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Eclipse计划系统DVH自动生成比较软件开发
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摘要:0 引言计划评估是放射治疗计划设计过程中的重要环节,放疗医生勾画完靶区和危机器官后,医学物理师按照临床医师处方要求设计计划,设计计划过程中,每优化一次后都会对计划进
0 引言 计划评估是放射治疗计划设计过程中的重要环节,放疗医生勾画完靶区和危机器官后,医学物理师按照临床医师处方要求设计计划,设计计划过程中,每优化一次后都会对计划进行评估,并根据评估结果来对计划进行迭代优化,反复评估,最终做出满足或近似满足处方要求的计划,再与放疗医生沟通确定最优放疗计划。ICRU 50、62号报告[1-2]中指出评价调强计划优劣能参考肿瘤靶区(GTV)、临床靶区(CTV),计划靶区(PTV)、正常组织(OR)和计划正常组织体积(PRV)的DVH。本文的目的是开发一套适用于计划系统治疗计划DVH自动生成比较软件,并提供良好的用户界面,该软件不仅能读入临床医生所下处方要求;还能够生成当前计划的DVH;最终实现判断治疗计划是否满足医生处方要求,从而减少放射治疗物理师在做计划时,每优化一次后评价计划的重复繁琐操作,节省治疗计划设计时间,提高工作效率。 1 材料与方法 本研究采用了两种程序设计语言:AutoHotKey 和C#。AutoHotkey 是Windows平台下开放源代码的热键脚本语言[3],该语言通过发送键盘或鼠标的键击动作命令来实现操作的自动化,也可以通过命令调用系统接口及程序,并能创建基于简单语言的图形化界面的执行程序。C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言计划系统提供了基于C#的应用程序编程接口ESAPI[4](Eclipse Scripting Application Programming Interface)。它允许软件开发者编写脚本[5-6]访问Eclipse计划系统的信息,并且脚本整合到了Eclipse用户界面,能独立运行。现编写一套适合该计划系统的DVH自动生成比较脚本软件,该软件能模拟键盘或鼠标的键击动作和调用ESAPI来实现DVH自动生成比较,脚本软件模块包括:处方文档自动生成,C#中DVH操作函数,软件可视化以及DVH比较报告生成。 1.1 处方文档自动生成 计划系统的ESAPI没有提供对处方的读取库函数,本研究通过AutoHotkey热键脚本语言处理Eclipse计划系统中的医生处方,软件能模拟键盘或鼠标的键击动作将医生处方自动转换成C#可读取的txt文档,并提供自动打印处方的功能。 1.2 定义C#中DVH操作函数 本研究定义两个类,一个是与靶区有关的PTVCategory类,另一个是与正常组织有关的OARCategory类。PTVCategory类中定义了评价靶区相关参数:靶区名称、最小剂量、最大剂量、百分体积剂量等,还定义了评价靶区相关函数:获取靶区名称、获取靶区最小剂量、最大剂量等。OARCategory类中定义了评价正常组织相关参数:靶区名称、平均剂量、最大剂量、百分体积剂量、百分剂量体积等,还定义了评价正常组织相关函数:获取正常组织名称、获取正常组织平均剂量、最大剂量等。 在获取处方要求时,调用C#函数ReadAlline读取txt文档每行,在处理字符串时调用Replace、Split和Contain等函数;在获取计划DVH时,调用了ESAPI中的函数GetDVHCumulativeData和GetVolumeAtDose等,最终将处方要求与计划中各种靶区和正常组织的DVH比较按照规定格式输出到Excel中。 1.3 软件可视化及DVH比较报告生成 表1 医生处方要求Tab.1 Doctor’s prescriptionPrescribe To: PTV1 5 940 cGy 180 cGy/Frac Prescription Coverage Constraints Volume / Structure: PTV1 Min Dose: 98 % Max Dose: 115 % At Least 95 % of PTV1 at 100 % No More Than 5 % of PTV1 at 110 % Organs At Risk Organ: liver Mean: cGy Max Dose: cGy Constraints : v30<40% Organ: heart Mean: 2 600 cGy Max Dose: cGy Constraints: V30<40%,V40<30% Organ: spinal cord Mean: cGy Max Dose: 4 500 cGy Constraints : Organ: whole lung Mean: cGy Max Dose: cGy Constraints: V20<28% 表2 DVH比较报告自动生成Tab.2 DVH compared report automatically generationStructure MinDose MaxDose At Least No More Than PTV1 5821.2 5 