[논문 리뷰] Introducing the Voxel Interactive Contour Tool for Online Radiation Intensity Analytics (VICTORIA)

Elise Badun, Frédéric Tessier외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 28.

Data Visualization and Analytics참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

VICTORIA는 EGSnrc(.egsphant, .3ddose) 및 DICOM RT 파일(CT, RT Dose, RT 구조 세트)의 몬테카를로 선량 분포를 보안적으로 클라이언트 측에서 시각화하고 비교할 수 있는 무료이자 브라우저 기반 웹 뷰어입니다. 실시간 선량 프로파일링, DVH 플로팅 및 CSV/PNG로의 내보내기 기능을 지원하며, 소프트웨어 설치 없이 EGSnrc 전용 파일 형식에 대한 온라인 액세스를 제공함으로써 서버에 업로드하지 않고도 데이터 기밀성을 보장합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• EGSnrc 전용 파일 형식(.egsphant, .3ddose)과 DICOM RT 데이터를 뷰잉하기 위한 접근성 있고 안전하며 무료인 웹 기반 도구의 부족을 해결하기 위해.
• 복잡한 설치 또는 가상 머신이 필요로 하는 전통적인 웹 기반이 아닌 뷰어의 한계를 극복하기 위해.
• 표준 브라우저에서 여러 파일 형식 간에 선량 분포, 해부학적 구조 및 ROI 윤곽선을 통합하고 상호작용 가능한 인터페이스로 비교할 수 있도록 하기 위해.
• 상용 치료 계획 시스템에 접근할 수 없는 저소득 및 중간소득 국가의 연구자, 환자 및 의료 물리학자들을 지원하기 위해.
• 모든 파일을 서버에 업로드하지 않고도 브라우저 내에서 로컬로 처리함으로써 데이터 기밀성을 확보하기 위해.

제안 방법

• JavaScript, HTML, CSS를 사용하여 웹 애플리케이션으로 구축하였으며, 동적 데이터 시각화 및 DOM 조작을 위해 D3.js를 활용하였습니다.
• Cornerstone의 dicomParser 라이브러리를 사용하여 브라우저 내에서 직접 DICOM CT, RT Dose 및 RT 구조 세트 파일을 디코딩하고 렌더링하였습니다.
• 웹 워커(Web Workers)를 활용해 밀도 슬라이스를 백그라운드에서 캐시하고 처리함으로써 성능과 반응성 향상을 도모하였습니다.
• 모든 데이터 처리를 클라이언트 측에서 수행하여 서버에 파일 업로드가 없으며, 민감한 의료 데이터의 보안성을 향상시켰습니다.
• .egsphant, .3ddose 및 DICOM 파일을 드래그 앤 드롭 또는 파일 브라우저 탐색을 통해 로드할 수 있도록 지원하며, 시연용 테스트 파일도 제공됩니다.
• 창/레벨 조정, 교차선을 통한 선량 프로파일링, ROI 윤곽선 토글, 정규화 옵션을 갖춘 DVH 플로팅 등 상호작용 기능을 포함합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트웨어 설치나 서버 측 처리 없이 EGSnrc 전용 .egsphant 및 .3ddose 파일 형식을 보안적이고 무료로 접근 가능한 웹 기반 뷰어로 개발할 수 있는가?
• RQ2 21.7 MB .egsphant 및 90.4 MB DICOM CT 시리즈와 같은 큰 의료 영상 데이터셋을 로드할 때, 브라우저 기반 뷰어의 성능이 기존 도구와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 단일 웹 인터페이스가 축면, coronal, 그리고 Sagittal 평면에서 다수의 3D 볼륨(밀도, 선량, 윤곽선)을 얼마나 잘 통합하여 시각화하고 비교할 수 있는가?
• RQ4 특히 상용 치료 계획 시스템에 접근할 수 없는 연구자와 환자들을 위해 효과적인 선량 분석과 비교를 가능하게 하는 데 필수적인 기능은 무엇인가?
• RQ5 클라이언트 측 처리를 어떻게 활용하여 DVH 플로팅 및 선량 프로파일 생성과 같은 고급 시각화 작업을 수행하면서도 데이터 보안을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• macOS에서 Google Chrome를 사용할 경우, 161 × 113 × 85 밴델스를 가진 21.7 MB .egsphant 파일이 1.4초 만에 로드됨.
• 동일한 조건에서 171개의 DICOM CT 파일(90.4 MB, 512 × 512 × 171 밴델스)이 13.2초 만에 로드됨.
• VICTORIA는 알려진 유일한 온라인 뷰어로, EGSnrc .egsphant 및 .3ddose 파일 형식을 네이티브로 지원하여 접근 가능한 몬테카를로 시각화 도구의 핵심 격차를 메우고 있음.
• ROI 윤곽선과 선량 데이터가 로드되면 실시간으로 교차선을 따라 선량 프로파일링 및 상호작용 가능한 DVH 플로팅이 가능함.
• 내보내기 기능을 통해 선량 프로파일과 DVH를 CSV 파일로, 시각화 결과를 PNG 스크린샷으로 다운로드할 수 있어 데이터 공유 및 분석이 용이함.
• 모든 처리가 브라우저 내에서 이루어져 서버에 파일 업로드가 없으며, 환자 데이터 기밀성이 유지됨.