[論文レビュー] Introducing the Voxel Interactive Contour Tool for Online Radiation Intensity Analytics (VICTORIA)

Elise Badun, Frédéric Tessier+4 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2021

Data Visualization and Analytics参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

VICTORIA は、EGSnrc（.egsphant、.3ddose）および DICOM RT ファイル（CT、RT 剤量、RT 構造セット）からのモンテカルロ剤量分布の安全でクライアントサイド処理によるビューアーであり、リアルタイムの剤量プロファイル作成、DVHプロット、CSV/PNGへのエクスポートを可能にする無料のブラウザベースのウェブビューアーです。ソフトウェアのインストールが不要であり、EGSnrc固有のファイル形式へのオンラインアクセスを提供する点で独自性を発揮し、サーバーへのアップロードを行わないクライアントサイド処理により、データの機密性を確保します。

ABSTRACT

In this paper, the Voxel Interactive Contour Tool for Online Radiation Intensity Analytics (VICTORIA) web viewer is presented as a solution to the issue of inaccessible, expensive, and insecure Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) and Monte Carlo (MC) dose viewers. VICTORIA is a tool for the visualization and comparison of dose distributions with underlying anatomy that is accessible, free, designed with security in mind, and available on the web. The code is open-source and under the GNU General Public License, and it can be found at the EGSnrc Github repo in the DICOM-viewer branch. The viewer should be useful for researchers using EGSnrc file types .egsphant and .3ddose from the EGSnrc toolkit, patients who want a simple tool to view files, or researchers using DICOM Computed Tomography (CT) and DICOM Radiotherapy (RT) Dose files in low- or middle-income countries without access to treatment planning systems.

研究の動機と目的

• EGSnrc 固有のファイル形式（.egsphant、.3ddose）および DICOM RT データを可視化するための、アクセス可能で安全かつ無料のウェブベースのツールが不足しているという問題に対処すること。
• 複雑なインストールや仮想マシンを必要とするレガシーツールに起因する制限を克服すること。
• 標準のブラウザで、複数のファイル形式間で剤量分布、解剖学的構造、ROIの輪郭を統合的かつインタラクティブに比較できるインターフェースを提供すること。
• 商業的治療計画システムにアクセスできない低・中所得国に属する研究者、患者、医療物理学者を支援すること。
• すべてのファイルをブラウザ内でローカルに処理することで、サーバーへのアップロードなしにデータの機密性を保証すること。

提案手法

• JavaScript、HTML、CSS を使用したウェブアプリケーションとして構築され、D3.js を用いて動的データ可視化と DOM 操作を実装。
• Cornerstone からの dicomParser ライブラリを活用し、ブラウザ内で直接 DICOM CT、RT 剤量、RT 構造セット ファイルをデコードおよびレンダリング。
• Web Workers を使用して密度スライスをバックグラウンドでキャッシュおよび処理し、パフォーマンスと応答性を向上。
• すべてのデータ処理をクライアントサイドで実行することで、サーバーへのファイルアップロードがなくなり、機微な医療データのセキュリティが強化。
• .egsphant、.3ddose、および DICOM ファイルのドラッグアンドドロップおよびファイルブラウザナビゲーションをサポートし、デモ用のテストファイルを用意。
• ウィンドウ/レベル調整、クロスハイトによる剤量プロファイル、ROI 輸送のトグル、正規化オプション付きの DVH プロットなど、インタラクティブな機能を備える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトウェアのインストールやサーバーサイド処理が不要な状態で、EGSnrc 固有の .egsphant および .3ddose ファイル形式を安全かつ無料でウェブベースで可視化できるツールを開発可能かどうか。
• RQ2 21.7 MB の .egsphant ファイルおよび 90.4 MB の DICOM CT シリーズ（大規模な医療画像データセット）を読み込む際、レガシーツールと比較してブラウザベースのビューアーのパフォーマンスはどの程度か。
• RQ3 1つのウェブインターフェースが、軸方向、冠状方向、矢状方向の各平面で、密度、剤量、輪郭の複数の3次元ボリュームをどの程度効果的に可視化および比較できるか。
• RQ4 特に商業的治療計画システムにアクセスできない研究者や患者が、効果的な剤量分析と比較を実施できるために、どのような機能が不可欠か。
• RQ5 クライアントサイド処理を活用することで、DVHプロットや剤量プロファイル生成といった高度な可視化タスクを実行しながら、データセキュリティを維持する方法は何か。

主な発見

• MacOS での Google Chrome を使用した場合、161 × 113 × 85 ピxls の 21.7 MB の .egsphant ファイルが 1.4 秒で読み込まれた。
• 同じ条件下で、512 × 512 × 171 ピxls の 171 枚の DICOM CT ファイル（合計 90.4 MB）が 13.2 秒で読み込まれた。
• VICTORIA は、EGSnrc .egsphant および .3ddose ファイル形式をネイティブにサポートする唯一の既知のオンラインビューアーであり、アクセス可能なモンテカルロ可視化ツールにおける重要な空白を埋めている。
• ROI 輸送と剤量データが読み込まれた場合、クロスハイトに沿ったリアルタイムの剤量プロファイル作成とインタラクティブな DVH プロットが可能。
• エクスポート機能により、剤量プロファイルと DVH を CSV ファイルとして、可視化結果を PNG スクリーンショットとしてダウンロード可能となり、データ共有と分析が促進された。
• すべての処理がブラウザ内で実行されるため、ファイルのアップロードがなく、患者データの機密性が保持される点で、セキュアに動作している。