Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)DVH自動(dòng)生成比較軟件開(kāi)發(fā)

【作者】謝朝，駱科林，鄒煉，胡金有1 四川省人民醫(yī)院腫瘤中心，成都市，6100722 四川省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，成都市，610072

?

Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)DVH自動(dòng)生成比較軟件開(kāi)發(fā)

【作者】謝朝1, 2，駱科林1, 2，鄒煉1, 2，胡金有1, 2
1 四川省人民醫(yī)院腫瘤中心，成都市，610072
2 四川省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，成都市，610072

【摘 要】目的 自動(dòng)快速計(jì)算治療計(jì)劃的劑量體積直方圖（DVH），并與醫(yī)生處方要求相比較。方法 使用AutoHotkey熱鍵腳本語(yǔ)言和高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C#，開(kāi)發(fā)了適合于Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)的DVH自動(dòng)生成比較軟件ShowDVH，該軟件由處方文檔生成、C#中DVH操作函數(shù)、軟件可視化及DVH比較報(bào)告生成模塊構(gòu)成。結(jié)果 在臨床上選取不同病種各10例，調(diào)用ShowDVH在計(jì)劃系統(tǒng)下運(yùn)行，ShowDVH不僅能生成DVH報(bào)告，還能準(zhǔn)確判斷治療計(jì)劃是否滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求，為調(diào)強(qiáng)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置給予方向指導(dǎo)。 結(jié)論 該軟件界面友好，功能強(qiáng)大，能快速計(jì)算生成比較DVH，大大節(jié)約計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間，提高放射治療物理師工作效率。

【關(guān) 鍵 詞】Eclipse；自動(dòng)；C#；AutoHotkey；DVH

臨床醫(yī)學(xué)工程

0　引言

計(jì)劃評(píng)估是放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，放療醫(yī)生勾畫(huà)完靶區(qū)和危機(jī)器官后，醫(yī)學(xué)物理師按照臨床醫(yī)師處方要求設(shè)計(jì)計(jì)劃，設(shè)計(jì)計(jì)劃過(guò)程中，每?jī)?yōu)化一次后都會(huì)對(duì)計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果來(lái)對(duì)計(jì)劃進(jìn)行迭代優(yōu)化，反復(fù)評(píng)估，最終做出滿(mǎn)足或近似滿(mǎn)足處方要求的計(jì)劃，再與放療醫(yī)生溝通確定最優(yōu)放療計(jì)劃。ICRU 50、62號(hào)報(bào)告[1-2]中指出評(píng)價(jià)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃優(yōu)劣能參考腫瘤靶區(qū)（GTV）、臨床靶區(qū)（CTV），計(jì)劃靶區(qū)（PTV）、正常組織（OR）和計(jì)劃正常組織體積（PRV）的DVH。本文的目的是開(kāi)發(fā)一套適用于Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)治療計(jì)劃DVH自動(dòng)生成比較軟件，并提供良好的用戶(hù)界面，該軟件不僅能讀入臨床醫(yī)生所下處方要求；還能夠生成當(dāng)前計(jì)劃的DVH；最終實(shí)現(xiàn)判斷治療計(jì)劃是否滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求，從而減少放射治療物理師在做計(jì)劃時(shí)，每?jī)?yōu)化一次后評(píng)價(jià)計(jì)劃的重復(fù)繁瑣操作，節(jié)省治療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間，提高工作效率。

1　材料與方法

本研究采用了兩種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：AutoHotKey 和C#。AutoHotkey 是Windows平臺(tái)下開(kāi)放源代碼的熱鍵腳本語(yǔ)言[3]，該語(yǔ)言通過(guò)發(fā)送鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的鍵擊動(dòng)作命令來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的自動(dòng)化，也可以通過(guò)命令調(diào)用系統(tǒng)接口及程序，并能創(chuàng)建基于簡(jiǎn)單語(yǔ)言的圖形化界面的執(zhí)行程序。C#是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮?、運(yùn)行于.NET Framework之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Eclispe11.0計(jì)劃系統(tǒng)提供了基于C#的應(yīng)用程序編程接口ESAPI[4]（Eclipse Scripting Application Programming Interface）。它允許軟件開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)腳本[5-6]訪(fǎng)問(wèn)Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)的信息，并且腳本整合到了Eclipse用戶(hù)界面，能獨(dú)立運(yùn)行?，F(xiàn)編寫(xiě)一套適合該計(jì)劃系統(tǒng)的DVH自動(dòng)生成比較腳本軟件，該軟件能模擬鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的鍵擊動(dòng)作和調(diào)用ESAPI來(lái)實(shí)現(xiàn)DVH自動(dòng)生成比較，腳本軟件模塊包括：處方文檔自動(dòng)生成，C#中DVH操作函數(shù)，軟件可視化以及DVH比較報(bào)告生成。

