勾画每例患者的靶区（GTVnx）和危及器官（OAR）。以国家区域级肿瘤中心放疗专家手工修改和确认的靶区（GTVnx）和OAR勾画结构作为标准勾画。采用绝对体积差异比（V_diff）、体积最大/最小比（MMR）、离散系数（CV）和体积相似性指数（DSC）分别比较不同级别肿瘤中心（市级与国家区域级）医师之间和市级肿瘤中心3名医师之间的器官勾画差异，并进一步比较不同级别肿瘤中心医师对不同TMN分期的鼻咽癌放疗计划器官的勾画差异。结果：不同级别肿瘤中心（市级与国家区域级）医师之间勾画GTVnx体积差异明显，3名医生中的最大V_diff、MMR和CV分别为97.23%83.45%、2.190.75和0.310.14，平均DSC2.8，CV0.37，DSC0.51；但对于脑干、脊髓、左右眼球、左右下颌骨等大体积OAR的勾画差异相对较小，平均的V_diff42%，MMR0.7。相比于不同级别肿瘤中心医师之间的勾画差异，市级肿瘤中心3名医生勾画差异有一定的减小。另外，不同级别肿瘤中心医师之间对不同分期的鼻咽癌靶区勾画也存在差异，相对早期患者（I或II期）的靶区勾画，他们之间在对晚期患者（III 或 IV 期）靶区勾画的差异更小，平均V_diff 和 DSC 值分别为（98.31%67.36%vs 69.38%72.61%,P0.05）和（0.550.08 vs 0.720.12,P2.8,CV0.37,and DSC0.51.However,relatively smaller differences were observed in the delineationof large-volume OAR such as the brainstem,spinal cord,left and right eyeballs,and left and right mandible,with averageV_diff42%,MMR0.7.Compared with the differences among physicians from different levels cancercenters,the differences among the 3 physicians from the municipal cancer center were slightly reduced.Furthermore,therewere also differences in the delineation of target volumes for NPC among physicians from different levels cancer centers,depending on the staging of the disease.Compared with the delineation of target volumes for earlier stage patients(stages I orII),the differences among physicians in the delineation of target volumes for advanced stage patients(stages III or IV)weresmaller,with average V_diff and DSC of 98.31%67.36%vs 69.38%72.61%(P0.05)and 0.550.08 vs 0.720.12(P0.7为重合度较好的标准15。DSC公式为：DSC=2()V1 V2|V1+|V2|（2）其中，V1和V2分别为两名不同医师勾画的OAR体积，（V1V2）为V1和V2的交集体积。（3）体 积 最 大/最 小 比（Maximum/MinimumRatio,MMR）：反映不同医师独立勾画器官的最大体积和最小体积之间的差异程度6，MMR公式为：MMR=VmaxVmin（3）其中，Vmax和Vmin分别为所评价器官的体积最大值和最小值。MMR反映不同勾画者之间的最大差异，数值上越接近1越好。（4）离散系数（Coefficient of Variation,CV）：反映不同医师对各个器官体积勾画的差异（离散）程度6,16，CV越大，代表OAR勾画的差异性越大。CV公式为：CV=VstdVave（4）其中，Vstd和Vave分别为所评价器官体积的标准差和平均值。1.5 勾画差异大小分析（1）不同级别肿瘤中心医师之间靶区和OAR的勾画差异大小：分别比较3名市级肿瘤中心的医师所勾画器官体积（VM）与国家区域级肿瘤中心专家勾画的器官标准体积（Vs）的差异，以Vs为标准，分别计算不同级别肿瘤中心医师勾画器官的V_diff和DSC。另外，还比较了不同级别肿瘤中心医师勾画之间的MMR和CV。