放療前期工作管理信息系統(tǒng)的需求分析與設計

李樂升，盧榮霞，陸佳揚

汕頭大學醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院 a.總務科；b.放療科，廣東 汕頭 515031

引言

隨著科學技術的發(fā)展和人們物質文化生活水平的不斷提高，許多原先不能發(fā)現或無法治愈的疾病正在被不斷地攻克。廣大老百姓對醫(yī)療條件尤其是高質量醫(yī)療服務的需求也與日俱增。伴隨著“健康中國”建設的推進，國家對醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的投入不斷加大，醫(yī)院各項軟硬件設施隨之提升[1]。其中的放射治療作為一個復雜、基礎知識廣的學科，治療設備也從簡單的手工操作控制提升到全面數字化信息化校準和智能化的操作治療。充分利用好這些價格高昂的治療設備更好的為患者服務，同時優(yōu)化放療流程，全面提升診療水平成為了醫(yī)院的迫切需求[2]。

長久以來，放射治療過程中使用的手寫登記和分發(fā)放療卡分時段接受治療的方法，一直存在著人工錄入準確率不可控、工作效率無法提高等問題，就目前整體市場環(huán)境而言，存在多品牌多類型的臨床信息管理軟件，適應于綜合性醫(yī)院的軟件系統(tǒng)種類繁多，但真正適合于腫瘤專科醫(yī)院尤其是針對放療流程管理的應用軟件并不多，適合中國實際放療前期工作的信息管理軟件更是鳳毛麟角[3]。在充分考慮放射治療工作流程中醫(yī)患的實際需求、操作問題、設備軟硬件更新維護的前提下，落實總體規(guī)劃，進而分步實施。本文旨在對放療前期系統(tǒng)軟件進行規(guī)劃與設計，建立一個運行穩(wěn)定、運作高效和功能完善的放射治療前期工作管理系統(tǒng)，優(yōu)化放射治療工作流程，縮短病人放療前等待時間，提高放療學科整體管理水平，滿足未來5～10年醫(yī)院信息化建設的發(fā)展需求。

1　放射治療前期工作管理信息系統(tǒng)的需求分析

需求分析是一項重要的工作，也是較為困難的工作。該階段工作有供需交流困難、需求動態(tài)化、后續(xù)影響復雜的特點[4]。需求分析是對用戶的業(yè)務活動進行分析，明確在用戶的業(yè)務環(huán)境中軟件系統(tǒng)應該“做什么”。獲取需求作為需求分析的第一步，需要系統(tǒng)開發(fā)人員和用戶進行直接、全面、深入的交流，以便獲取使用方對管理信息系統(tǒng)全方面的功能需求[5]。在獲取正確需求信息的方法上，采用多種形式來匯集，例如與用戶直接交流、發(fā)放問卷調查等有效方式，同時也需要深入現場，了解實際工作流程。與客戶的每次交流之后，都應及時對獲取的信息進行分析歸類，展開設計團隊開發(fā)論證，匯總整理、分析篩選用戶需求。設計團隊還應做好下一階段的開發(fā)計劃和設計流程以便提交給用戶確認[6]。需求分析人員可以申請參與用戶的具體工作，獲取真實的一手材料，理解、掌握整個業(yè)務流程。

1.1　系統(tǒng)業(yè)務需求分析

我們分析匯總用戶相關業(yè)務需求，將用戶的業(yè)務要求歸結為兩個方面：優(yōu)化放射治療工作流程，提高治療效率，降低治療成本，促進醫(yī)患和諧；提高科室的信息化水平，降低人為造成的錯誤率。

