Eclipse計劃系統DVH自動生成比較軟件開發

【作者】謝朝，駱科林，鄒煉，胡金有1 四川省人民醫院腫瘤中心，成都市，6100722 四川省人民醫院醫學物理聯合實驗室，成都市，610072

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Eclipse計劃系統DVH自動生成比較軟件開發

【作者】謝朝1, 2，駱科林1, 2，鄒煉1, 2，胡金有1, 2
1 四川省人民醫院腫瘤中心，成都市，610072
2 四川省人民醫院醫學物理聯合實驗室，成都市，610072

【摘 要】目的 自動快速計算治療計劃的劑量體積直方圖（DVH），并與醫生處方要求相比較。方法 使用AutoHotkey熱鍵腳本語言和高級程序設計語言C#，開發了適合于Eclipse11.0計劃系統的DVH自動生成比較軟件ShowDVH，該軟件由處方文檔生成、C#中DVH操作函數、軟件可視化及DVH比較報告生成模塊構成。結果 在臨床上選取不同病種各10例，調用ShowDVH在計劃系統下運行，ShowDVH不僅能生成DVH報告，還能準確判斷治療計劃是否滿足醫生處方要求，為調強優化參數設置給予方向指導。 結論 該軟件界面友好，功能強大，能快速計算生成比較DVH，大大節約計劃設計時間，提高放射治療物理師工作效率。

【關 鍵 詞】Eclipse；自動；C#；AutoHotkey；DVH

臨床醫學工程

0　引言

計劃評估是放射治療計劃設計過程中的重要環節，放療醫生勾畫完靶區和危機器官后，醫學物理師按照臨床醫師處方要求設計計劃，設計計劃過程中，每優化一次后都會對計劃進行評估，并根據評估結果來對計劃進行迭代優化，反復評估，最終做出滿足或近似滿足處方要求的計劃，再與放療醫生溝通確定最優放療計劃。ICRU 50、62號報告[1-2]中指出評價調強計劃優劣能參考腫瘤靶區（GTV）、臨床靶區（CTV），計劃靶區（PTV）、正常組織（OR）和計劃正常組織體積（PRV）的DVH。本文的目的是開發一套適用于Eclipse11.0計劃系統治療計劃DVH自動生成比較軟件，并提供良好的用戶界面，該軟件不僅能讀入臨床醫生所下處方要求；還能夠生成當前計劃的DVH；最終實現判斷治療計劃是否滿足醫生處方要求，從而減少放射治療物理師在做計劃時，每優化一次后評價計劃的重復繁瑣操作，節省治療計劃設計時間，提高工作效率。

1　材料與方法

本研究采用了兩種程序設計語言：AutoHotKey 和C#。AutoHotkey 是Windows平臺下開放源代碼的熱鍵腳本語言[3]，該語言通過發送鍵盤或鼠標的鍵擊動作命令來實現操作的自動化，也可以通過命令調用系統接口及程序，并能創建基于簡單語言的圖形化界面的執行程序。C#是微軟公司發布的一種面向對象的、運行于.NET Framework之上的高級程序設計語言。Eclispe11.0計劃系統提供了基于C#的應用程序編程接口ESAPI[4]（Eclipse Scripting Application Programming Interface）。它允許軟件開發者編寫腳本[5-6]訪問Eclipse計劃系統的信息，并且腳本整合到了Eclipse用戶界面，能獨立運行。現編寫一套適合該計劃系統的DVH自動生成比較腳本軟件，該軟件能模擬鍵盤或鼠標的鍵擊動作和調用ESAPI來實現DVH自動生成比較，腳本軟件模塊包括：處方文檔自動生成，C#中DVH操作函數，軟件可視化以及DVH比較報告生成。

1.1處方文檔自動生成

Eclipse11.0計劃系統的ESAPI沒有提供對處方的讀取庫函數，本研究通過AutoHotkey熱鍵腳本語言處理Eclipse計劃系統中的醫生處方，軟件能模擬鍵盤或鼠標的鍵擊動作將醫生處方自動轉換成C#可讀取的txt文檔，并提供自動打印處方的功能。

1.2定義C#中DVH操作函數

本研究定義兩個類，一個是與靶區有關的PTVCategory類，另一個是與正常組織有關的OARCategory類。PTVCategory類中定義了評價靶區相關參數：靶區名稱、最小劑量、最大劑量、百分體積劑量等，還定義了評價靶區相關函數：獲取靶區名稱、獲取靶區最小劑量、最大劑量等。OARCategory類中定義了評價正常組織相關參數：靶區名稱、平均劑量、最大劑量、百分體積劑量、百分劑量體積等，還定義了評價正常組織相關函數：獲取正常組織名稱、獲取正常組織平均劑量、最大劑量等。

