Dosepy 0.4.0

Gamma analysis and film dosimetry for dose distributions in radiotherapy

Dosepy

ReadTheDocs Documentation

Dosepy es un paquete de código escrito en Python para la comparación mediante índice gamma de dos distribuciones de dosis, 2-dimensional. Adicionalmente, se cuenta con una herramienta para realizar dosimetría con película radiocrómica.

El formato de los archivos que contengan la distribución de dosis puede ser DICOM (.dmc) o CVS. Para la película se requiere un formato TIFF.

Condiciones de uso. Toda persona tiene acceso a la lectura y uso del código con fines académicos o de enseñanza. Sin embargo, para el uso clínico del programa se requiere contar con una licencia (disponible próximamente), conocida como “Acuerdo de licencia de usuario final” (EULA, por sus siglas en inglés), así como contratos que garanticen el cumplimiento de la legislación de cada país.

Para mayor información contactar al correo electrónico [e-mail].

Derechos Reservados (c) Luis Alfonso Olivares Jimenez 2021

Documentación

Para la instalación, correr ejemplos de prueba y aprender sobre el programa Dosepy, visita la Documentación en Read The Docs.

Métodos de comparación

Comparación por índice gamma

La comparación de dos distribuciones puede realizarse mediante la prueba del índice gamma 2-dimensional de acuerdo a la definición dada por Low D. A. así como algunas recomendaciones del TG-218 de la AAPM:

• El criterio de aceptación para la diferencia en dosis puede ser seleccionado en modo absoluto (en Gy) o en modo relativo (en %).
  • En modo relativo, el porcentaje puede interpretarse con respecto al máximo de la distribución de dosis a evaluar (normalización global), o con respecto a la dosis local en la distribución de referencia (normalización local); según la selección del usuario.
• El umbral de dosis puede ser ajustado por el usuario.
• La distribución de referencia puede ser seleccionada por el usuario.
• Se permite definir un radio de búsqueda como proceso de optimización para el cálculo.
• Es posible utilizar el percentil 99.1 de la distribución de dosis como una aproximación del valor máximo. Esto permite evitar la posible inclusión de artefactos o errores en posiciones puntuales de la distribución (de utilidad por ejemplo cuando se utiliza película radiocrómica).
• No se realiza interpolación entre puntos.

Proceso de una primera validación del algoritmo gamma

Resumen
La validación del algoritmo para la prueba del índice gamma se realizó mediante la comparación de resultados contra los softwares DoseLab 4.11 y VeriSoft 7.1.0.199. Dicho trabajo se presentó en el 7mo Congreso de la Federación Mexicana de Organizaiones de Física Médica en el año 2021 (Video).

¡Consideraciones!

• Ambas distribuciones deben tener las mismas dimensiones físicas y resolución espacial (mismo número de filas y columnas).
• Las distribuciones deben de encontrarse registradas, es decir, la coordenada espacial de un punto en la distribución de referencia debe ser igual a la coordenada del mismo punto en la distribución a evaluar.
  

En caso contrario, Dosepy dispone de algunas funciones para cumplir con lo anterior.

Instalación

En Linux
El método más sencillo para instalar Dosepy es escribiendo en una terminal:

pip install Dosepy

En Windows
Previo a la instalación de Dosepy, es necesario contar con un administrador de paquetes. Para quienes no estén familiarizados con los paquetes Python, se recomienda utilizar la plataforma ANACONDA. Una vez que se ha instalado ANACONDA, abrir el inicio de Windows y buscar Anaconda Prompt. Dentro de la terminal (ventana con fondo negro), seguir la indicación descrita para Linux (párrafo anterior).

Versión Beta

Dosepy se encuentra en una versión beta, especificada por el formato 0.X.X. Lo anterior implica que en la práctica, un código que utiliza el paquete Dosepy en una versión, pudiera no ser ejecutado en una versión posterior. La versión estable será publicada con el formato 1.X.X.
Para mantener actualizado el paquete Dosepy, utilizar pip:

pip install --upgrade Dosepy

Ejemplos

Ejemplo con interfaz gráfica

Para utilizar Dosepy con una interfaz gráfica , abrimos una terminal (o Anaconda Prompt en el caso de Windows) y escribimos el comando python:

python

Posteriormente, escribimos:

import Dosepy.GUI

Uso de un Notebook

Para aprender a utilizar todas las herramientas de Dosepy se recomienda el uso de un Notebook del entorno Jupyter. Aquí puedes consultar una guía para ello.

Importación de archivo en formato csv

La importación de la distribución de referencia puede realizarse sólo si el archivos se encuentra en formato .csv (valores separados por comas). Adicionalmente:

• El archivo deberá contener sólo los valores de dosis.
• Toda información adicional deberá estar precedida con el carácter "#". Ello indicará que todos los caracteres que se encuentren en la misma linea después de "#" debe de ser ignorados por Dosepy.
• La unidad para la dosis deberá ser el Gray (Gy).