（2）市级肿瘤中心医师之间靶区和OAR的勾画差异大小：采用MMR、CV和两两医师勾画各器官体积的DSC来比较3名市级肿瘤中心医师之间勾画各器官体积（VM）的差异大小。（3）不同级别肿瘤中心医师之间对不同分期患者靶区和OAR的勾画差异大小：根据患者的TMN分期，将总分期为I或II期的患者定为早期患者，将总分期 III 或 IV 期的患者定为晚期患者。以 DSC 和V_diff 指标比较不同分期下不同级别肿瘤中心医师之间勾画IOV大小。编号123456789101112性别男女男男男男男女男男男男年龄/岁353549826040593655595059T分期T1T1T2T2T2T2T2T2T3T3T4T4N分期N0N1N0N0N1N1N2N2N1N2N2N3M分期M0M0M0M0M0M0M0M0M0M0M0M0总分期IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIVaIVa表1 患者一般资料Table 1 General information of patients第3期陈美宁,等.不同级别肿瘤中心医师对鼻咽癌调强放疗靶区和危及器官勾画差异比较-2671.6 统计学方法使用 SPSS 22.0 软件（IBM SPSS Inc.,Chicago,USA）对4组器官勾画体积先行正态性检验，符合正态分布的使用配对 t 检验，不符合正态分布的使用Wilcoxon秩检验；对3组不同级别肿瘤中心专家勾画器官的DSC行正态性检验，符合正态分布的采用方差分析法，否则使用Firedman检验；对两组不同分期患者的DSC和V_diff做多因素的方差分析，以分期为主效应；P0.05为差异有统计学意义。2 结 果2.1 不同级别肿瘤中心医师之间勾画靶区和OAR的体积大小差异比较不同级别肿瘤中心医师之间勾画靶区GTVnx的体积大小差异较大，3名市级肿瘤中心医师勾画的靶区体积与标准GTVnx体积之间的差异均有统计学意义（P2.8，平均CV0.37。而对于脑干、脊髓、左右眼球、左右下颌骨等大体积OAR的勾画，其体积大小差异相对较小，平均V_diff42%，平均 MMR1.55，其中脑干的体积差异最小，最小V_diff仅为6.71%6.44%。详见表2。器官靶区左侧颞叶右侧颞叶左侧下颌骨右侧下额骨脑干左侧腮腺右侧腮腺脊髓左侧眼球右侧眼球左颞颌关节右颞颌关节视交叉左侧视神经右侧视神经脑垂体左侧晶体右侧晶体标准勾画/cm357.2053.7088.755.9394.938.1636.056.1936.466.9925.774.4924.96.7324.36.814.735.516.881.116.680.971.680.741.580.790.560.140.190.10.210.110.140.070.110.050.120.04V_diff/%市级医生159.7445.59*36.2813.55*41.1215.73*18.112.69*15.818.976.716.4431.8915.27*34.6218.14*28.0017.1235.6320.68*40.7220.87*92.0982.26*147.7797.60*44.3834.54164.17163.22*105.3117.04*47.2286.758.3346.87*54.1749.81*市级医生294.5876.46*19.869.29*28.1312.25*35.8816.24*35.6713.04*9.776.7*10.088.16*13.337.4319.8813.6034.2416.71*36.1820.79*47.1552.1571.6958.6641.4327.6191.67178.73*176.52155.94*147.22147.51*58.3366.8666.6749.24市级医生397.2383.45*39.7812.89*44.5614.49*40.8220.08*41.3818.16*10.558.7728.5318.29*33.1620.89*21.5412.6836.4425.31*32.7531.26*74.9786.20114.88105.04*39.2427.69*113.89112.33*131.06123.05*38.8944.0054.1449.8158.3351.49MMR2.190.751.760.331.940.451.430.191.540.261.190.121.650.331.800.431.460.151.430.251.470.282.080.922.620.822.882.023.261.523.151.243.181.541.900.571.920.29CV0.310.140.260.090.310.120.160.050.190.070.070.040.220.090.260.120.170.050.140.060.160.060.270.160.390.120.370.210.420.200.450.160.510.260.390.230.360.11表2 