基于DICOM的多平台放射治疗数据可视化与对比分析

目的:开发一个独立的系统RTViewer对不同商用治疗计划系统的放射治疗数据进行相互验证和对比分析。方法:以放射治疗的质量控制与质量保证为重点,在深入解析DICOM-RT标准的基础上,通过研究主流TPS厂商的底层数据格式,设计DICOM格式放射治疗数据导入、可视化、分析、导出接口,开发RTViewer系统,以实现对不同TPS的放射治疗数据相互验证和对比分析,从而确保放射治疗计划实施的质量。结果:经临床病例验证,RTViewer系统可准确地解析和可视化Eclipse、XIO、Monaco、Pinnacle及Raystation等主流商用TPS获取的DICOM-RT文件。结论:通过对DICOM-RT标准的深入解析,开发的RTViewer实现了对DICOM格式文件的精确解析与可视化,可对比分析不同TPS的放射治疗数据,用于远程肿瘤放射治疗质量控制,对放射治疗计划的质量保证具有重要意义。     

基于DICOM结构化报告模型和可扩展标记语言的放疗计划电子病历*

背景：如何建立DICOM标准与医院信息系统间的互联和共享成为新的研究方向。 目的：通过对DICOM结构化报告标准的研究,结合可扩展标记语言结构的特点,设计出适合放射治疗计划的电子病历。 方法：根据DICOM结构化报告标准,设计放射治疗计划电子病历的专业模板,使用可扩展标记语言模式对DICOM数据格式进行重定义,以面向对象的方法生成符合结构化报告标准的可扩展标记语言文件,然后进行可扩展样式表语言的转换或者生成符合DICOM结构化报告标准的DICOM文件。 结果与结论：针对放射治疗计划对象的特点,设计了放疗计划结构化报告模板,包含36个模板标识符。在Visual C++ 2008平台编写的软件上可以生成3种格式的电子病历文件,可以很好的与医院信息系统互连,最终实现以电子化的方式管理放疗计划信息,减少人工误差,实现真正的无纸化。     

DICOM格式放疗计划信息的读取及显示

目的:DICOM(Digital Image and Communication on Medicine)为医疗设备图像和信息传输提供了交互的标准协议和统一接口标准,DICOM数据的统一对不同计划数据在不同设备上的交流和验证具有重要意义。方法:本文首先对放疗计划DICOM文件的格式及数据编码规则进行了简单介绍,然后具体阐述了DICOM计划数据读取的几个主要步骤。并在windows系统上用MFC进行编程以验证结果。结果:以瓦里安公司加速器产生的放疗计划数据为例,程序对计划数据中体表、肿瘤、左肺、右肺等组织的轮廓线以及等中心坐标等信息进行解读,将各组织的轮廓线在本地TPS中进行封装及显示,并重建出三维图像。结论:实验证明,该方法能够解读不同DICOM计划数据,将数据信息在本地TPS进行封装和显示,并生成三维图像便于物理师更直观地观察各组织状况,提供了物理师在各个系统之间进行方案的交流比较和验证。     

扫描式质子放疗系统自动化束斑测量与分析方法的设计和应用

目的:针对具有录像功能的闪烁体探测器Lynx-PT和笔形束扫描（PBS）质子放疗系统，设计一种质子束斑测量与分析方法，为PBS质子放疗系统的临床调试、束流建模和周期性质控测量提供可靠、高效的解决方案。方法:配置PBS质子放疗系统和Lynx-PT的相关参数，设计数据预处理和束斑分析流程，将两种数据处理流程嵌入自研软件（SpotCheck），实现从束斑采集到数据预处理再到束斑特性分析的全流程自动化。结果:SpotCheck输出的束斑尺寸结果与现有商业化软件（myQA, 比利时IBA公司）以及厂商的现场验收测量结果均保持一致，能成功识别所有束斑录像文件的数据质量问题，并将质子束流占用时间从4 d缩短至0.5 d。结论:本文方法的束斑尺寸计算结果准确、束斑采集速度快、数据处理流程自动化程度高，极大提升了PBS质子放疗系统临床调试和束流建模的效率。     