1.2　系統(tǒng)用戶需求分析

放射治療前期工作中，放療醫(yī)生、物理師、機房技師等用戶對軟件有以下功能需求：對放療患者進行CT模擬定位掃描，登記患者相關信息，CT掃描結果以列表形式導出；解決計劃申請中的放療技術，開具處方劑量，選定治療機器，明確設計要求，確定遮擋形式、各階段治療次數，優(yōu)化目標等規(guī)范數據輸入；醫(yī)生開具放療計劃申請單時以系統(tǒng)下拉菜單或優(yōu)化目標條件模板輸入的形式進行人機交互，避免大量的文字輸入過程；等待設計、確認、打印的放療計劃的查詢顯示功能；放療計劃全過程的設計、確認、打印等相關人員的簽名；遠程進行放療模擬機房和放療治療機房的選擇、預約功能；全流程信息錯誤報警提示，如放療計劃階段重復提示，機器預約重復提示，劑量或數值不合理提示等；人機交互界面簡潔、美觀、友好；操作實現功能包括系統(tǒng)設置、數據庫參數設置、用戶權限確認管理等，并且能能夠與醫(yī)院放療科放療信息系統(tǒng)通過Dicom RT的格式進行連接[7]。

1.3　系統(tǒng)的性能需求分析

通過對醫(yī)院放療科工作全流程的了解，設計人員在進行系統(tǒng)性能分析時應著重考慮放療前期工作管理，應以CT掃描患者資料的管理、與患者資料關聯的放療計劃管理、設備機器預約作為3條主線，對整個軟件系統(tǒng)當中的各個模塊分別進行設計和開發(fā)。為適應放療科業(yè)務的發(fā)展現狀和未來趨勢，同時滿足放療學科長遠的科研發(fā)展需求，該軟件系統(tǒng)還應具備較為完善的歷史查詢統(tǒng)計功能。系統(tǒng)不僅維護方便、操作簡單、界面友好，而且具有較高的安全性、穩(wěn)定性、可維護性，滿足未來功能需求的可擴展性，實現科室內部資源共享的同時能夠與科室以外的系統(tǒng)進行對接。此外，該軟件系統(tǒng)還應具備在使用更新及維護上有較高的性價比。

2　放射治療前期的工作流程介紹

放射治療的前期工作應嚴格遵守放療相關流程：首先由主治醫(yī)生根據腫瘤患者的實際情況制定初步放療方案；隨后預約常規(guī)模擬定位機進行體位固定器的制作，該固定器一方面讓患者得到一個較舒適的、重復性好的正確的治療體位，另一方面還要求在照射過程中體位保持不變，確保放療過程中射線靶向在患者體表的準確性；接著預約CT模擬定位機，對患者進行CT掃描，確定放療等中心點，同時獲取患者CT影像資料并同步上傳至放射治療計劃系統(tǒng)[8]，由物理師進行初步導入處理；然后由醫(yī)生勾畫并確定放療靶區(qū)，申請放療計劃并填寫計劃要求及優(yōu)化目標，再由物理師設計放療計劃方案；接下來由放療主任醫(yī)生對該治療計劃進行評估，如果計劃未通過評估，則重新設計或優(yōu)化放療計劃，如果計劃評估獲得通過，即可通知放療機房預約直線加速器，開始準備給患者做放射治療。放射治療前期的工作流程，見圖1。

圖1　放射治療前期的工作流程圖

3　放射治療前期工作管理信息系統(tǒng)的網絡拓撲結構

系統(tǒng)在開發(fā)的過程中不僅應關注運行的穩(wěn)定性，而且要保障其網絡結構設計的安全性和可靠性。該系統(tǒng)在開發(fā)之初就確定了以配置主備雙服務器冗余備份為基礎的設計原則[9]，確保醫(yī)院正常的就醫(yī)就診秩序。考慮到醫(yī)院所處地理位置的實際情況，多臺放射治療設備分布于門診綜合樓及住院部地下室內，與服務器并不處于同一座建筑物內且相隔距離較遠。根據這一特殊的實際情況，同時為了提高系統(tǒng)可靠性以及便于日常維護管理，設計方案確定在多個網絡交換機之間使用單模光纖進行數據交換，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。置于醫(yī)院住院部的主干中心交換機均采用全千兆交換機。各預約部門的數據量較小，可以采用百兆快速以太網交換機或者百兆下行端口、千兆上行端口的以太網交換機[10]，見圖2。

