一種用于腫瘤放射治療中的患者實時監護系統研制

譚庭強，李黎，李勇，廖雄飛，黎杰，王培

四川省腫瘤醫院·研究所，四川省癌癥防治中心，電子科技大學 醫學院，四川 成都 610041

引言

腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法，是當今腫瘤治療最主要的手段之一[1]，患者在接受放射治療時需要被固定在治療室內的治療床上，單獨在密閉的治療室內接受約3～20 min的治療。據國內外文獻統計，惡性腫瘤患者治療過程中有50%～70%需要接受不同目的的放射治療[2]，其中包含部分同時患有心臟疾病、腦部疾病、幽閉癥的患者，接受姑息放療的重癥患者和裝有心臟起搏器等特殊設備的患者[3-4]。這些患者在放射治療中易出現心臟驟停、突發意識喪失、有痰液患者出現痰液堵塞、休克和窒息等危機患者生命的突發意外情況[5-6]。由于已普及的監護設備在放射治療的特殊環境下很難實施對患者的有效監護，目前主要還是靠工作人員通過視頻監控來觀察患者在放射治療中的情況，當患者在治療中出現上述突發意外時，工作人員不容易及時發現(特別是使用面膜的患者)。臨床統計數據顯示，放射治療中出現患者突發心臟驟停、意識喪失等狀況的并不少見，患者安全事件和醫療糾紛時有發生。

近年來，無論是放射治療從業人員、相關學會和政府機構，還是患者及家屬、公眾都越來越重視放射治療的安全，尤其是自2010年紐約時報系列報道了關于放射治療的安全事件以來，放射治療的患者安全工作被提到了更高的議事日程上[7]，國內外相關領域的研究人員也在著手這方面的研究[8-12]。在放射治療實時監護系統的研制方面，柳先鋒等[13]就報道了通過射頻身份識別技術實現對放射治療中的患者實施多生理參數監護的方法，但目前暫未查詢到類似方法的臨床應用報道。

本研究選用藍牙無線脈搏血氧飽和度儀作為患者血氧飽和度和脈率的監測設備，一臺帶藍牙功能的PC作為工作站，通過鍵盤視頻鼠標（Keyboard Video Mouse，KVM）延長器將鍵盤、視頻信號和鼠標延長至控制室的操作臺。放射治療擺位完成后將脈搏血氧飽和度儀夾在患者的手指上，開始監測患者的血氧飽和度和脈率，實現放射治療中對患者血氧飽和度和脈率的實時監測。臨床應用中血氧飽和度能夠反映患者的呼吸情況，脈率跟患者的心率具有很好的一致性，對于這兩項生理參數的實時監測能夠幫助醫務工作人員及時發現患者呼吸心跳驟停等意外情況。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

選用深圳市科瑞康實業有限公司生產的PC-60NW型藍牙無線脈搏血氧飽和度儀作為患者脈搏血氧飽和度和脈率的監測設備。PC-60NW血氧飽和度儀采用光學測量法檢測患者的脈搏血氧飽和度和脈率，包含一臺指夾式血氧飽和度儀、手機終端軟件和PC端數據管理軟件，能夠將測量結果實時顯示在PC終端的數據管理軟件上。同時，PC-60NW還可以自定義報警限制，當測量結果超出限制時發出聲音報警信號。一臺聯想X220i帶藍牙功能、操作系統為Windows 7家庭普通版的個人筆記本電腦作為工作站；一套勝為科技公司生產的KEC-1300AB KVM延長器；約30 m長的CAT6網線一根；USB即插即用鍵盤、鼠標各一個，液晶顯示器一臺；使用銘昇公司生產的SKX-1000D型透射式脈搏血氧模擬儀作為脈搏血氧信號源對集成后的系統進行測試。該脈搏血氧模擬儀能夠模擬的血氧飽和度數值和誤差范圍分別是：98%、90%、85%、80%， 誤 差 ≤1%，75%、70%、65%、60%，誤差≤2%；能夠模擬的脈率值和誤差范圍分別是：240、180、160、120、100、80、60、30 bpm，誤差≤1 bpm。測試用的放射治療設備選用Elekta Axesse型醫用直線加速器。

1.2 系統集成方法

放射治療患者實時監護系統的系統集成連接，見圖1，無線脈搏血氧儀和PC工作站之間通過藍牙通信，使用KEC-1300AB KVM延長器和CAT6網線將工作站的視頻信號、鼠標和鍵盤延長至放射治療控制室的操作臺；脈搏血氧飽和度儀數據管理系統軟件Oximeter Data Manager V5.0.0.1安裝在PC工作站上；其中的放射治療設備可以是醫用直線加速器、伽馬刀、TOMO等外照射設備，也可以是后裝治療機等內照射放射治療設備。