质子调强放射治疗计划系统KylinRay-IMPT

近年来质子放疗已成为肿瘤治疗领域中发展和研究的热点。精准放射治疗系统麒麟刀(Kylin Ray)集动态调强放射治疗、图像引导放射治疗、剂量引导、质子调强放射治疗等先进放疗技术于一体。质子调强放射治疗计划系统Kylin RayIMPT是其中质子放疗计划制定子系统,目标是为质子精准放射治疗的实施提供精准放疗计划制定平台,系统支持被动散射和主动扫描方式下的放疗计划制定。本文主要介绍Kylin Ray-IMPT系统设计、主要功能和关键技术问题研发进展。     

头颈肿瘤调强放疗结构命名标准化的方法与实现

目的:实现头颈肿瘤放射治疗结构命名的标准化。 方法:收集139例患者的调强放射治疗计划,采用MATLAB软件对结构文件进行编程解析,以靶区、危及器官和其他辅助结构3类为关键词,进行结构的归类统计。按照AAPM TG-263提供的标准化的放射肿瘤结构命名报告,制定结构标准化规则,编程实现结构命名标准化的自动转换。 结果:139例患者的DICOM Structure文件中,共有7 044个结构,其中靶区2 217个（大体肿瘤靶区510个、临床靶区431个、计划靶区1 276个）、危及器官4 069个、辅助结构758个,平均每位患者有（50.68±15.43）个结构。通过自编程软件找出差异并成功标准化转换,并生成新的结构文件。 结论:标准化命名可以避免由命名的不一致或不适当而导致的混淆,防范剂量统计分析时的错误,进而提高医疗质量与安全。     

DICOM-RT解析及在精确放射治疗计划系统中的应用

目的:实现CT和DICOM-RT四个放疗对象-RT-Structure、RT-Plan、RT-Image、RT-Dose在治疗计划系统(TPS)中的存储和传输。方法:通过对DICOM-RT四个放疗对象的解析,并对其在治疗计划系统(TPS)中的应用,设计了DICOM-IMPORT和DICOM-EXPORT两个接口。在FDS团队自主研发的精确放射治疗软件系统(ARTS)中调用这两个接口,验证接口导入导出RT-Structure(勾画信息)、RT-Plan(计划信息)、RT-Image(DRR,数字重建放射影像)、RT-Dose(剂量信息)是否正确。结果:通过测试临床病例,ARTS可以成功导入导出两大商用治疗计划系统-飞利浦Pinnacle3和拓能VENUS中获取的DICOM-RT文件。结论:通过对DICOM-RT四个放疗对象的解析,设计的两个接口实现了在精确放射治疗系统计划系统中的应用,及不同TPS数据之间的兼容。     

一种符合医学数字影像与通讯标准的医学影像管理系统的设计

医学影像的存储与传输在数字化医疗快速发展的今天占据着非常重要的地位。为了实现医学数字影像与通讯（DICOM）医学影像在局域网上的传输和查询,本文设计了一个符合DICOM标准的医学影像管理系统。该系统能对DICOM格式文件进行解析,并在数据库中把DICOM影像文件与对应的病历信息进行关联存储,可以给医院影像科提供完全数字化的影像和数据。此研究工作不仅满足了医院影像中心对大量影像数据存储的需求,同时也促进了PACS系统的发展。     

基于临床质子加速器的DeepPlan笔形束模型构建

目的:基于佛罗里达大学质子放疗中心（University of Florida Health Proton Therapy Institute, UFHPTI）质子加速器在笔形束扫描模式下的临床实验数据,在DeepPlan中构建相应模型,验证模型构建的准确性并初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。方法:在DeepPlan质子模块中建立UFHPTI质子加速器的笔形束计算模型,并将剂量计算结果与临床实验数据进行对比,包括30组积分深度剂量（Integrated Depth Dose, IDD）、30组空气中质子束斑发散大小、1组多能量多点照射下的纵向扩展布拉格峰（Spread Out Bragg Peak, SOBP）和横向剂量分布,以此验证模型构建的准确性。最后以UFHPTI的两个前列腺癌临床放疗计划为指导,将DeepPlan计算结果与商用放疗计划系统RayStation计算结果通过PTW公司的VeriSoft软件进行gamma分析。结果:DeepPlan质子模块计算产生的30组IDD与UFHPTI加速器的临床实验数据平均相对误差为0.01%,最大相对误差为0.23%;30组空气质子束斑发散大小与临床实验数据平均相对误差为0.15%,最大相对误差为1.14%。在多能量多点照射下,DeepPlan质子模块计算产生的SOBP与临床实验数据平均相对误差为1.07%,最大相对误差为3.91%;横向剂量分布和临床实验数据平均相对误差为1.92%,最大相对误差为4.09%。针对两个前列腺癌的放疗计划,DeepPlan质子模块与RayStation计算的三维剂量结果在以3 mm/3%的标准下每个子野的gamma通过率都达到95%以上,其中病例1两个子野（270°和90°方向）的gamma通过率分别为96.4%和97.5%,病例2两个子野（270°和90°方向）的gamma通过率分别为99.3%和98.9%。结论:在DeepPlan中构建了与UFHPTI质子加速器相匹配的笔形束模型,该模型可初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。     