不同级别肿瘤中心医师之间勾画靶区和OAR的体积差异比较Table 2 Comparison of volume variation in GTVnx and OAR delineation among physicians from different levels of cancer centers与标准勾画相比，*P0.052.2 不同级别肿瘤中心医师之间勾画靶区和OAR的DSC比较不同级别肿瘤中心医师之间勾画靶区不仅在体积大小上有较大差异，其在形状结构上也差异较大，3名市级肿瘤中心医师所勾画的GTVnx平均DSC值均0.7。同时，对于视神经、视交叉、脑垂体等小体积OAR勾画比较，其DSC也较小，平均DSC0.7。另外，3名市级肿瘤中心医师在左右颞叶、左右腮腺、视交叉和左下颌骨等器官勾画的DSC具有统计学意义（P0.7），且3名医师之间的平均CV和MMR也相对变小，分别小于0.26和1.71。但是，对边界不清晰的小体积器官如左右视神经、视交叉、脑垂体等器官的勾画，3名市级医生仍存在较大的差异，平均CV和MMR分别大于0.3和2.1。详见表4。2.4 不同级别肿瘤中心医师之间对不同分期患者靶区和OAR的勾画差异大小不同级别肿瘤中心医师之间对不同分期患者靶区勾画存在差异，但在体积大小上没有统计学意义（P0.05）（图2a）。而对于靶区的V_diff和DSC值之间比较显示，相对早期患者（I或II期）的靶区勾画，他们之间在对晚期患者（III或IV期）靶区勾画的差异更小，平均V_diff和DSC值分别为98.31%67.36%vs69.38%72.61%（P0.05）和 0.550.08 vs 0.720.12（P0.05），仅脊髓的V_diff以及颞叶等几个器官的DSC具有一定的统计学意义（P0.05）（图2c和d）。3 讨 论不同医师之间勾画 NPC 靶区和 OAR 体积存在差异，且体积差异直接影响放疗计划的设计和优化，并可能影响疗效和临床评价17-18。尽管已经发布了NPC放疗计划器官勾画指南，但在实际的临床操作中，由于NPC靶区及其周边解剖结构的复杂性，以及不同临床医生在影像学知识和临床经验上的个体差异，使得在勾画肿瘤靶区GTVnx时，经验不足的医师经常面临界定肿瘤浸润范围的挑战。这可能导致靶区体积的勾画过大或过小，从而影响放疗的精确性和治疗效果19-21。本研究的结果进一步揭示了不同级别肿瘤中心的医师在勾画GTVnx体积时存在显著差异，平均DSC小于0.7，平均体积差异（V_diff）最大超过 90%，且平均 MMR 高达 2.19，部分患者的GTVnx体积勾画差异甚至达到3倍以上。这与Peng等20在国内进行的多中心研究结果相似，他们发现不同肿瘤中心医师勾画同一例 NPC 计划靶区体积（PTVnx）时，平均MMR为2.41。图1 3名市级肿瘤中心医师与国家区域级肿瘤中心标准结构的勾画差异比较图Figure 1 Comparison of segmentation differences between 3physicians from the same municipal cancer center and the standardstructure of national regional cancer center红色为标准器官结构轮廓；蓝色、绿色、黄色分别为市级肿瘤中心3名医生勾画的器官结构轮廓第3期陈美宁,等.不同级别肿瘤中心医师对鼻咽癌调强放疗靶区和危及器官勾画差异比较器官靶区左侧颞叶右侧颞叶左侧下颌骨右侧下颌骨脑干左侧腮腺右侧腮腺脊髓左侧眼球右侧眼球左颞颌关节右颞颌关节视交叉左侧视神经右侧视神经脑垂体左侧晶体右侧晶体市级医生10.650.120.730.080.690.090.860.060.800.110.840.030.690.070.660.070.740.050.830.060.820.060.690.090.480.150.310.250.470.210.480.220.320.310.580.160.620.21市级医生20.640.140.770.050.740.050.830.050.820.040.850.030.830.050.830.040.730.050.830.060.830.060.740.050.560.170.170.190.460.190.470.210.480.170.650.160.680.11市级医生30.620.140.690.060.660.090.800.060.810.060.850.030.740.10.710.110.740.050.820.070.810.090.660.090.510.170.120.150.510.180.480.220.330.280.620.120.700.11P值0.8540.0120.0310.0410.4070.3680.0010.0150.5020.6620.3440.8090.5150.0390.7880.9950.1850.4530.556表3 