866.9 6831 6520.5 V59.4>95% 96.25% V65.34<5% 1.56% MeanDose MaxDose Structure Constraints 0 614.198 5 0 6 351.369 liver v30<40% 6.16% 2600 3 442.757 F 0 6 659.143 heart V30<40% 45.67% F V40<30% 34.06% F 0 1 505.167 4 500 5 127.318 F spinalcordPRV 0 1 287.311 0 6 397.211 wholelung V20<28% 26.18% Autohotkey自带Gui命令,该命令可以创建和管理一个窗体及窗体之上的控件,本研究创建了脚本软件界面,用户能通过在ShowDVH上输入病人ID号和治疗阶段号来运行软件,实现医生处方与计划DVH比较报告生成,与此同时界面上还提供了打印处方的控件。当用户输入病人ID号和治疗阶段号后,运行软件,如表1所示,表1是医生处方要求,对靶区比如PTV1处方剂量5 940 cGy,最小剂量要大于处方剂量的98%,最大剂量要小于处方剂量的115%,100%的处方剂量包围PTV1体积要大于95%,110%的处方剂量包围的PTV1体积要小于5%等等,对正常组织,比如SpinalCordPRV最大剂量小于4 500 cGy等等;表2运行ShowDVH后,计划的DVH与医生处方相比较结果,DVH没有满足医生要求的,用F表示,MeanDose 和MaxDose为0的是没有处方要求,正常组织的名字放表格中间是方便物理师查看。对靶区比如PTV1最小剂量为5 866.9 cGy,最大剂量为6 520.5 cGy, 100%的处方剂量包围PTV1体积为96.25%,110%的处方剂量包围的PTV1体积为1.56%,这样PTV1的DVH满足医生处方要求。对正常组织比如SpinalCordPRV最大剂量为5 127.318 cGy,这样SpinalCordPRV的DVH不能满足医生处方要求,需对计划进行再次优化,反复评估,最终做出满足或近似满足处方要求的计划。 2 结果 2.1 验证软件在计划系统下的运行情况 在ShowDVH上随机输入放疗病人ID号和阶段号,并在计划系统下运行脚本软件。在计划系统下能顺利准确完成脚本生成处方要求与计划DVH的对比,并输出到Excel中,方便放射治疗物理师快速查看计划是否满足医生处方要求,为接下来的调强优化参数设计指明方向。说明ShowDVH能处理医生所下处方并能在计划系统下生成计划DVH与处方要求对比结果。 2.2 临床使用情况 临床上选取各10例病例,包括头颈部肿瘤、胸部肿瘤、腹部肿瘤、盆腔肿瘤,分别运行脚本软件,软件能顺利产生计划DVH与医生处方相比较的Excel文档。比如对于鼻咽癌,需要评价的靶区和正常组织较多,如果采用手动的方式一个一个去查看靶区或正常组织的DVH是否满足医生处方要求,那么就会费时费力,而且还容易出差错,在做下一次计划优化参数设置时,要么放射治疗物理师一次性记住多个组织的DVH,要么需要来回切换软件窗口查看靶区或正常组织的DVH,要么将组织的DVH记录在纸上。这样都非常不方便,脚本软件能解决以上手动查看DVH的不足。对于鼻咽癌,脚本软件运行后产生的Excel文档,能直接准确给出计划中所有靶区和正常组织的DVH与医生处方比较的数据,对靶区比如PTV1处方要求的最小剂量为5 885.88 cGy,计划的最小剂量为5 894.5 cGy,处方要求100%的处方剂量包围PTV1体积大于95%,计划中为95.49%,这样PTV1的DVH满足医生处方要求。对正常组织比如SpinalCordPRV处方要求最大剂量为4 500 cGy,而计划的最大剂量为4 514.553 cGy,处方要求1%的SpinalCordPRV体积的剂量小于5 000 cGy,计划为4 136.7 cGy,计划不能全部满足处方要求,因此计划需继续优化。对于其他肿瘤,脚本软件同样能给出计划中靶区和正常组织DVH与医生处方要求的比较结果,这样临床上脚本软件的使用能节省治疗计划设计时间,提高放射治疗物理师工作效率。 3 结论 放射治疗计划设计中,脚本使用越来越广泛,它不仅能减少放射治疗物理师的重复操作,提高效率,还能减少物理师出错的几率。Eclipse 11.0计划系统提供了基于C#的应用程序编程接口ESAPI, 允许用户编写脚本读取计划数据。本研究开发的脚本软件ShowDVH,首先通过热键脚本语言处理医生处方文档,其次运用C#语言处理计划中的DVH,最后将医生处方与计划的DVH相比较并输出到Excel中,能快速判断计划的DVH是否满足医生处方要求,为下一步计划优化参数设置指明方向。通过一个表格把医生处方所有要求与计划的DVH都显示出来,优点有两个方面:一方面不用在Eclipse计划系统中一个组织一个组织评价DVH,并与医生处方相比较,另一方面因生成的Excel文档是独立于Eclipse计划系统的,在调强优化参数设置时不用来回切换软件窗口。虽然ShowDVH功能强大,但是脚本软件运行完,还需对计划系统中生成的DVH详细检查,仔细复核,确保脚本软件安全使用。
文章来源:《自动化应用》 网址: http://www.zdhyyzz.cn/qikandaodu/2021/0216/1095.html