EECP血液动力学波形数据的DICOM-XML格式转换研究及应用

目的:将DICOM标准EECP血液动力学波形(EHW)文件转换为XML格式。方法:研究和分析DICOM标准E-HW文件结构、数据元素结构、条目序列数据类型以及XML在DICOM标准应用方面的优势,运用C#面向对象编程的特点,将数据元素、数据集、波形组、通道、编码序列条目以及相应的服务和操作等抽象成类。通过特定的类对相应的数据成员进行操作,读取DICOM波形文件中所包含的信息,最后调用转换类中的成员函数,对应XML Schema模板,将其存储为XML格式。结果:设计出EHW文件DICOM-XML转换应用程序,并应用与体外反搏医学信息平台的开发。结论:解决了DICOM标准在私有数据元素共享以及互联网环境中可读性差的缺陷,推动了EHW数据在互联网环境的交换及共享,为互联网范围内体外反搏医学信息平台的实现提供了条件。     

多叶准直器叶片速度对滑窗调强放疗剂量分布的影响研究

目的：研究多叶准直器（MLC）叶片运行速度对采用滑窗技术实施动态调强放射治疗时剂量分布的影响。方法：手工设计一组滑窗调强（SW-IMRT）照射野叶片序列（子野）文件P-MLC,在不同的剂量率、不同的机器跳数（MU）条件下运行,使得叶片的运行速度分别为1.0 cm/s、2.0 cm/s、3.0 cm/s、4.0 cm/s、5.0 cm/s、6.0 cm/s、7.0 cm/s、8.0 cm/s、10.0 cm/s、15.0 cm/s,用Mapcheck测量不同速度运行时的剂量分布,分别与PMLC在计划系统里计算的剂量分布相比较;选择10例鼻咽癌调强计划,在加速器上分别以100 MU/m、200 MU/m、300 MU/m、400 MU/m、500 MU/m、600 MU/m剂量率运行,用Mapcheck测量其剂量分布并与计划系统剂量分布比较其通过率;同时记录10例病人不同剂量率条件下运行时的加速器日志文件,将日志文件转换成实际运行MLC文件D-MLC后,将D-MLC导入计划系统重新计算,模拟比较不同剂量率条件下病人体内的剂量分布的差别。结果：在MLC计划速度设置为15.00 cm/s时,加速器实际叶片速度达到了（2.78±1.45）cm/s,最大速度为4.55 cm/s;加速器在MLC设定速度不超过5.00 cm/s运行计划文件时,通过降低剂量率的方式可以匹配叶片运动速度的限制,保证了实际照射时加速器输出的射野通量与计划设计时的最佳射野通量相一致,Mapcheck验证通过率在99%以上,但在设定速度超过5.00 cm/s运行计划文件时,通过降低剂量率的方式已无法匹配叶片运动速度的限制,Mapcheck验证通过率在随着设定速度的上升而降低;对实际临床病例的研究并未出现上述结果,不同的剂量率运行时其剂量分布及Mapcheck验证通过率没有明显差异（P=0.999）。结论：MLC叶片的运动速度可能会对滑窗调强放疗技术的剂量分布产生一定的影响,尽管在临床实际治疗中,这种影响很微弱,但这种方法可以作为直线加速器和治疗计划系统的验收或实施SW-IMRT技术日常QA工作的一种手段。     