圖2　系統(tǒng)網絡拓撲圖

4　放射治療前期工作管理信息系統(tǒng)的設計原則

標準模塊化及穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)設計的優(yōu)先考慮原則，其次還應遵循階段開發(fā)、易用性、業(yè)務完整性、業(yè)務規(guī)范化及可擴展性原則。整個系統(tǒng)存放著大量治療數據信息，絕大部分都是臨床科學研究的寶貴數據，記錄著全部就診患者從入院開始的全周期治療過程，這也決定了該系統(tǒng)必須絕對穩(wěn)定可靠[11]。設計過程明確低空間占用和快速響應原則。放射治療全過程所產生的數據量可觀，低空間占用可以在較長的一段時間內避免系統(tǒng)存儲擴容，降低使用及維護成本；快速響應貫穿放療開始到結束的全過程，關系到整個系統(tǒng)的反應速度、運行效率及用戶體驗，這就要求系統(tǒng)采用可靠高效的代碼來構建。數據庫的設計要合理組織用戶需要的數據，支持數據的處理，數據完整可靠，讀寫便捷，便于理解和維護，減少數據沖突[12]。

5　放射治療前期工作管理信息系統(tǒng)的組成結構

5.1　系統(tǒng)硬件方案

選擇系統(tǒng)硬件有一個重要的原則，如何協(xié)調產品的性能和價格，從理論上講新技術、高性能的產品肯定有著優(yōu)越的性能。但產品價格高昂，盡管性能較高，但因自身競爭力度不夠導致價格虛高，對于硬件產品的選擇，既要選擇符合用戶的實際需求，又留有適當升級擴展空間[13]。在追求新技術的同時，也要適當考慮未來的拓展和兼容，整個系統(tǒng)使用的硬件，至少在未來6年內，留有系統(tǒng)性能升級要求的各種余地。設計人員在對醫(yī)院放療科工作業(yè)務和醫(yī)院技術人員及醫(yī)生的使用要求進行了解、分析后，認為本系統(tǒng)采用雙服務器主備設備，是比較實用和經濟方案。同時利用以太網交換機來保證了系統(tǒng)網絡的高速和穩(wěn)定。

5.2　系統(tǒng)軟件方案

在系統(tǒng)軟件選擇方案上，目前主流的方案主要有兩種,一種是比較大眾化的Windows Server平臺，另外一種則是對技術要求較高的Linux平臺。眾所周知，Linux具有以下優(yōu)點：免費、可定制、機制高度靈活；性能出眾、使用穩(wěn)定。但Linux需要精通掌握Linux操作系統(tǒng)和計算機網絡的軟件人員才能全面控制[14]。另外一個系統(tǒng)選擇方案Windows Server桌面操作系統(tǒng)是Windows的服務器版本。Windows是目前最成熟的網絡操作系統(tǒng)，而Windows Server 的應用環(huán)境與Windows相似，除了簡單方便的GUI界面，還配有成熟的售后培訓服務與支持。出于對醫(yī)院當前使用環(huán)境的綜合考慮，該軟件采用了Windows Server作為系統(tǒng)軟件平臺。

5.3　數據庫系統(tǒng)和軟件體系結構

目前在我國較為流行的分布式數據庫管理信息系統(tǒng)有Oracle、MS SQL Server、Infomix、PostgreSQL等[15]。在一般大型的數據庫系統(tǒng)中主要使用的是Oracle系統(tǒng)。MS SQL Server系統(tǒng)的擴展性較為良好。Informix系統(tǒng)主要應用范圍是銀行，金融等對安全要求較高的環(huán)境[16]。PostgreSQL系統(tǒng)不僅靈活實用，還具有大型數據庫的各種功能。依據放療科放療流程的實際情況綜合考慮，本系統(tǒng)數據庫系統(tǒng)選用PostgreSQL，它具有高穩(wěn)定，高可擴展和高安全性，能夠滿足放療科的日常需求。

整個系統(tǒng)的核心是數據庫，放療信息系統(tǒng)的核心也是數據庫的編寫。患者的治療效果與數據庫的安全關系緊密聯系，提高數據庫的安全性和準確性對于提高醫(yī)院放療工作的效率和聲譽有重大幫助，因此做好數據庫安全規(guī)劃至關重要。數據庫安全第一步是完善身份認證。本系統(tǒng)利用PostgreSQL軟件編寫，采用獨立用戶認證的模式，設計人員需要在運行Windows系統(tǒng)單獨建立Postgres用戶，保證了客戶端和數據庫的安全對話。