不同级别肿瘤中心医师之间勾画靶区和OAR的DSC比较Table 3 Comparison of DSC in GTVnx and OAR delineationamong physicians from different levels of cancer centers-269脑干左侧眼球右侧眼球右侧晶体左侧晶体右侧下颌骨左侧下颌骨视交叉右侧视神经左侧视神经右侧腮腺左侧腮腺脊髓脑垂体右侧颞叶左侧颞叶右颞颌关节左颞颌关节DSC1.00.80.60.40.20.0早期晚期200150100500V_diff/%V_diffDSC早期晚期2.01.51.00.50.0DSC早期晚期V_diff/%1002003004000脑干左侧眼球右侧眼球右侧晶体左侧晶体右侧下颌骨左侧下颌骨视交叉右侧视神经左侧视神经右侧腮腺左侧腮腺脊髓脑垂体右侧颞叶左侧颞叶右颞颌关节左颞颌关节250200150100500体积/cm3早期晚期区域级医院市级医院图2 不同级别肿瘤中心医师之间对不同分期患者靶区和OAR的勾画差异大小对比图Figure 2 Comparison of segmentation differences of GTVnx and OAR in patients of different stages among physicians at different cancer centersd图2a为GTVnx的体积大小差异对比图；图2b为GTVnx的V_diff和DSC对比图；图2c和d为OAR的V_diff 和DSC对比图；*表示两者做多因素的方差分析后具有统计学意义，即P0.05cba器官靶区左侧颞叶右侧颞叶左侧下颌骨右侧下颌骨脑干左侧腮腺右侧腮腺脊髓左侧眼球右侧眼球左颞颌关节右颞颌关节视交叉左侧视神经右侧视神经脑垂体左侧晶体右侧晶体CV0.200.160.190.060.170.070.110.050.170.100.050.020.220.080.250.140.140.060.050.030.080.060.190.170.260.170.370.320.330.190.320.190.450.340.230.210.350.14MMR1.570.571.400.131.380.151.230.121.430.331.110.051.520.231.610.381.320.161.100.071.170.141.530.611.710.512.532.132.121.132.311.742.561.421.660.551.890.33DSC市级医生1 vs 市级医生20.670.160.780.04*0.780.05*0.860.06*0.820.09*0.880.03*0.730.07*0.710.09*0.770.09*0.920.02*0.920.020.770.11*0.710.17*0.260.23*0.540.19*0.580.22*0.520.18*0.680.110.660.14市级医生1 vs 市级医生30.680.170.890.090.890.080.840.06*0.810.10*0.910.060.830.130.840.130.790.13*0.890.040.860.050.850.19*0.830.21*0.410.390.630.250.680.220.560.270.670.140.640.13*市级医生2 vs 市级医生30.820.11*0.820.07*0.820.09*0.950.030.950.030.920.040.820.11*0.810.14*0.860.090.890.040.860.060.840.140.850.130.540.340.730.10*0.690.22*0.510.22*0.700.120.650.101表4 市级放疗中心不同医生之间勾画差异比较Table 4 Comparison of segmentation differences among different physicians in municipal cancer center*表示市级肿瘤中心3名医师中两两医师勾画的器官体积之间的差异具有统计学意义，即采用配对t检验或Wilcoxon秩检验，P2.8，平均CV0.37且平均DSC0.51。