1.3 系統測試方法

使用校準合格后的SKX-1000D型血氧模擬儀作為信號源，Axesse型醫用直線加速器作為放射治療設備對系統性能參數進行測試。測試時，將直線加速器的射野開到最大40 cm×40 cm，脈搏血氧飽和度儀放置于射野范圍內，血氧模擬儀置于電磁干擾屏蔽盒內，放置在加速器的射野外避免電磁干擾和射線干擾。參照文獻中報道的血氧探頭的性能檢測方法[14]對系統的性能參數作以下測試：

圖1 放射治療患者實時監護系統集成連接圖

（1）脈搏血氧飽和度的測量范圍和精度測試：設置脈率為80 bpm，血氧飽和度選擇多個測量點（98%、90%、85%、80%、75%、70%），把模擬儀的預制標準值與監護系統測量值作對比，技術要求（85%～100%）誤差為±2%，（70%～85%）誤差為±3%。

（2）脈率的測量范圍與精度測試：設置模擬儀的血氧飽和度為98%，脈率選擇多個測量點（240、180、160、120、100、80、60、30 bpm），把模擬儀的預制標準值與監護系統測量值作對比，技術要求30～250 bpm誤差為±3 bpm。

（3）血氧變化響應時間測試：設置模擬器的血氧飽和度為98%，脈率80 bpm，測量值穩定后，在3 s內將模擬血氧值調至80%，記錄測量值達到穩定所需時間；同樣的方法記錄血氧飽和度由80%上升到98%所需時間。

（4）脈率變化響應時間測試：設置模擬器的血氧飽和度為98%，脈率80 bpm，測量值穩定后3 s內將脈率調至180 bpm，記錄測量值達到穩定所需的時間；同樣的方法記錄脈率由180 bmp降至80 bpm所需的時間。

（5）放療設備的出束狀態對監護系統的影響測試：預置血氧模擬儀血氧飽和度為98%，脈率為80 bpm，在直線加速器出射線和不出射線兩種狀態下分別連續測試10 min。射線能量分別選擇6、15 MV的X射線，劑量率為600 MU/Min以及6、15 MeV的電子線，劑量率設置為400 MU/Min。測試結果采用SPSS 19.0軟件行配對樣本t檢驗，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

實時監護系統性能參數測試結果為脈搏血氧飽和度在98%、90%、85%三個測量點的誤差為±1.2%，在80%、75%、70%三個測量點的誤差為±2.9%；8個脈率測量點的測量誤差范圍為±2 bpm；血氧變化的響應時間為平均8 s，脈率變化的平均響應時間為7 s；脈搏血氧飽和度和脈率在有射線和無射線兩種狀態下的測試結果，見表1。

表1 脈搏血氧飽和度和脈率在有射線和無射線兩種狀態下測量結果比較

3 討論

本研究采用現有已普及應用的設備和器材，通過系統集成的方式研制了一套應用于放射治療中的患者實時監護系統，與目前放射治療中普遍采用的利用監控視頻觀察患者情況的方式相比，本研究所述的系統可以直接實時監測患者的生理參數，幫助醫務工作人員對患者在放射治療中的身體情況做出更準確、及時的判斷，當患者發生心跳驟停等意外時，能夠及時發現，更快采取急救措施；與傳統心電監護儀相比，本系統對患者生理參數的采集部位是手指，采集到的數據通過藍牙無線傳輸到工作站，最后在控制室內的顯示器上顯示，無需在患者身上安裝心電導聯、有線血氧探頭等有線設備，避免了對受照部位的劑量分布影響和對治療設備的運行干擾[15]；同時，本系統安裝使用簡單方便，不會增加患者治療過程的時間；系統的配置成本低，取材方便，易于普及應用。

測試結果顯示脈搏血氧飽和度和脈率的監測范圍和精度均滿足技術要求。系統對脈搏血氧飽和度和脈率變化的平均響應時間為7～8 s,較專用監護儀生產廠家普遍提供的1～3 s的響應時間相比較長，但本系統的主要用途是當放射治療中患者出現意外時，幫助醫務工作人員及時發現，故7～8 s的響應時間是可以被接受的；本系統在直線加速器出射線和不出射線兩種狀態下的測量結果表明無顯著性差異，說明本系統具有較好抗高頻和電離輻射干擾的能力，能夠在放射治療機房這一特殊環境下正常使用。

本系統的不足之處在于能夠測量的生理參數較少，僅限于患者的脈搏血氧飽和度和脈率，暫不能直接獲得患者呼吸、心電等相關重要的生理參數。后續還需進一步研究如何實現從脈搏波里提取呼吸波等重要生理參數和縮短系統的數據響應時間，使系統的功能更為完善。

4 結論

在醫療活動中保障患者安全是非常重要的，放射治療中對于重癥、患有心臟疾病等特殊患者的監護缺失存在安全隱患。本研究通過系統集成的方式實現了對正在接受放射治療患者的血氧飽和度和脈率的實時監護，測試結果表明系統的性能參數滿足臨床應用需求。臨床應用有助于醫務工作人員及時發現患者呼吸心跳驟停等危及患者生命的意外情況，在保障患者安全，減少醫患糾紛方面具有較好的臨床應用價值；此外，系統配置成本低，操作簡單，易于廣泛推廣使用。

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