[论文解读] 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 5

一句话总结

VICTORIA 是一款免费、基于浏览器的网络查看器，可在客户端安全地可视化和比较来自 EGSnrc（.egsphant、.3ddose）和 DICOM RT 文件（CT、RT 剂量、RT 结构集）的蒙特卡洛剂量分布，支持实时剂量剖面分析、DVH 绘图，并可导出为 CSV/PNG。它独特地实现了无需安装软件即可在线访问 EGSnrc 特定文件类型，通过客户端处理确保数据隐私。

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.

研究动机与目标

• 解决缺乏可访问、安全且免费的基于网络的工具来可视化 EGSnrc 特定文件格式（.egsphant、.3ddose）和 DICOM RT 数据的问题。
• 克服传统非网络化查看器的局限性，这些查看器需要复杂的安装过程或虚拟机。
• 为在标准浏览器中跨多种文件类型比较剂量分布、解剖结构和 ROI 轮廓，提供统一的交互式界面。
• 为无法获得商业治疗计划系统的低收入和中等收入国家的研究人员、患者和医学物理师提供支持。
• 通过在浏览器中本地处理所有文件，不上传至服务器，确保数据隐私。

提出的方法

• 使用 JavaScript、HTML 和 CSS 构建为 Web 应用程序，利用 D3.js 实现动态数据可视化和 DOM 操作。
• 利用 Cornerstone 中的 dicomParser 库，在浏览器中直接解码并渲染 DICOM CT、RT 剂量和 RT 结构集文件。
• 使用 Web Workers 在后台缓存和处理密度切片，提升性能和响应速度。
• 所有数据均在客户端处理，确保无文件上传至服务器，增强对敏感医疗数据的安全性。
• 支持拖拽和文件浏览器导航加载 .egsphant、.3ddose 和 DICOM 文件，提供测试文件用于演示。
• 包含交互功能，如窗宽/窗位调节、十字线剂量剖面分析、ROI 轮廓切换以及带归一化选项的 DVH 绘图。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否开发出一种安全、免费且可访问的基于网络的查看器，用于可视化 EGSnrc 特定的 .egsphant 和 .3ddose 文件格式，而无需安装软件或进行服务器端处理？
• RQ2 当加载大型医学影像数据集（如 21.7 MB 的 .egsphant 和 90.4 MB 的 DICOM CT 系列）时，浏览器查看器的性能与传统工具相比如何？
• RQ3 单个网络界面在多大程度上能够支持在冠状面、矢状面和轴面平面上对多个 3D 体素（密度、剂量、轮廓）进行可视化与比较？
• RQ4 在资源有限的环境中，哪些功能对于实现有效的剂量分析与比较至关重要，特别是对无法获得商业治疗计划系统的科研人员和患者而言？
• RQ5 如何利用客户端处理来在支持高级可视化任务（如 DVH 绘图和剂量剖面生成）的同时，保持数据安全？

主要发现

• 在 macOS 上使用 Google Chrome 浏览器，161 × 113 × 85 体素的 21.7 MB .egsphant 文件加载耗时 1.4 秒。
• 在相同条件下，171 个 DICOM CT 文件（90.4 MB，512 × 512 × 171 体素）的加载耗时 13.2 秒。
• VICTORIA 是目前已知唯一原生支持 EGSnrc .egsphant 和 .3ddose 文件格式的在线查看器，填补了可访问蒙特卡洛可视化工具中的关键空白。
• 当加载 ROI 轮廓和剂量数据时，该工具可实现实时沿十字线的剂量剖面分析和交互式 DVH 绘图。
• 导出功能支持将剂量剖面和 DVH 导出为 CSV 文件，将可视化结果导出为 PNG 截图，提升数据共享与分析能力。
• 该查看器在无文件上传的情况下安全运行，所有处理均在浏览器中完成，确保患者数据的保密性。