当“智能+”遇上精准放疗，中大团队在鼻咽癌放射治疗取得新进展

鼻咽癌是我国较为常见的头颈部肿瘤。其中，广东省高发区的发病率为世界平均水平的40倍。因此，鼻咽癌被称为“广东瘤”。

近日，中山大学肿瘤防治中心（下称“中肿”）孙颖教授团队在鼻咽癌放射治疗靶区自动勾画方面取得新进展。他们与香港中文大学计算机科学与工程学系合作首次利用人工智能（AI）技术在核磁共振（MRI）影像上实现了鼻咽肿瘤自动勾画，相关研究成果于上月底发表于国际影像学顶级期刊《Radiology》。

目前，该项研究成果正在中肿开展临床试验。下一步，孙颖团队将通过云平台在广州、广西、新加坡等地开展临床验证，为世界鼻咽癌治疗贡献中国智慧。

遗传、饮食习惯与环境是鼻咽癌高发主因

中国鼻咽癌的发病率居全球第一，2018年新发病例占全世界的47%，其中又以广东最多。孙颖指出，中肿拥有全国最大的放射治疗中心，每年收治鼻咽癌患者达5000余例。通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。

中肿放疗科医师林丽指出，流行病学研究显示广东省是全球鼻咽癌最高发区域；鼻咽癌在欧美国家发病率低于1/10万，在广东男性发病率达30-50/10万，其中又以广府人的发病率最高。

一般认为鼻咽癌发病是遗传与环境因素共同作用的结果。其中，遗传因素占大头。研究发现，高发区的人迁徙到外地甚至国外后，发病率还是高于当地的平均水平。” 而EB病毒感染是鼻咽癌发病的最重要因素。成年人EB病毒感染率超过95%，但只有少部分人患上鼻咽癌，遗传因素在其中起了重要作用。此外，鼻咽癌高发率还与广东沿海地区居民喜食咸鱼有关，也可能与广东地区土壤高镍少硒相关。

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，因此放射治疗是根治手段。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、颞叶、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。“照射不足将导致肿瘤复发，照射过度会增加放射性脑损伤、听力下降等后遗症。”

▲鼻咽肿瘤周围比邻大脑、脑干、脊髓、眼球等重要器官

因此，准确界定照射范围（勾画靶区）是精准放射治疗的关键步骤，即在CT或MRI影像上描绘出肿瘤范围。目前，鼻咽肿瘤靶区的勾画主要为人工勾画，准确性依赖医生的经验，存在不快（3至10小时）、不准（准确率低于70%）、不狠（变异超过50%）等问题。

近年来，人工智能（AI）技术在医学影像领域的研究发展迅速，包括病灶的自动识别、诊断、分割等，准确性可匹敌各领域专家。能否“医工结合”，利用中肿团队丰富的临床经验产生攻克鼻咽癌的“中国方案”呢？孙颖团队针对如何利用AI技术实现鼻咽肿瘤的自动勾画开展了系统性攻关。

AI自动勾画准确性与专科医生相当

把专家的成功经验转变为可供计算机学习的数据，是实现AI自动勾画的前提。孙颖指出，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；因此，专家经验就存储在这些靶区中。

据悉，孙颖团队共纳入来自1021例鼻咽癌患者（全部期别）的MRI影像资料，并由2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数据用于计算机学习。

在将专家经验转变为数据后，孙颖团队开启跨学科合作，旨在寻求一种合适的AI技术，以从海量数据中学习规律从而实现自动勾画。为此，他们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学系“牵手”，最终确定选用三维卷积神经网络（3D CNN）技术。

▲三维卷积神经网络构架

AI自动勾画的准确性是一项关键性指标。孙颖表示，以专家勾画作为金标准，AI自动勾画的准确性为79%，且无论患者是早期（T1-T2）还是晚期（T3-T4），无论是否接受过化疗，AI均可达到相似的勾画准确性。经专家评估，32.5%（66例）的病例无需修改可直接用于放射治疗计划设计，56.2%（114）的病例经少量修改即可用于放射治疗计划设计。

▲AI自动勾画结果与专家勾画一致性高

专家勾画（蓝色），AI自动勾画（红色）

那么，AI自动勾画与不同医院不同经验水平的专科医生相比，准确性如何？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。

▲8位医生人工勾画的勾画者间差异（a）大于AI辅助勾画的勾画者间差异（b）

目前，孙颖团队已初步探究了AI自动勾画的临床应用价值。在8位医生完成人工勾画2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%提高至79%）。

孙颖介绍，本次研究是AI在全期别鼻咽癌放射治疗靶区勾画方面的首个研究，是AI在肿瘤学领域应用的一项重要进展。研究结果显示AI辅助勾画提高了鼻咽肿瘤勾画的准确性，让经验较少的医生达到近似专家水平的勾画，将会对肿瘤控制和患者生存产生积极影响，同时显著提高医生勾画的效率，为实现精准而又高效的鼻咽癌放射治疗靶区勾画提供了解决方案。

据悉，为扩大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。通过这些，使勾画时间节约90%，受保护的器官由15个增加到43个。

“下一步，我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，为全球鼻咽癌治疗提供中国智慧。”孙颖说。

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来源：南方网、中山大学肿瘤防治中心

记者：龚春辉 

通讯员：黄金娟、余广彪、杨森

编辑：吴敏

责任编辑：刘秋杏

初审：李劲峰

审核：陈诗诗

审核发布：漆小萍

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