1.1處方文檔自動(dòng)生成

Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)的ESAPI沒(méi)有提供對(duì)處方的讀取庫(kù)函數(shù)，本研究通過(guò)AutoHotkey熱鍵腳本語(yǔ)言處理Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)中的醫(yī)生處方，軟件能模擬鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的鍵擊動(dòng)作將醫(yī)生處方自動(dòng)轉(zhuǎn)換成C#可讀取的txt文檔，并提供自動(dòng)打印處方的功能。

1.2定義C#中DVH操作函數(shù)

本研究定義兩個(gè)類(lèi)，一個(gè)是與靶區(qū)有關(guān)的PTVCategory類(lèi)，另一個(gè)是與正常組織有關(guān)的OARCategory類(lèi)。PTVCategory類(lèi)中定義了評(píng)價(jià)靶區(qū)相關(guān)參數(shù)：靶區(qū)名稱(chēng)、最小劑量、最大劑量、百分體積劑量等，還定義了評(píng)價(jià)靶區(qū)相關(guān)函數(shù)：獲取靶區(qū)名稱(chēng)、獲取靶區(qū)最小劑量、最大劑量等。OARCategory類(lèi)中定義了評(píng)價(jià)正常組織相關(guān)參數(shù)：靶區(qū)名稱(chēng)、平均劑量、最大劑量、百分體積劑量、百分劑量體積等，還定義了評(píng)價(jià)正常組織相關(guān)函數(shù)：獲取正常組織名稱(chēng)、獲取正常組織平均劑量、最大劑量等。

在獲取處方要求時(shí)，調(diào)用C#函數(shù)ReadAlline讀取txt文檔每行，在處理字符串時(shí)調(diào)用Replace、Split和Contain等函數(shù)；在獲取計(jì)劃DVH時(shí)，調(diào)用了ESAPI中的函數(shù)GetDVHCumulativeData和GetVolumeAtDose等，最終將處方要求與計(jì)劃中各種靶區(qū)和正常組織的DVH比較按照規(guī)定格式輸出到Excel中。

1.3軟件可視化及DVH比較報(bào)告生成

表1　醫(yī)生處方要求Tab.1 Doctor’s prescription

表2　DVH比較報(bào)告自動(dòng)生成Tab.2 DVH compared report automatically generation

Autohotkey自帶Gui命令，該命令可以創(chuàng)建和管理一個(gè)窗體及窗體之上的控件，本研究創(chuàng)建了腳本軟件界面，用戶(hù)能通過(guò)在ShowDVH上輸入病人ID號(hào)和治療階段號(hào)來(lái)運(yùn)行軟件，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生處方與計(jì)劃DVH比較報(bào)告生成，與此同時(shí)界面上還提供了打印處方的控件。當(dāng)用戶(hù)輸入病人ID號(hào)和治療階段號(hào)后，運(yùn)行軟件，如表1所示，表1是醫(yī)生處方要求，對(duì)靶區(qū)比如PTV1處方劑量5 940 cGy，最小劑量要大于處方劑量的98%，最大劑量要小于處方劑量的115%，100%的處方劑量包圍PTV1體積要大于95%，110%的處方劑量包圍的PTV1體積要小于5%等等，對(duì)正常組織，比如SpinalCordPRV最大劑量小于4 500 cGy等等；表2運(yùn)行ShowDVH后，計(jì)劃的DVH與醫(yī)生處方相比較結(jié)果，DVH沒(méi)有滿(mǎn)足醫(yī)生要求的，用F表示，MeanDose 和MaxDose為0的是沒(méi)有處方要求，正常組織的名字放表格中間是方便物理師查看。對(duì)靶區(qū)比如PTV1最小劑量為5 866.9 cGy，最大劑量為6 520.5 cGy, 100%的處方劑量包圍PTV1體積為96.25%，110%的處方劑量包圍的PTV1體積為1.56%，這樣PTV1的DVH滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求。對(duì)正常組織比如SpinalCordPRV最大劑量為5 127.318 cGy，這樣SpinalCordPRV的DVH不能滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求，需對(duì)計(jì)劃進(jìn)行再次優(yōu)化，反復(fù)評(píng)估，最終做出滿(mǎn)足或近似滿(mǎn)足處方要求的計(jì)劃。

