質(zhì)子重離子放射治療管理系統(tǒng)的設(shè)計應用

錢海新，李 杰，Michael F.Moyers，沈莊明，陳宏亮，林子楠

（上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院放射物理科/上海市放射腫瘤學重點實驗室（20dz2261000）/上海質(zhì)子重離子放射治療工程技術(shù)研究中心，上海 201315）

目前，治療惡性腫瘤主要依賴于三大手段：手術(shù)、化療和放射治療。放射治療（radiotherapy）已經(jīng)有一百多年的歷史，傳統(tǒng)的光子（gammaand X-Ray）及其調(diào)強放射治療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）已經(jīng)進入瓶頸期。質(zhì)子和重離子放療改進了光子放療的缺點，使得現(xiàn)代放療技術(shù)躍上新的臺階。質(zhì)子和重離子束治療腫瘤是當今國際社會公認的最尖端的放療技術(shù)之一[1]。質(zhì)子和重離子束治療腫瘤需要放療設(shè)備、配套的放療計劃系統(tǒng)以及管理信息系統(tǒng)。目前，我國腫瘤放療計劃系統(tǒng)主要分為國外和本土廠商。國外廠商放療設(shè)備供應商均提供配套放療計劃系統(tǒng)，而國內(nèi)廠商熟悉國內(nèi)放療科的實際情況，可定制符合本土實際情況的放療計劃系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)。兩者在系統(tǒng)的設(shè)計上都比較完善，但是對于個性化和標準化之間的平衡上，仍存在一定差異。且當前行業(yè)內(nèi)普遍單一售賣系統(tǒng)的模式是信息系統(tǒng)無法快速落地多家醫(yī)院的重要原因[2]。我院從德國西門子引進的放療設(shè)備沒有與西門子電子連接的系統(tǒng)，也沒有可供購買的排隊管理系統(tǒng)，無法跟蹤/管理患者從入院到出院整個放射治療過程。為此，本文設(shè)計開發(fā)了質(zhì)子重離子的治療流程管理系統(tǒng)，旨在對醫(yī)院現(xiàn)存的放射治療流程管理提供一種更為先進的技術(shù)解決方案。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

在金融、電信和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的實際應用案例表明，融合架構(gòu)云服務(wù)器功耗降低超過15%，總體擁有成本降低近15%，為云計算、大數(shù)據(jù)等應用提供了更具性能功耗比優(yōu)勢的IT 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計方案[3]。因此，本系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計之初，從服務(wù)器配置的安全性、拓展性、易用性等多方面考慮，沒有采用傳統(tǒng)的實體物理機架構(gòu)，而是采用較為靈活的云服務(wù)器架構(gòu)。結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)等應用對異構(gòu)資源管理和聚合的需求，提出了一種融合架構(gòu)云服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵支撐技術(shù)。融合架構(gòu)云服務(wù)器利用硬件資源池化技術(shù)，實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、供電、制冷和管理模塊的解耦與融合重構(gòu)，具有高密度、低功耗、易擴展、易管理和易維護等特點，兼具橫向擴展和縱向擴展優(yōu)勢，可優(yōu)化系統(tǒng)部署、運維和能耗成本，顯著降低總體擁有成本。

2 系統(tǒng)開發(fā)

2.1 硬件和軟件平臺 目前，企業(yè)購買越來越多的服務(wù)器用于支持本單位的生產(chǎn)活動，因此通常存在資源浪費現(xiàn)象。因物理服務(wù)器不能共享CPU、RAM 和網(wǎng)絡(luò)等資源，這將導致企業(yè)為實現(xiàn)一套新系統(tǒng)，通常會購買一批新服務(wù)器，原有服務(wù)器的冗余資源不能共享。因此，我院先測試并分析了物理服務(wù)器與虛擬服務(wù)器的各項性能，經(jīng)過幾輪測試之后，最終發(fā)現(xiàn)在打開、重啟和關(guān)閉服務(wù)器的測試中，虛擬服務(wù)器的性能比物理服務(wù)器更好。雖然在CPU、RAM 和網(wǎng)絡(luò)的性能方面，物理服務(wù)器和虛擬服務(wù)器并沒有顯著的差異，但虛擬服務(wù)器可以實現(xiàn)資源共享[4]。基于上述測試數(shù)據(jù)，本次設(shè)計出治療信息管理計劃系統(tǒng)（Treatment Information Management Planning System，TIMPS）的硬件平臺，將3 臺物理服務(wù)器通過2臺交換機H3C 互聯(lián)互通，搭建出總的虛擬機平臺，根據(jù)需要，創(chuàng)建不同的虛擬服務(wù)器，硬件配置根據(jù)后期發(fā)展需要，隨時調(diào)整每臺虛擬服務(wù)器的硬件配置（CPU、RAM 和網(wǎng)絡(luò)）[5]。虛擬機配置情況見圖1。

