質子重離子放射治療管理系統的設計應用

錢海新，李 杰，Michael F.Moyers，沈莊明，陳宏亮，林子楠

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

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

1 系統總體設計

在金融、電信和互聯網行業的實際應用案例表明，融合架構云服務器功耗降低超過15%，總體擁有成本降低近15%，為云計算、大數據等應用提供了更具性能功耗比優勢的IT 基礎設施設計方案[3]。因此，本系統架構設計之初，從服務器配置的安全性、拓展性、易用性等多方面考慮，沒有采用傳統的實體物理機架構，而是采用較為靈活的云服務器架構。結合云計算、大數據等應用對異構資源管理和聚合的需求，提出了一種融合架構云服務器體系結構及其關鍵支撐技術。融合架構云服務器利用硬件資源池化技術，實現計算、存儲、網絡、供電、制冷和管理模塊的解耦與融合重構，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勢，可優化系統部署、運維和能耗成本，顯著降低總體擁有成本。

2 系統開發

2.1 硬件和軟件平臺 目前，企業購買越來越多的服務器用于支持本單位的生產活動，因此通常存在資源浪費現象。因物理服務器不能共享CPU、RAM 和網絡等資源，這將導致企業為實現一套新系統，通常會購買一批新服務器，原有服務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器與虛擬服務器的各項性能，經過幾輪測試之后，最終發現在打開、重啟和關閉服務器的測試中，虛擬服務器的性能比物理服務器更好。雖然在CPU、RAM 和網絡的性能方面，物理服務器和虛擬服務器并沒有顯著的差異，但虛擬服務器可以實現資源共享[4]。基于上述測試數據，本次設計出治療信息管理計劃系統（Treatment Information Management Planning System，TIMPS）的硬件平臺，將3 臺物理服務器通過2臺交換機H3C 互聯互通，搭建出總的虛擬機平臺，根據需要，創建不同的虛擬服務器，硬件配置根據后期發展需要，隨時調整每臺虛擬服務器的硬件配置（CPU、RAM 和網絡）[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 搭建云服務器平臺，采用2 臺H3C S6520 交換機對3 臺物理服務器建立互連互通，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，數據庫采用MySQL 數據庫系統。傳統的vSphere 數據中心主要采用共享存儲，當數據中心的規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，這將導致數據中心的高性能、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 服務器，使用服務器本地硬盤組成基于網絡的分布式存儲，可以為vSphere 虛擬化環境提供共享存儲。vSAN 是作為ESXi 管理程序的一部分本機運行的分布式軟件[7]，該套云端服務器具備較好的搭建靈活性，隨著后期業務的發展，可以靈活的修改服務器配置和硬件架構。云端服務器架構見圖2。

圖2 云端服務器架構示意圖

2.2 系統管理功能 登陸TIMPS 系統后，在主界面可以看到患者的基本信息，如病種、醫生、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（也可只輸入關鍵字，實現模糊查詢），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、繼續治療、重新安排計劃物理師、打開計劃與質量保證計劃等。該菜單根據使用者的角色不同（IT 管理員、醫生、物理師、治療師）顯示對應的菜單，見圖4。TIMPS 系統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，發現工作中的瓶頸，對關鍵問題進行優化，提高生產效率；②按月度、季度、年度統計每個階段的治療患者數量、病種等；③便于統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控，避免治療過程中出現瓶頸，本系統還創建了隊列管理，見圖6。在整個治療過程中，患者經歷的每個治療環節均可顯示；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，便于醫護人員查看本組信息。醫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控，有效掌握每個治療階段中本組患者的數量，從而有效避免患者聚集在某些工作崗位，導致出現瓶頸問題。同時，管理層為了提高就診的接待效率，管理就醫秩序，采用了數字化的技術手段，有效控制入院患者數量，有效提高醫院的服務水平[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，可根據患者的實際情況、病種的需要及設備運行的狀態，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，護士可根據該排程表，安排患者在規定時間內服藥、飲水，測量膀胱充盈量，呼吸訓練等術前準備工作；治療師可根據該表提前準備好相應的放療輔助器械；治療協調員根據設備運營狀態，隨時調整當天及后期的治療排程，含CT 檢查，制模，光子放療安排，質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和事件，可使用不同顏色來標示，使得醫務人員一目了然，簡潔實用。對于任務和事件可以定義其優先級，開始日期，結束日期，醫囑（操作指導），循環頻率：按周，按月循環。定義具體任務事件內容見圖8。

圖7 工作日歷表

圖8 定義具體任務事件

3 總結

TIMPS 系統的開發與應用，幫助醫院建立了患者治療流程管理自動化，實現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，實現了多種功能，包括：醫生處方電子化、患者治療進度安排表（可以在設備、時間、患者自由拖動與調換）工作報表、管理隊列、管理白板、工作日歷等。該系統的優勢是可對每個階段的所有患者進行實時監控，使工作人員有效掌握每個治療階段患者的治療情況。同時系統采用了醫生處方電子化，內含標準模板（個人/團隊），可降低醫生的重復手工勞動量。基于大量原始數據，本系統可以生成各種報表，包括醫生、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等。這些報表可以為收治患者決策提供數據支撐，也可用于考核員工、團隊的績效。

另外，在實際使用過程中，發現工作流程中某些流程需要優化，功能模塊的細節需要改進等。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“計劃復雜天數補貼、實際完成天數”等。

本系統數據安全可靠，系統運行穩定，使用、維護簡單方便。系統投入使用后，優化了我院放療流程，縮小了數據統計誤差，降低了人為操作的失誤，縮短了工作人員的工作時間，在醫院的信息化建設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，建設數字現代的醫療系統是未來醫療工作領域的發展趨勢。質子重離子放療技術應用的是專用設備、服務理念、醫療制度和社會保障的協調支撐，目前這些方面是我國醫療的薄弱環節。因此，我國可立足已經具備條件的消費市場，重視質子重離子尖端診療模式在國內的發展，以需求為導向，以技術為突破，促進醫療服務升級。開發放射治療信息管理計劃系統，優化放射治療流程，量化放療過程中的相關信息，實現放療的信息化和智能化，最終實現放療科和放射物理科的信息采集、信息傳遞等操作全網絡運作。通過系統的應用，提高各級醫療機構信息化管理水平，提高信息管理的效率和準確率，確保醫院高效有序的運行，同時為利用大數據技術進行同質化放療奠定基礎。