2　結(jié)果

2.1驗(yàn)證軟件在Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)下的運(yùn)行情況

在ShowDVH上隨機(jī)輸入放療病人ID號(hào)和階段號(hào)，并在Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)下運(yùn)行腳本軟件。在Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)下能順利準(zhǔn)確完成腳本生成處方要求與計(jì)劃DVH的對(duì)比，并輸出到Excel中，方便放射治療物理師快速查看計(jì)劃是否滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求，為接下來(lái)的調(diào)強(qiáng)優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)指明方向。說(shuō)明ShowDVH能處理醫(yī)生所下處方并能在Eclipse11.0計(jì)劃系統(tǒng)下生成計(jì)劃DVH與處方要求對(duì)比結(jié)果。

2.2臨床使用情況

臨床上選取各10例病例，包括頭頸部腫瘤、胸部腫瘤、腹部腫瘤、盆腔腫瘤，分別運(yùn)行腳本軟件，軟件能順利產(chǎn)生計(jì)劃DVH與醫(yī)生處方相比較的Excel文檔。比如對(duì)于鼻咽癌，需要評(píng)價(jià)的靶區(qū)和正常組織較多，如果采用手動(dòng)的方式一個(gè)一個(gè)去查看靶區(qū)或正常組織的DVH是否滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求，那么就會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還容易出差錯(cuò)，在做下一次計(jì)劃優(yōu)化參數(shù)設(shè)置時(shí)，要么放射治療物理師一次性記住多個(gè)組織的DVH，要么需要來(lái)回切換軟件窗口查看靶區(qū)或正常組織的DVH，要么將組織的DVH記錄在紙上。這樣都非常不方便，腳本軟件能解決以上手動(dòng)查看DVH的不足。對(duì)于鼻咽癌，腳本軟件運(yùn)行后產(chǎn)生的Excel文檔，能直接準(zhǔn)確給出計(jì)劃中所有靶區(qū)和正常組織的DVH與醫(yī)生處方比較的數(shù)據(jù)，對(duì)靶區(qū)比如PTV1處方要求的最小劑量為5 885.88 cGy，計(jì)劃的最小劑量為5 894.5 cGy，處方要求100%的處方劑量包圍PTV1體積大于95%，計(jì)劃中為95.49%，這樣PTV1的DVH滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求。對(duì)正常組織比如SpinalCordPRV處方要求最大劑量為4 500 cGy，而計(jì)劃的最大劑量為4 514.553 cGy，處方要求1%的SpinalCordPRV體積的劑量小于5 000 cGy，計(jì)劃為4 136.7 cGy，計(jì)劃不能全部滿(mǎn)足處方要求，因此計(jì)劃需繼續(xù)優(yōu)化。對(duì)于其他腫瘤，腳本軟件同樣能給出計(jì)劃中靶區(qū)和正常組織DVH與醫(yī)生處方要求的比較結(jié)果，這樣臨床上腳本軟件的使用能節(jié)省治療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間，提高放射治療物理師工作效率。