Importación de archivo en formato dcm

La distribución a evaluar puede importarse en un archivo con formato .csv o en formato .dcm (archivo DICOM). Si el formato es DICOM:

• Deberá contener sólo un plano de dosis.
• La resolución espacial debe ser igual en cada dimensión.
• La unidad para la dosis deberá ser el Gray (Gy).

Ejemplo utilizando una terminal

En Dosepy, una distribución de dosis es representada como un objeto de la clase Dose del paquete Dosepy. Para crear el objeto son necesarios dos argumentos: las dosis de la distribución en formato ndarray y la resolución espacial dada por la distancia (en milímetros) entre dos puntos consecutivos. Para utilizar Dosepy, abrimos una terminal (o Anaconda Prompt en el caso de Windows) y escribimos el comando python:

python

Dentro de Python, escribimos el siguiente código de prueba:

import numpy as np
import Dosepy.dose as dp

a = np.zeros((10,10)) + 96   # Matrices de prueba
b = np.zeros((10,10)) + 100  

D_ref = dp.Dose(a, 1)   # Se crea la distribución de referencia
D_eval = dp.Dose(b, 1)  # Se crea la distribución a evaluar

La comparación gamma entre dos distribuciones de dosis se realiza mediante el método gamma2D. Como argumentos se requiere:

• La distribución de dosis de referencia
• El porcentaje para la diferencia en dosis de tolerancia
• La distancia de tolerancia o criterio DTA en mm.

#   Llamamos al método gamma2D, con criterio 3 %, 1 mm.
gamma_distribution, pass_rate = D_eval.gamma2D(D_ref, dose_t = 3, dist_t = 1)
print(pass_rate)

Datos en formato CSV, usando un umbral de dosis

Es posible cargar archivos de datos en fromato CSV (comma separate values) mediante la función from_csv del paquete Dosepy. Para descartar filas dentro del archivo, utilizar el caracter # al inicio de cada fila (inicio de un comentario).

import Dosepy.dose as dp
import matplotlib.pyplot as plt

#   Cargamos los archivos "D_TPS.csv" y "D_FILM.csv", ambos con 1.0 milímetro de espacio entre un punto y otro.
#   (Los archivos de ejemplo .csv se encuentran dentro del paquete Dosepy, en la carpeta src/Dosepy/data/)
D_eval = dp.from_csv("D_TPS.csv", PixelSpacing = 1)
D_ref = dp.from_csv("D_FILM.csv", PixelSpacing = 1)

#   Llamamos al método gamma2D, con criterio 3 %, 2 mm, descartando puntos con dosis por debajo del 10 %.
g, pass_rate = D_eval.gamma2D(D_ref, dose_t = 3, dist_t = 2, dose_tresh = 10)

#   Imprimimos el resultado
print(f'El índice de aprobación es: {pass_rate:.1f} %')
plt.imshow(g, vmax = 1.4)
plt.show()

#El índice de aprobación es: 98.9 %

Datos en formato DICOM y modo de dosis absoluto

Importación de un archivo de dosis en formato DICOM

Consideraciones

• La distribución de dosis en el archivo DICOM debe contener solo dos dimensiones (2D).
• El espacio entre dos puntos (pixeles) debe de ser igual en ambas dimensiones.
• No se hace uso de las coordenadas dadas en el archivo DICOM. Ver primera consideración en el apartado Gamma index.

import Dosepy.dose as dp

#   Cargamos los archivos "RD_file.dcm" y "D_FILM_2mm.csv", ambos con 2 milímetro de espacio entre un punto y otro.
D_eval = dp.from_dicom("RD_file.dcm")
D_ref = dp.from_csv("D_FILM_2mm.csv", PixelSpacing = 2)

#   Llamamos al método gamma2D, con criterio de 0.5 Gy para la diferencia en dosis y 3 mm para la diferencia en distancia.
g, pass_rate = D_eval.gamma2D(D_ref, 0.5, 3, dose_t_Gy = True)

#   Imprimimos el resultado
print(pass_rate)

Presentación en eventos científicos

• (2021) 7mo Congreso de la Federación Mexicana de Organizaiones de Física Médica, "Desarrollo y validación de un software de código abierto para la comparación de distribuciones de dosis usadas en radioterapia" (Video disponible)

Discussion

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04-2023 Versión 0.4.0

• On the GUI, dose objects are created after loading.
• When a csv file is open, a new window shows to ask for resolution.
• Quality control tests for new versions or post installation acceptance.
• New tool for horizontal profile analysis, based on relative_dose_1d package.