放療質控信息管理系統的本地化部署和初步應用

姚凱寧，張思奇，杜乙，蒲亦晨，王美嬌，劉嘉城，王翰林，吳昊，岳海振

1. 北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所 放療科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142；2. 吉林國文醫院 放療科，吉林 長春 136100

引言

放射治療設備的性能和精度直接影響腫瘤患者放療的療效和安全性，因此放療設備的質量控制和質量保證工作至關重要。由于放療設備結構較為復雜，需要質控的參數種類繁多，儲存格式各異，導致儲存困難，可溯源性較差。以治療設備醫用直線加速器為例，按質控頻率可分為日檢、周檢、月檢、季檢和年檢參數，利用各類工具對不同參數進行測量并記錄結果[1-2]，由此產生大量格式不同的紙質版或電子版的質控數據，容易造成數據的混亂和遺失[3]。已有研究表明[4-6]，電子化的醫療文檔更加便于儲存、管理和傳輸。2019年3月18日國家衛生健康委辦公廳也發布了加強智慧醫院建設相關要求[7]，因此放療質控數據也應進行電子化管理。

QA Track+是由加拿大渥太華醫院癌癥中心研發一類完全個性化配置、免費下載、功能強大、方便管理的B/S（Browser/Server）架構信息管理平臺，可根據癌癥中心具體情況在院內局域網或外網上靈活部署和個性化配置，目前已在全球50多家知名癌癥中心推廣使用。QA Track+更多的強調兼顧放療科圖像信息格式和質控數據格式差異較大和離散性較強等特點，可全方位滿足放療科信息化管理平臺搭建需求，定制化輸入輸出、分類管理、回顧性分析、多中心協同等功能[8]，相較于其他架構的開發平臺具有獨特優勢。

本研究結合QA Track+的特點和本中心對于放療質控數據的管理需求，較為詳細的梳理該平臺的本地化部署過程，并以電子版質控數據記錄單的編程實現和數據錄入、存儲與統計分析為例，評估該軟件的臨床應用價值，為放療中心質控數據無紙化、規范化和智能化管理，提高醫療質量和效率，為提升精細化與信息化管理水平提供數據支持和應用參考。

1 QA Track+系統架構

QA Track+系統是用于管理放射治療、影像診斷和核醫學設備[9]質控數據的應用程序，具有靈活安裝、開放源代碼、數據分析功能強大以及系統設計完備等特點。目前為止QA Track+已有多個版本，推薦用戶使用最新版本軟件。

QA Track+系統架構（V0.3.0.15）如圖1所示，按權限高低可分為普通權限和高級權限。其中，普通權限主要集中在執行和審核質控數據，查看服務日志，進行趨勢分析等基本功能，具體包括以下幾點：

圖1 QA Track+系統架構

（1）執行質控程序。用戶可以選擇質控單元、查看質控序列、查看和編輯歷史數據、刪除人為原因錯誤上傳的質控結果以及監督質控序列狀態等。一個平臺可同時存在多個質控單元，而一個質控單元通常包括多個質控序列，例如每臺醫用直線加速器視為一個質控單元，每個單元可根據日檢、周檢、月檢、年檢等質控內容的具體情況設置不同加速器參數的質控序列。

（2）審核質控數據。用戶能夠選擇查看質控單元，審核質控數據以及批準質控列表。

（3）服務日志和零件應用。主要作用是記錄質控設備的主要服務事件、關機時間以及零件清單。用戶可以對服務項目進行初始化、回顧、審核以及生成報告，也可以進行回顧與追溯質控操作、添加零件應用（如加速器配件、質控設備數量和種類等）、編輯和生成報告。

（4）趨勢與分析。用戶可以分析已有數據的趨勢，生成或導出圖表。

高級權限在普通用戶權限的基礎上，增加了管理員、質控表格備份和質控單元可用時間的調整/修改等三大類權限。其中，管理員模塊包含管理質控序列、設置質控單元、認證授權、零件管理、設置服務日志、更改頁面站點名稱和編輯開源腳本等功能。質控表格備份模塊主要是在服務器不可用時提供備份記錄表格，避免數據丟失。質控單元可用時間的調整/修改：管理員已經預設了軟件的使用時間，但為了應對突發情況以及合理安排節假日，還需要進一步設置質控單元的可操作時間，以保證設備的運行/停止時間得以準確地追蹤。

2 本地部署和配置

參考QA Track+系統手冊[10]，本中心將該系統安裝在基于Ubuntu操作系統的Apache web服務器上，并采用PostgreSQL數據庫。QA Track+系統的運行環境主要依賴源代碼和應用接口（Application Interface，API）代碼，源代碼可以通過git控制系統下載[11]，后者則需要配置Python運行環境，編寫腳本在QA Track+系統中運行，從而實現對應的自定義功能。

傳輸網絡結構是保證QA Track+系統正常運行和數據安全的關鍵，需根據放療中心自身需求以及現有網絡基礎合理部署。出于可擴展性的考慮，本中心將QA Track+部署在原有網絡架構上，如圖2所示，主要分為數據中心網絡、計劃系統網絡、醫院信息系統（Hospital Information System，HIS）網絡以及治療系統網絡四個子網，具有以下優勢：