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

1.3軟件可視化及DVH比較報告生成

表1　醫生處方要求Tab.1 Doctor’s prescription

表2　DVH比較報告自動生成Tab.2 DVH compared report automatically generation

Autohotkey自帶Gui命令，該命令可以創建和管理一個窗體及窗體之上的控件，本研究創建了腳本軟件界面，用戶能通過在ShowDVH上輸入病人ID號和治療階段號來運行軟件，實現醫生處方與計劃DVH比較報告生成，與此同時界面上還提供了打印處方的控件。當用戶輸入病人ID號和治療階段號后，運行軟件，如表1所示，表1是醫生處方要求，對靶區比如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，對正常組織，比如SpinalCordPRV最大劑量小于4 500 cGy等等；表2運行ShowDVH后，計劃的DVH與醫生處方相比較結果，DVH沒有滿足醫生要求的，用F表示，MeanDose 和MaxDose為0的是沒有處方要求，正常組織的名字放表格中間是方便物理師查看。對靶區比如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滿足醫生處方要求。對正常組織比如SpinalCordPRV最大劑量為5 127.318 cGy，這樣SpinalCordPRV的DVH不能滿足醫生處方要求，需對計劃進行再次優化，反復評估，最終做出滿足或近似滿足處方要求的計劃。

2　結果

2.1驗證軟件在Eclipse11.0計劃系統下的運行情況

在ShowDVH上隨機輸入放療病人ID號和階段號，并在Eclipse11.0計劃系統下運行腳本軟件。在Eclipse11.0計劃系統下能順利準確完成腳本生成處方要求與計劃DVH的對比，并輸出到Excel中，方便放射治療物理師快速查看計劃是否滿足醫生處方要求，為接下來的調強優化參數設計指明方向。說明ShowDVH能處理醫生所下處方并能在Eclipse11.0計劃系統下生成計劃DVH與處方要求對比結果。

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，分別運行腳本軟件，軟件能順利產生計劃DVH與醫生處方相比較的Excel文檔。比如對于鼻咽癌，需要評價的靶區和正常組織較多，如果采用手動的方式一個一個去查看靶區或正常組織的DVH是否滿足醫生處方要求，那么就會費時費力，而且還容易出差錯，在做下一次計劃優化參數設置時，要么放射治療物理師一次性記住多個組織的DVH，要么需要來回切換軟件窗口查看靶區或正常組織的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查看DVH的不足。對于鼻咽癌，腳本軟件運行后產生的Excel文檔，能直接準確給出計劃中所有靶區和正常組織的DVH與醫生處方比較的數據，對靶區比如PTV1處方要求的最小劑量為5 885.88 cGy，計劃的最小劑量為5 894.5 cGy，處方要求100%的處方劑量包圍PTV1體積大于95%，計劃中為95.49%，這樣PTV1的DVH滿足醫生處方要求。對正常組織比如SpinalCordPRV處方要求最大劑量為4 500 cGy，而計劃的最大劑量為4 514.553 cGy，處方要求1%的SpinalCordPRV體積的劑量小于5 000 cGy，計劃為4 136.7 cGy，計劃不能全部滿足處方要求，因此計劃需繼續優化。對于其他腫瘤，腳本軟件同樣能給出計劃中靶區和正常組織DVH與醫生處方要求的比較結果，這樣臨床上腳本軟件的使用能節省治療計劃設計時間，提高放射治療物理師工作效率。

3　結論

放射治療計劃設計中，腳本使用越來越廣泛，它不僅能減少放射治療物理師的重復操作，提高效率，還能減少物理師出錯的幾率。Eclipse 11.0計劃系統提供了基于C#的應用程序編程接口ESAPI, 允許用戶編寫腳本讀取計劃數據。本研究開發的腳本軟件ShowDVH，首先通過熱鍵腳本語言處理醫生處方文檔，其次運用C#語言處理計劃中的DVH，最后將醫生處方與計劃的DVH相比較并輸出到Excel中，能快速判斷計劃的DVH是否滿足醫生處方要求，為下一步計劃優化參數設置指明方向。通過一個表格把醫生處方所有要求與計劃的DVH都顯示出來，優點有兩個方面：一方面不用在Eclipse計劃系統中一個組織一個組織評價DVH，并與醫生處方相比較，另一方面因生成的Excel文檔是獨立于Eclipse計劃系統的，在調強優化參數設置時不用來回切換軟件窗口。雖然ShowDVH功能強大，但是腳本軟件運行完，還需對計劃系統中生成的DVH詳細檢查，仔細復核，確保腳本軟件安全使用。

參考文獻

[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計劃系統輪廓自動生成軟件開發[J] 中國醫療器械雜志, 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

【Writers】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.

【中圖分類號】R730.55；TP311.5

【文獻標志碼】A

doi:10.3969/j.issn.1671-7104.2016.02.020

文章編號：1671-7104(2016)02-0140-03

收稿日期：2015-12-01

基金項目：四川省醫學科學院·四川省人民醫院2014年院苗圃科研課題（2014007）

作者簡介：謝朝，E-mail: xz0242024028@126.com