鼻咽癌调强放射治疗后放射诱发肿瘤发生风险的预测分析

目的:比较分析鼻咽癌常规放疗与调强放射治疗(IMRT)时正常器官的等效剂量,预测鼻咽癌放疗后放射诱发肿瘤(RIM)的发病风险。方法:选择80例鼻咽癌患者的影像资料,在Monaco治疗计划系统为每例患者模拟两套放疗计划:常规二维放疗与IMRT。采用蒙特卡罗算法计算照射野内正常器官的吸收剂量;将治疗计划传输至直线加速器,把射野移植到拟人验证模体,使用热释光剂量探测仪测量射野外正常器官的散射剂量。综合分析不同放疗技术条件下各正常器官的等效剂量,与辐射致癌风险预测系数相结合,计算RIM发生风险值。结果:根据ICRP辐射致癌风险预测系数,结合各器官的平均等效剂量数据,鼻咽癌IMRT治疗后的全身各器官RIM的总发生风险为10.2%,显著高于常规放疗的5.9%,是后者的1.73倍(P=0.007)。结论:鼻咽癌IMRT治疗后各器官RIM的总发生风险预测值显著高于常规放疗,需要引起临床重视。     

DICOM-RT标准解决放射治疗信息系统标准化通讯模型的构建*

背景：放射治疗需要一个以患者为中心的信息系统来整合不同系统、设备间的有关患者的所有信息,实现放疗数据的无损传输。 目的：利用DICOM-RT标准解决放疗领域中数据非标准化存取的问题。 方法：设计了一种基于DICOM-RT标准的放疗信息系统的通讯模型。此模型分为客户端模块、TCP/IP接口模块、关联模块及服务类模块4个模块,实现了发送、接收功能及查询检索功能。此外,该模型还增加了对DICOM-RT对象的支持。 结果与结论：采用DICOMan软件和dcm4chePACS系统对此模型进行多次DICOM-RT数据传输测试,测试结果表明,该模型能实现放疗数据的无损传输,有效地完成放疗相关的信息交换和共享,达到了预定目标。      

基于ITK读写DICOM医学图像文件

目的 介绍使用ITK读取DICOM文件文件头信息、访问像素数据以及存储DICOM文件的使用方法,以促进ITK在国内医学图像处理领域的普及应用。方法 使用itk：：ImageFileReader类和itk：：GDCMImageIO类对DICOM文件的文件头进行解析。介绍了使用图像迭代器访问图像像素的方法,熟悉C编程的研究人员快速访问像素数据的方法,及使用itk：：ImageFileWriter类进行图像写操作的方法。结果 使用本文的方法能够获取DICOM医学图像文件头中的医疗信息,读取像素数据,并以DICOM格式存储医学图像信息。结论 即使对DICOM标准和图像格式没有深入的了解,使用ITK也能方便地读写DICOM医学图像文件。     

DICOM医学图像文件数字签名的实现

目的:对DICOM医学图像进行数字签名.保证其信息的完整性、不可抵赖性、真实性和可靠性.方法:利用OpenSSL工具包及DCMTK工具包中的dcmsign对DICOM医学图像中的相关信息进行签名,并保存在同一DICOM文件的后面.结果:经签名后的DICOM文件可鉴定文件中信息的完整性、不可抵赖性、真实性和可靠性.结论:利用OpenSSL工具包及DCMTK工具包中的dcmsign对DICOM文件数字签名可实现其在远程医疗及区域PACS传输中的安全性.     

放疗网络与信息系统

目的:探讨目前我国放疗网络与信息系统应用的现状以及发展方向。方法:放疗网络由硬件和软件以及传输协议组成。网络硬件包括服务器、工作站、路由器和交换机、外围网络设备。网络软件包括服务器软件、客户端软件、杀毒软件以及操作系统更新。传输协议包括TCP/IP协议、DICOM协议、HL7协议等。信息系统的构成要素又包括用户,流程,新技术应用,系统管理。结果:目前我国各地医院对于放疗网络和信息系统的应用相比国际水平还有相当的差距。结论:放疗网络与信息系统作为放疗科工作开展的载体,在整个放疗科的诊疗活动中起着非常关键的作用,我国的放疗网络和信息系统的应用将更上一层楼。     