圖2 本中心QA Track+系統的網絡架構

（1）數據中心網絡是保證QA Track+系統正常運行的核心結構。本中心將數據服務器（Data Server）和應用服務器（Web Server）分別部署在兩臺不同的虛擬服務器上。區別于傳統單一服務器，本中心采用的雙服務器結構具有以下優勢：① 可采用虛擬機快照的方式進行整機備份，對Web程序和服務器進行異地備份，避免因服務器崩潰導致數據丟失；② 對Web Server起到數據分流的作用，提高系統的運行穩定性和流暢度。

（2）雙交換機結構提高核心層網絡的穩定性。核心交換層采用雙交換機結構，當單點交換機發生故障時會自動啟動熱備交換機，可最大程度避免因核心交換層故障導致的系統全面崩潰，提高系統的穩定性。

（3）允許多種類型設備的訪問。計劃系統網絡、HIS網絡以及治療系統網絡使用防火墻、堡壘機等硬件設備實現各子網安全互聯，同時保持自身邊界清晰，易于維護。該結構下Windows、Linux、macOS以及 Android、IOS設備均能訪問QA Track+系統。

（4）不同的安全策略為QA Track+系統的靈活應用提供安全保障。核心層防火墻策略較為嚴苛，僅允許QA Track+程序和數據庫端口通過。在TPS和治療網絡中均有移動設備接入，但治療網絡中的移動設備為治療專用設備，僅連接治療網絡，所以相對安全，防火墻主要隔絕與治療機的連接；TPS下移動端則相對復雜，故而增加防火墻初步攔截較為常見的ARP病毒及木馬程序。與HIS的連接是為了擴展QA Track+的應用范圍，由于HIS內均為醫院內網安全級別較高，所以不需要單獨新增防火墻。

以上各部分配置完成后，將QA Track+連接到數據庫系統，在數據庫中創建表格、安裝默認數據、創建管理員/超級用戶并重啟服務器，至此QA Track+系統的部署和配置完成，可以進入個性化配置階段。

3 用戶權限管理

QA Track+系統個性化配置時，首先要分配用戶權限，用戶可分為兩類：① 普通用戶；② 管理員/超級用戶。普通用戶擁有普通權限，管理員/超級用戶擁有高級權限。系統還支持對用戶進行分類和分組，對于不同類型的用戶可賦予不同的權限，明確用戶權限以保證系統順暢運行。

本中心按照放療人員類型將用戶分為3類：管理員、物理師和治療師。管理員僅擁有高級權限，物理師只具有全部質控單元的普通權限。將治療師按不同質控單元進行分組，治療師僅對特定的質控單元有“執行質控程序”的權限。

4 質控序列設計與管理

質控序列是QA Track+系統運行的主要操作對象，需依照質控參數來設計，以醫用直線加速器為例，可按質控頻率或參數類型進行分類管理。質控序列的設計與管理在Admin QA模塊中完成，主要分為以下幾部分：

（1） 添加 /刪除新的測試（Test），包括測試名稱（Name）、隸屬范疇（Category）、類型（Type）等信息。本中心共設置3種隸屬范疇，即機械、劑量和安全性。Type在系統內部已設置，分為布爾值、簡單數值、多項選擇、常量、字符、復合字符和文件上傳7類。Type決定Test的結果類型，其中“文件上傳”能夠直接讀取測量文件，如：DICOM文件，圖片，文本文檔等。“復合字符”類型允許用戶編寫腳本，實現自定義功能，如：DICOM文件和圖片的分析，結果的儲存等。

（2）設置閾值或參考值，以每個Test為單位設置閾值或參考值，可儲存為模板，以便遷移到其他Test應用。

（3）添加/刪除新的測試列表（Test List），即質控序列。一個質控序列往往由多個Test組成，將與同一質控參數相關的幾個Test添加到一個Test list中并命名。

（4）添加/刪除新的質控單元（Unit），質控單元需要根據放療中心的設備情況提前設置，將質控序列分配給對應的質控單元，確定質控頻率、分配執行/可見權限等。本中心設置質控頻率包括日檢、周檢、兩周檢、月檢和年檢。

（5）測試列表的導入和導出，促進不同QA Track+系統之間測試列表的共享。

上述各步驟完成后，質控序列在系統執行界面可見，驗證后便可用于臨床。

5 應用實例分析

自QA Track+系統在本中心安裝以來，首先應用在日檢參數的質控中。根據AAPM TG142報告以及本中心的質控要求，管理員/超級用戶設置本中心專用的質控序列（即電子質控記錄單的內容之一），簡要設計流程如下：