圖1 虛擬機配置

我院采用3 臺惠普HPE DL380 Gen9 8SFF CTO Server 搭建云服務(wù)器平臺，采用2 臺H3C S6520 交換機對3 臺物理服務(wù)器建立互連互通，客戶端采用10 臺DELL Precision Tower 7810。軟件平臺主要采用ESXi6.5[6]、Linux7.2 和Windows Server 2012R2 等操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用MySQL 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。傳統(tǒng)的vSphere 數(shù)據(jù)中心主要采用共享存儲，當數(shù)據(jù)中心的規(guī)模隨著主機的增加而變大時，對共享存儲的要求會變得越來越高，這將導致數(shù)據(jù)中心的高性能、大容量存儲成本上升。而VMware 推出的vSAN 可以很好地解決這個問題。vSAN 利用普通的X86 服務(wù)器，使用服務(wù)器本地硬盤組成基于網(wǎng)絡(luò)的分布式存儲，可以為vSphere 虛擬化環(huán)境提供共享存儲。vSAN 是作為ESXi 管理程序的一部分本機運行的分布式軟件[7]，該套云端服務(wù)器具備較好的搭建靈活性，隨著后期業(yè)務(wù)的發(fā)展，可以靈活的修改服務(wù)器配置和硬件架構(gòu)。云端服務(wù)器架構(gòu)見圖2。

圖2 云端服務(wù)器架構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)管理功能 登陸TIMPS 系統(tǒng)后，在主界面可以看到患者的基本信息，如病種、醫(yī)生、制作計劃的物理師、負責檢查該計劃的物理師、治療階段、患者基本信息來源等。系統(tǒng)主界面見圖3。輸入需要查詢的患者姓名或者病歷號（也可只輸入關(guān)鍵字，實現(xiàn)模糊查詢），即可進入各個功能模塊：患者信息、計劃處方、治療時間進度表、查看/新建射束集、暫停治療、繼續(xù)治療、重新安排計劃物理師、打開計劃與質(zhì)量保證計劃等。該菜單根據(jù)使用者的角色不同（IT 管理員、醫(yī)生、物理師、治療師）顯示對應的菜單，見圖4。TIMPS 系統(tǒng)流程管理模塊主要包括：患者信息管理、治療進度表、治療排程管理、管理白板、電子處方、工作日歷等多項流程管理功能。

圖3 TIMPS 系統(tǒng)主界面

圖4 管理菜單

2.2.1 患者治療進度表 患者治療進度表可顯示該患者在治療過程中的不同階段、醫(yī)生、物理師、治療師等。在整個使用過程中，可掌握每個患者的進度，對護理人員具有較好的指導作用。如出現(xiàn)特殊情況，可以在進度條中暫停，并標注暫停原因，供其他崗位人員參考。除了上述功能，還具有以下作用：①便于管理層進行進度控制，發(fā)現(xiàn)工作中的瓶頸，對關(guān)鍵問題進行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率；②按月度、季度、年度統(tǒng)計每個階段的治療患者數(shù)量、病種等；③便于統(tǒng)計員工和團隊的月度、季度、年度績效考核。患者的各治療階段的進度見圖5。

圖5 患者各治療階段的進度

2.2.2 隊列管理 進度管理是針對每位患者的全治療階段的追蹤。而為了對各病種患者在整個治療過程從總體上進行實時監(jiān)控，避免治療過程中出現(xiàn)瓶頸，本系統(tǒng)還創(chuàng)建了隊列管理，見圖6。在整個治療過程中，患者經(jīng)歷的每個治療環(huán)節(jié)均可顯示；同時可以查看處于不同治療階段的患者，通過雙擊患者姓名，就可以查看患者的具體信息，包括主治醫(yī)生、計劃者、檢查計劃者、注意事項等。通過下拉菜單選擇不同醫(yī)生組（病種）的患者，也可以將治療活動下沒有患者的活動過濾掉，便于醫(yī)護人員查看本組信息。醫(yī)護人員通過選擇對應的治療科室，可過濾出本組的患者，對每個階段的患者進行實時監(jiān)控，有效掌握每個治療階段中本組患者的數(shù)量，從而有效避免患者聚集在某些工作崗位，導致出現(xiàn)瓶頸問題。同時，管理層為了提高就診的接待效率，管理就醫(yī)秩序，采用了數(shù)字化的技術(shù)手段，有效控制入院患者數(shù)量，有效提高醫(yī)院的服務(wù)水平[8]。