SunCHECK软件在调强放疗计划剂量验证中的应用

目的:探讨SunCHECK软件在调强放疗计划剂量验证中的应用。方法:选取新疆医科大学第一附属医院已执行IMRT计划的40例患者,应用SunCHECK软件,对所接受数据进行单独计算,然后对原始放疗计划和QA计划进行Gamma分析。最后对QA计划与ArcCHECK测量结果进行Gamma通过率比较。结果:在SunCHECK软件单独计算结果中,Monaco计划平均Gamma通过率略高于Eclipse计划。相同计划系统原始计划与QA计划Gamma通过率没有差异。使用SunCHECK软件计算QA计划（包括Monaco计划和Eclipse计划）Gamma通过率略高于ArcCHECK测量结果的Gamma通过率。结论:SunCHECK软件符合IMRT计划剂量验证需要,给放疗质控工作带来了很大的便利性。无论是作为单独放疗计划验算工具,还是以log日志文件反推进行计划验证,都应该把SunCHECK作为质量保证程序的一部分。     

GATE在核医学成像和放射治疗中的蒙特卡洛模拟

目的:探讨GATE在核医学成像SPECT和PET、光子和质子放射治疗中的蒙特卡洛模拟,并利用GATE平台研究碳纤维床板对光子放疗时剂量的影响。方法:首先模拟运行GATE V6.1提供的三个例子,分别对应于SPECT、PET和RT,其中RT又分为光子治疗和质子治疗。对SPECT和PET模拟中光子的散射情况进行统计分析,详细比较RT模拟中光子束和质子束在水模体中的能量沉积特性。然后在GATE平台上编程模拟了光子治疗束分别在有碳纤维床板和无床板时射入水模体中,比较并分析这两种情况下水模体中的剂量分布差异。结果:GATE V6.1的三个例子模拟中,SPECT中的未散射光子稳定在36%左右,PET中未散射的真符合计数稳定在44.5%左右,RT模拟中质子相比于光子在深度方向上有明显的剂量分布优势,而光子在横向方向的剂量分布稍好于质子。在碳纤维床板对光子放疗时剂量影响的模拟中,有碳纤维床板相对于无床板时,水模体的表层剂量有明显的提高。结论:GATE能够稳定准确的对核医学成像SPECT和PET及放射治疗过程进行蒙特卡洛模拟。它可以为放射治疗剂量验证、临床放射治疗计划以及核医学成像引导放射治疗的研究提供强大帮助。     

应用弥散张量成像实现神经纤维追踪的方法

背景:目前的神经纤维追踪方法众说纷纭,不同的追踪方法往往对数据的要求比较严格,格式比较单一,并且在特定的条件下,才能进行纤维追踪,但都没有统一可执行标准。因此需要研究一种简便通用的神经纤维追踪处理方法。目的:提出一种简便通用,并且可以在不同的数据采集方法情况下,转变为固定的数据采集格式的弥散张量神经纤维追踪方法。方法:首先采用MRIcro软件在原始DTI图像上,找出梯度因子b值,组成梯度方向文件并把DICOM原始文件软件转换成Analyze格式文件,然后利用SPM软件对格式文件标准化,最后采用DTI-track软件进行神经纤维追踪处理。结果与结论:通过对DTI图像进行处理,证明该方法能有效的得出扩散梯度因子b值文件,并且能把不同的DTI数据转变为统一的格式进行DTI处理,得到预期的DTI纤维追踪图像,为DTI研究提供了一个简便有效的具体实现方法。     

基于DICOM标准的EECP血液动力学波形数据转换的研究

目的：将目前增强型体外反搏（EECP）设备采集到的二进制数据文件转换为DICOM血液动力学波形文件。方法：在深入研究DICOM信息模型、DICOM波形文件结构、数据元素结构、嵌套数据集结构、波形IOD模块结构等的基础上，利用Visual C＋＋．Net工具，运用C＋＋面向对象编程思想，把数据元素、嵌套数据集、波形IOD及其操作服务抽象成类，再分别读取二进制数据文件的相关信息赋给波形类对应的数据成员，最后调用有关成员函数将其存储为DICOM波形文件。结果：设计出了基于DICOM标准的EECP血液动力学波形数据转换的应用程序。结论：DICOM标准的不断应用将涵盖所有医学成像和信号类设备，EECP数据的DICOM标准化转换，为其共享和充分利用提供了重要前提。