（1）從登錄首頁進入管理員（Admin）權限，進入QA模塊；

（2）根據質控參數新增若干不同功能的Test；

（3）將多個相關的Test集中放在同一個Test List中；

（4）將Test List分配給特定加速器，并指定質控頻率，進行用戶授權；

（5）設置質控參數的參考值和閾值（選做）；

（6）測試質控序列的臨床應用效果。

圖3所示為本中心的日檢質控記錄單內容，包括加速器狀態（State）和劑量學參數兩類質控列表，加速器狀態參數：加速器每天的水位、水溫、SF6氣壓等是記錄治療當天加速器基本運行狀況的指標，是開機前日檢的重要內容；激光燈的偏差是治療前激光輔助定位設備的精度檢查，同時也是無法具體量化，只能用是與否表示的參數；但無論是可量化還是不可量化的參數，均可在QA Track+系統上進行定制化的實現，形成以時間為軸的可視化數據管理方式。劑量學參數則包括不同能量下的宕機聯鎖、中心軸劑量輸出、射束平坦度、射束槍靶對稱性、射束左右對稱性以及射線質[12-13]。

圖3 本中心EDGE加速器的日檢質控記錄單

本研究統計本中心瓦里安EDGE加速器的日檢質控數據（2019.11-2020.7），分析QA Track+系統以及電子質控記錄單的臨床應用價值，質控數據由治療師在QA Track+中實時記錄，物理師對質控數據進行回顧、審核和分析，還可以獲得分析參數的趨勢圖。出于結果展示方便的目的，本研究導出全部日檢數據并利用SigmaPlot10.0繪制趨勢圖。

經統計，EDGE加速器的日檢數據結果如圖4所示，其中圖4a是水溫和SF6氣壓的變化，參考水溫需要管理員/超級用戶提前設置，用來觀察偏離情況，結果顯示水溫正常且變化較小。SF6氣壓變化相對較小，在測量數據中僅有2次測量不合格，均已查明原因并加以修正；圖4b是激光燈位置和水位的記錄結果，這兩個參數的測量結果為定性結果，可以看出激光燈和水位的穩定性較好，在近半年的時間內僅有1～2次警告出現。

圖4 本中心EDGE加速器狀態參數的統計結果

在加速器的日檢質控序列中，不同能量下劑量學參數的Test List內容一致，包括中心軸的劑量輸出（閾值為3%）、射束對稱性（閾值為±1%）和平坦度（閾值為±3%）、射線質（閾值為3%），參考值和閾值的設置同樣由管理員/超級用戶完成。宕機聯鎖極少出現，此處未予統計。圖5展示的是6 MV束流的劑量學參數分析結果，從中可以看出各參數的變化均在參考值附近，并未出現超出閾值的情況，穩定性較好，其他能量的數據分析結果與6 MV基本一致，不再贅述。

圖5 本中心EDGE加速器的劑量學參數

上述結果表明QA Track+系統的應用不僅可以實時記錄、回顧和歸檔質控數據，還能根據數據生成統計圖表，幫助物理師掌握參數變化趨勢，監測加速器的功能狀態，保證治療的安全性。

6 討論與展望

目前放療存在大量紙質版和電子版數據，容易造成混亂和遺失，臨床上亟待一類記錄整理工具的出現。QA Track+系統是一類免費、開源、功能完備的質控數據管理系統[14]，已有研究證明QA Track+在質控數據管理方面有較大的優勢[15-16]，可以很好地解決上述問題。QA Track+系統的安裝、配置以及本地化部署較容易實現，無需借助太多的信息科資源。除上述功能外，該軟件還包含應用腳本接口功能，可以滿足外部腳本/工具包訪問、上傳或數據導出等需求；服務日志可以追蹤質控測試和服務時間[17-18]；零件管理功能可以滿足物理師對設備零件的使用記錄和數量管理等需求；審核質控數據功能可以滿足高級物理師對質控數據的監督和審核等需求。

管理員/超級用戶根據放療中心自身的需求分配用戶權限，定制包含質控序列的電子質控記錄單。結合本中心的數據評價電子質控記錄單的應用價值，結果顯示基于QA Track+系統的電子質控記錄單能夠幫助治療師及時記錄加速器日檢的質控信息，擺脫了紙質版記錄單的束縛和缺陷。該軟件能隨時進行數據分析并得到圖表結果，幫助物理師掌握加速器的性能狀態，制定合理高效的質控方案。監控加速器的性能可以保證放療計劃執行地準確性，符合精確放療的發展趨勢[19]。本中心的使用經驗表明該軟件界面簡單明了、操作方便、數據分析準確。

本文中提到加速器的水位和激光燈的位置都屬于不可量化指標，日檢中水位的獲取是從加速器直接讀取通過與否的結果，激光燈的位置則是肉眼確認，受臨床治療任務的限制無法用前指針[20]逐一驗證。普通方式只能記錄此類參數的是與否結果，未能做定量分析。而QA Track+系統可以定制化記錄不可定量參數的結果（如圖4b所示），按時間軸對數據進行可視化管理，明確參數的浮動趨勢，制定個性化的質控方案。

總之，QA Track+系統功能齊備，能夠輔助數據的處理、整理和歸檔，推動質控數據無紙化、規范化和智能化管理，同時幫助物理師掌握放療設備的性能狀態，設計合理的質控方案，提高質控效率。