而对于脑干、脊髓、左右眼球、左右下颌骨等体积较大，边界相对清晰的器官，不同级别肿瘤中心医师之间具有较好的一致性，平均V_diff42%，平均MMR0.7。这些发现进一步强调了在NPC放疗中，针对不同体积和边界清晰度的OAR，医师需要具备不同的勾画技巧和知识，以确保放疗的精确性和治疗效果。钱建军等22分析了同一医院中低年资医师与高年资医师对16例NPC的IMRT计划OAR的勾画差异，结果显示脑干、颞叶、脊髓、腮腺、晶体、喉、视神经和视交叉的DSC值依次降低，这反映了器官体积越小，其勾画DSC越小，这与本研究的发现相似。Peng等20指出小体积OAR勾画的DSC相对较低的原因在于即使是微小的勾画差异也可能导致明显的体积变化，且OAR的边界通常难以准确鉴别。另外，钱建军等22进一步指出，低年资医师组在勾画OAR时的平均体积偏差值高于高年资医师组。但经过集中的勾画培训后，医师们再次勾画OAR的DSC值有所提高，同时低年资医师的平均体积偏差值也有所降低。同时，李丹明等23也分析了同一肿瘤中心的4名医师在学习同一指南前后对NPC患者OAR的勾画差异，发现学习指南后，不同医师OAR勾画差异也有所减少。这为减少不同级别肿瘤中心医师之间勾画差异提供有效的解决思路。此外，本研究发现相比于不同级别肿瘤中心医师之间的勾画差异，市级肿瘤中心3名医生勾画差异有一定的减小，如在不同级别肿瘤中心所勾画右侧视神经平均DSC为0.470.210.480.22，而市级肿瘤中心医师之间的平均 DSC 为 0.580.220.680.22，这可能是由于不同级别肿瘤中心之间缺乏详细、清晰的指南规定以及勾画一致性的培训所导致的。因此，为了进一步提高NPC放疗的精确性和治疗效果，加强医师的培训和指导，以及制定更为详细和清晰的勾画指南，显得尤为重要。此外，本研究创新性地研究和分析了不同级别肿瘤中心医师之间勾画不同分期 NPC 患者靶区和OAR的勾画差异大小，结果显示，不同级别肿瘤中心医师之间对不同分期患者靶区（GTVnx）勾画存在差异，相对早期患者（I或II期）的靶区勾画，他们之间在对晚期患者（III或IV期）靶区的勾画差异更小，平均 V_diff 和 DSC 值 分 别 为 98.31%67.36%vs69.38%72.61%（P0.05）和 0.550.08 vs 0.720.12（P0.05）。主要原因可能是因为市级肿瘤中心医生对早期NPC靶区边界判断不够自信，而趋向于勾画更大体积的靶区以防止漏靶，而晚期NPC患者由于肿瘤侵犯范围广，且多侵犯重要OAR，故无法进一步扩大靶区范围，以防止OAR出现严重放疗并发症。本研究尚有一些不足，首先，本研究仅对比分析了两级肿瘤中心医师（区域级与市级）在勾画NPC放疗器官体积时的差异。为了更全面地为临床试验提供参考数据，未来的研究将纳入县级肿瘤中心医师的勾画数据，从而分析3级肿瘤中心医师（区域级-市级-县级）之间在放疗靶区和OAR勾画方面的差异。这将有助于推动放疗同质化勾画，为临床实践提供更有价值的参考。其次，本研究主要采用了 DSC、V_diff等几何评价参数来评估勾画精度。然而，这些参数在评价小体积OAR的勾画精度时具有一定的局限性。因此，未来的研究将探索更多体积轮廓参数差异，如平均表面距离和豪斯多夫距离，更全面地评估放疗靶区和OAR勾画差异。此外，还将考虑加入剂量学参数评价，更深入地探讨勾画差异对临床治疗效果的影响。在开展不同级别多中心的放疗临床试验时，确保不同级别肿瘤中心医师对放疗靶区和OAR的勾画一致性是保证放疗剂量学数据准确性的先决条件24-25。基于本研究结果，建议开展多中心临床试验时有必要对早期 NPC患者的靶区和小体积 OAR的勾画结果作统一的评估和修改，尽可能缩小个体勾画差异对临床试验结果的影响。4 结 论本研究显示，不同级别肿瘤中心医师在NPC放疗计划靶区和OAR勾画方面存在差异，尤其在早期患者靶区和小体积OAR勾画时。为确保多中心临床试验的准确性，建议对不同级别医师进行统一培训并审核勾画结果，以减少差异对治疗结果的影响，提高放疗的同质化水平。第3期陈美宁,等.不同级别肿瘤中心医师对鼻咽癌调强放疗靶区和危及器官勾画差异比较-271【参考文献】1 Sung H,Ferlay J,Siegel RL,et al.Global cancer statistics 2020:GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36cancers in 185 countries 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