按功能設計，本系統(tǒng)計劃設置6個模塊，具體是提前預約管理，資料掃描管理，放療計劃管理，調強管理，字典設置及系統(tǒng)基本設置。功能結構，見圖3。

圖3　功能結構

字典庫的數據項設置：包括醫(yī)生、科室、預約時間片、機器、調強計劃優(yōu)化、腫瘤類型、處理狀態(tài)、放療技術等等。為了下拉菜單選擇需要，系統(tǒng)在每個數據項的字典庫在設計上都至少包含3個方面的內容，即項目分類、項目內容、排序，見圖4。

圖4　字典庫

其次是對授權訪問的控制。授權訪問控制會對用戶的每一次關鍵操作進行授權控制的要求。訪問PostgreSQL的權限；考慮到各用戶的權限，在用戶表格中對各用戶進行了權限設置。還有數據庫加密數據。主要是通過Base 64對數據庫的字段和關鍵數據進行加密，避免數據被偵聽和截獲后造成數據泄露。

6　放射治療前期工作管理信息系統(tǒng)的測試及結論

基于對軟件測試是保障開發(fā)質量的關鍵，測試用戶使用的滿意度，恢復測試，強制性使軟件出錯或中斷使用，檢查軟件的恢復能力。

功能及界面測試：對該程序的測試，對于系統(tǒng)配置及詞典方面，一般只是軟件管理員進行處理，經過運行，基本正常。本程序主要在預約功能、掃描資料管理功能及患者計劃資料管理功能進行測試，以確保系統(tǒng)可用并且穩(wěn)定。

預約功能測試，見表1。5個測試用例全部正常運行。在該次測試中，主要針對多用戶的情況進行了大量數據的隨機及并發(fā)測試，在數據覆蓋情況下，正常出現提示，沒有出現數據覆蓋及異常情況，數據定時更新，轉換功能正常。

表1　預約功能測試用例表

掃描資料管理測試，見表2。6個測試用例全部正常運行。在該次測試中，用戶更新數據正常。對本表的查詢更新正常。根據掃描資料查詢患者數據的功能正常。

表2　掃描資料功能測試用例表

患者資料管理測試，見表3。7個測試用例全部正常運行。在該次測試中，用戶更新數據正常。對本表的查詢正常。根據患者資料查詢掃描數據的功能正常。對于不同的用戶權限，對每個確認都正常彈出登錄窗口，并能夠正常處理。

通過一系列的測試工作，并在放療科室的試運行情況表明：本信息系統(tǒng)能夠達到設計要求，運行穩(wěn)定，能夠滿足放療科醫(yī)生、物理師、技師的對數據的添加、修改、刪除、查詢、統(tǒng)計等操作要求，并且數據準確；由于外部環(huán)境不斷變化，需要系統(tǒng)不斷去適應，因此系統(tǒng)的維護工作也是一項長期的工作。

表3　患者資料管理功能測試用例表

7　總結和討論

通過本系統(tǒng)，可以更好的為放療科室實現機器預約和資料登記，提高了工作效率，可以快速、準確的管理放療計劃流程；優(yōu)化檢索使查詢快捷準確，實現優(yōu)化放療診治流程，所存儲的數字化臨床信息更為醫(yī)學科研及教學留下了寶貴的參考學習資料，為相關學科的長遠發(fā)展奠定堅實基礎[17]。

放射治療前期工作管理信息系統(tǒng)旨在著重實現放射治療開始前及放療結束后流程的信息化改造，實現全過程數字化傳輸和存儲，這將大大降低人為的工作強度[18]，節(jié)約放療醫(yī)生和物理師等放射工作人員的時間陳本，提高工作效率，實現軟件自身優(yōu)勢；對于就診病人而言能夠節(jié)約治療成本，減少患者就診壓力，緩和并改善目前緊張的醫(yī)患關系，推動和諧醫(yī)療環(huán)境的健康持續(xù)發(fā)展。

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