3　結(jié)論

放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中，腳本使用越來(lái)越廣泛，它不僅能減少放射治療物理師的重復(fù)操作，提高效率，還能減少物理師出錯(cuò)的幾率。Eclipse 11.0計(jì)劃系統(tǒng)提供了基于C#的應(yīng)用程序編程接口ESAPI, 允許用戶(hù)編寫(xiě)腳本讀取計(jì)劃數(shù)據(jù)。本研究開(kāi)發(fā)的腳本軟件ShowDVH，首先通過(guò)熱鍵腳本語(yǔ)言處理醫(yī)生處方文檔，其次運(yùn)用C#語(yǔ)言處理計(jì)劃中的DVH，最后將醫(yī)生處方與計(jì)劃的DVH相比較并輸出到Excel中，能快速判斷計(jì)劃的DVH是否滿(mǎn)足醫(yī)生處方要求，為下一步計(jì)劃優(yōu)化參數(shù)設(shè)置指明方向。通過(guò)一個(gè)表格把醫(yī)生處方所有要求與計(jì)劃的DVH都顯示出來(lái)，優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)方面：一方面不用在Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)中一個(gè)組織一個(gè)組織評(píng)價(jià)DVH，并與醫(yī)生處方相比較，另一方面因生成的Excel文檔是獨(dú)立于Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)的，在調(diào)強(qiáng)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置時(shí)不用來(lái)回切換軟件窗口。雖然ShowDVH功能強(qiáng)大，但是腳本軟件運(yùn)行完，還需對(duì)計(jì)劃系統(tǒng)中生成的DVH詳細(xì)檢查，仔細(xì)復(fù)核，確保腳本軟件安全使用。

參考文獻(xiàn)

[1] ICRU. Prescribing, recording, and reporting photon beam therapy[R]. ICRU report Bethesda: International Commission on Radiation Units and Measurements 1993.

[2] ICRU. Prescribing, recording, and reporting photon beam therapy (supplement to ICRU report 50)[R]. ICRU Report Bethesda: International Commission on Radiation Units and Measurements 1999.

[3] 謝朝, 胡金有, 鄒練, 等. Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)輪廓自動(dòng)生成軟件開(kāi)發(fā)[J] 中國(guó)醫(yī)療器械雜志, 2015, 39(3): 225-227.

[4] Eclipse Scripting API Reference Guide[R]. Palo Alto USA:Varian Medical Systems,2013.

[5] Pinnacle3 planning reference guide[R]. Fitchburg USA: Philips Medical System, 2008.

[6] RaySearch Laboratories AB. RayStation 3.0 Reference Manual[R]. Stockholm, Sweden, 2012.

Development of a Compared Software for Automatically Generated DVH in Eclipse TPS

【W(wǎng)riters】XIE Zhao1, 2, LUO Kelin1, 2, ZOU Lian1, 2, HU Jinyou1, 2
1 Department of Oncology, Sichuan Provincial People’s Hospital, Chengdu, 610072
2 Joint Laboratory for Medical Physics, Sichuan Provincial People’s Hospital, Chengdu, 610072

【Key words】Eclipse, Automatic, C#, AutoHotkey, DVH

【Abstract】Objective This study is to automatically calculate the dose volume histogram(DVH) for the treatment plan, then to compare it with requirements of doctor's prescriptions. Methods The scripting language Autohotkey and programming language C# were used to develop a compared software for automatically generated DVH in Eclipse TPS. This software is named Show Dose Volume Histogram (ShowDVH), which is composed of prescription documents generation, operation functions of DVH, software visualization and DVH compared report generation. Results Ten cases in different cancers have been separately selected, in Eclipse TPS 11.0 ShowDVH could not only automatically generate DVH reports but also accurately determine whether treatment plans meet the requirements of doctor’s prescriptions, then reports gave direction for setting optimization parameters of intensity modulated radiated therapy. Conclusions The ShowDVH is an user-friendly and powerful software, and can automatically generated compared DVH reports fast in Eclipse TPS 11.0. With the help of ShowDVH, it greatly saves plan designing time and improves working effi ciency of radiation therapy physicists.

【中圖分類(lèi)號(hào)】R730.55；TP311.5

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

doi:10.3969/j.issn.1671-7104.2016.02.020

文章編號(hào)：1671-7104(2016)02-0140-03

收稿日期：2015-12-01

基金項(xiàng)目：四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院2014年院苗圃科研課題（2014007）

作者簡(jiǎn)介：謝朝，E-mail: xz0242024028@126.com