Автоматическая сегментация высокорискового клинического объёма-мишени (HR-CTV) на основе компьютерной томографии при брахитерапии рака шейки матки — актуальная задача, но данные остаются гетерогенными по типам аппликаторов, определениям мишени, архитектурам нейросетей и методам клинической оценки. Исследователи из одного центра провели прагматическое сравнение трёх архитектур глубокого обучения в рабочем процессе с КТ-контролем и установленным аппликатором.
Анализировали КТ-изображения из 544 фракций брахитерапии у 182 пациенток:
- 509 фракций у 163 пациенток с интактной шейкой матки (тандем-овоидные аппликаторы)
- 35 фракций у 19 пациенток после гистерэктомии (вагинальные цилиндры)
Все фракции одной пациентки оставались в одном разделе данных. Для HR-CTVc (интактная шейка) распределение составило 325/82/102 фракции (обучение/валидация/тест), для HR-CTVv (послеоперационный) — 22/6/7 фракций. Анализ послеоперационной группы носил исследовательский характер из-за малого размера тестовой выборки (n=7).
Сравнивали три архитектуры: 2D U-Net, 3D U-Net и nnFormer. Параметры нормализации КТ-изображений определялись исключительно на обучающей выборке и фиксировались для валидации и тестирования; пространственное кадрирование центрировалось по изображению независимо от контуров.
В тестовой когорте интактной шейки матки (n=102) 3D U-Net продемонстрировала наиболее благоприятное сочетание показателей:
- DSC (коэффициент Дайса): 0.848 ± 0.059
- HD95 (95-й процентиль расстояния Хаусдорфа): 2.755 ± 1.688 мм
- ASD (среднее расстояние между поверхностями): 1.008 ± 0.622 мм
В исследовательской послеоперационной когорте (n=7) соответствующие показатели составили:
- DSC: 0.788 ± 0.060
- HD95: 4.724 ± 2.434 мм
- ASD: 2.917 ± 2.150 мм
При консенсусной экспертной оценке 91/102 (89.2%) контуров HR-CTVc, созданных 3D U-Net, не требовали коррекции или требовали лишь локализованных правок. Для послеоперационных контуров HR-CTVv этот показатель составил 6/7.
В дополнительном анализе с независимым контурированием 20 фракций двумя врачами межэкспертное согласие составило DSC 0.80 ± 0.06 и HD95 3.4 ± 1.8 мм, что сопоставимо с производительностью 3D U-Net.
В этой внутренне валидированной когорте КТ-контролируемой брахитерапии 3D U-Net обеспечила наилучшую общую производительность среди оценённых архитектур для случаев интактной шейки матки. Послеоперационные результаты дают предварительный сигнал о выполнимости метода, но требуют подтверждения на большей когорте.
Полученные данные поддерживают дальнейшее внедрение под контролем врачей, с последующей многоцентровой внешней валидацией и оценкой дозиметрических параметров на уровне когорты. Автоматизация сегментации HR-CTV может сократить время планирования и повысить воспроизводимость контурирования при брахитерапии рака шейки матки.