圖6 隊列管理

2.2.3 工作日歷 工作日歷表見圖7。通過工作日歷，可根據(jù)患者的實際情況、病種的需要及設(shè)備運行的狀態(tài)，安排患者在合適的時間，合適的治療室進行放射治療。一般護士和治療師使用該功能的頻率較高，護士可根據(jù)該排程表，安排患者在規(guī)定時間內(nèi)服藥、飲水，測量膀胱充盈量，呼吸訓練等術(shù)前準備工作；治療師可根據(jù)該表提前準備好相應的放療輔助器械；治療協(xié)調(diào)員根據(jù)設(shè)備運營狀態(tài)，隨時調(diào)整當天及后期的治療排程，含CT 檢查，制模，光子放療安排，質(zhì)子或重離子放療的時間，房間安排等。對于工作日歷表上的任務(wù)和事件，可使用不同顏色來標示，使得醫(yī)務(wù)人員一目了然，簡潔實用。對于任務(wù)和事件可以定義其優(yōu)先級，開始日期，結(jié)束日期，醫(yī)囑（操作指導），循環(huán)頻率：按周，按月循環(huán)。定義具體任務(wù)事件內(nèi)容見圖8。

圖7 工作日歷表

圖8 定義具體任務(wù)事件

3 總結(jié)

TIMPS 系統(tǒng)的開發(fā)與應用，幫助醫(yī)院建立了患者治療流程管理自動化，實現(xiàn)了整個治療過程跟蹤管理。改變了原有的工作方式，提高了工作效率，實現(xiàn)了多種功能，包括：醫(yī)生處方電子化、患者治療進度安排表（可以在設(shè)備、時間、患者自由拖動與調(diào)換）工作報表、管理隊列、管理白板、工作日歷等。該系統(tǒng)的優(yōu)勢是可對每個階段的所有患者進行實時監(jiān)控，使工作人員有效掌握每個治療階段患者的治療情況。同時系統(tǒng)采用了醫(yī)生處方電子化，內(nèi)含標準模板（個人/團隊），可降低醫(yī)生的重復手工勞動量。基于大量原始數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)可以生成各種報表，包括醫(yī)生、物理師、治療師的工作量和績效，每日第一次治療患者列表，每日最后一次治療患者列表，日/月/季度/年度的治療患者次數(shù)等。這些報表可以為收治患者決策提供數(shù)據(jù)支撐，也可用于考核員工、團隊的績效。

另外，在實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)工作流程中某些流程需要優(yōu)化，功能模塊的細節(jié)需要改進等。如需要把“簽署治療報告”步驟簡化，將其合并到“計劃檢查”步驟中。“計劃檢查”步驟需要新增加“計劃復雜天數(shù)補貼、實際完成天數(shù)”等。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全可靠，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，使用、維護簡單方便。系統(tǒng)投入使用后，優(yōu)化了我院放療流程，縮小了數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差，降低了人為操作的失誤，縮短了工作人員的工作時間，在醫(yī)院的信息化建設(shè)中取得了良好的效果。

4 展望

隨著社會的進步，人民生活水平不斷提高，健康生活的概念變得越來越流行，建設(shè)數(shù)字現(xiàn)代的醫(yī)療系統(tǒng)是未來醫(yī)療工作領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。質(zhì)子重離子放療技術(shù)應用的是專用設(shè)備、服務(wù)理念、醫(yī)療制度和社會保障的協(xié)調(diào)支撐，目前這些方面是我國醫(yī)療的薄弱環(huán)節(jié)。因此，我國可立足已經(jīng)具備條件的消費市場，重視質(zhì)子重離子尖端診療模式在國內(nèi)的發(fā)展，以需求為導向，以技術(shù)為突破，促進醫(yī)療服務(wù)升級。開發(fā)放射治療信息管理計劃系統(tǒng)，優(yōu)化放射治療流程，量化放療過程中的相關(guān)信息，實現(xiàn)放療的信息化和智能化，最終實現(xiàn)放療科和放射物理科的信息采集、信息傳遞等操作全網(wǎng)絡(luò)運作。通過系統(tǒng)的應用，提高各級醫(yī)療機構(gòu)信息化管理水平，提高信息管理的效率和準確率，確保醫(yī)院高效有序的運行，同時為利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行同質(zhì)化放療奠定基礎(chǔ)。