醫用直線加速器質量控制管理系統的設計與開發

姜筱璇，賴佳路，傅玉川

四川大學華西醫院 放療科，四川 成都 610041

引言

放射治療（放療）在惡性腫瘤治療中扮演著重要角色[1]。近年來，放療已快速進入精確治療時代[2]。醫用電子直線加速器作為放療的主要設備，其嚴格的質量控制（質控）工作是保證放療精確實施的先決條件[3-4]。其中質控數據的保存是每一個放療中心開展治療行為的記錄，能夠為醫療事故、醫療糾紛提供舉證。目前多數放療中心仍然依賴紙質留檔的保存方式進行質控數據的管理。隨著質控工作流程和項目的逐漸細化[5]，紙質數據保管的難度逐步加大。因年久而導致紙質文件發潮、字跡模糊等問題也隨之顯現，同時還存在紙質文檔丟失的風險，不利于質控數據的查詢、分析和歸納。另一方面紙質留檔既占用了大量存儲空間也增加了醫院醫療耗材[6]。目前商用化的相關產品如Sun Nuclear公司制造的Daily QA3、PTW公司的QUICK-C等晨檢儀，可以完成一部分質控數據管理工作[7-8]，但無法實現醫院的個性化需求。例如，我院共有9臺不同廠家和型號的直線加速器，質控數據種類多，商用軟件很難滿足所有的信息管理要求。為了滿足醫療質量精細化管理要求，本文基于Qt Creator設計了一款醫用直線加速器無紙化質量控制管理系統。

1 材料與方法

1.1 系統簡介

直線加速器質量控制管理系統功能采用窗口式交互界面，使用菜單與按鍵結合的方式來實現數據管理基本功能。系統開發基于Windows 10 64 位操作系統(內存16 G)和Qt Creator 4.7.1集成開發環境，采用C++語言進行開發，使該系統易于擴展，增強可移植性。

1.2 信號與槽機制

Qt Creator是一個完整的C++圖形用戶界面應用程序開發框架，可以按照開發者的意愿建立圖形用戶界面，隨時進行顯示和修改，具有良好的通用性，可保證不同平臺之間設計與轉換的兼容性[9]。

信號與槽（Signal & Slot）是Qt編程的核心，能夠實現Qt 對象間的通訊。信號（Signal）是在特定情況下被發射的事件，槽（Slot）是對信號響應的函數[10]。在程序中，使用 QObject::connect()函數實現信號與槽的關聯，其基本格式是：connect(sender, SIGNAL(signal()),receiver, SLOT(slot()))。其中，sender 是發射信號的對象名稱，signal() 是信號名稱，receiver 是接收信號的對象名稱，slot() 是槽函數的名稱。本文開發的系統采用了大量的信號與槽函數來實現人機交互以及各個功能模塊之間的交互。

1.3 模塊化開發設計及功能模塊介紹

為了使程序設計、調試和維護等操作簡單化，本系統采用模塊化的開發方式進行設計。開發過程中將每個主要功能看作為一個功能模塊，各模塊之間的通信使用上文提到的信號與槽機制。結合我院質控需求，本系統主要由五個功能模塊組成（圖1），分別為系統登錄、質控類型選擇、質控參數記錄、數據分析以及文檔打印模塊。當醫院質控需求改變或增加時，只需要獨立修改對應模塊或者添加新的功能模塊即可。

圖1 直線加速器質量控制管理系統功能模塊

圖2為成功登錄系統后的主界面，界面由菜單欄、工具欄、中心窗口和狀態欄組成，用戶可以通過菜單欄和工具欄實現各種期望的操作。按照放療質控的基本流程，工具欄從左到右采取新建＞打開＞保存＞數據分析的排列方式。這種排列方式符合質控團隊日常的工作流程習慣、邏輯清晰、易于操作。

圖2 直線加速器質控管理系統界面

點擊新建按鈕后，系統會彈出質控類型選擇模塊的窗口用以確認質控機器和質控類型（周質控、月質控或年質控），機器和質控項目類型均為必填項。質控參數記錄模塊如圖3a所示，質控參數記錄模塊能夠方便質控團隊高效地錄入當下記錄的加速器參數，并按照報告上的通過標準對各個參數進行評估，最后簽字、保存。同時，各個測量參數類型下提供了備注欄，方便記錄質控人員的備注信息。圖3b為系統的核心模塊——數據分析模塊。該模塊可根據用戶的具體需求，顯示某個時間或者時間段某臺加速器某屬性的變化情況，并能夠實現電子保存功能。

圖3 加速器質控參數記錄和數據分析模塊

2 結果

2.1 系統運行測試

為了驗證軟件的實用性和準確性，我們基于Windows 7、Windows 10兩種常用的操作系統對該軟件平臺的可拓展性情況進行測試。結果顯示，該系統要在其他電腦上運行，除編譯生成的執行文件外還必須結合其余六個動態銜接庫，分別為libwinpthread-dll、Qt5Core.dll、Qt5Gui.dll、libgcc_sdw2-1.dll、libstdc++-6.dll、Qt5Widgets.dll。最終系統文件大小為48 M，該系統可以在上述兩種操作系統上平穩運行，啟動時間均低于2 s，軟件平臺各個模塊間切換流暢。

其次我們測試了軟件平臺的數據安全性。本課題組將9臺直線加速器各10次的質控數據輸入了該系統，通過各個功能模塊的操作最終打印出這些質控數據的PDF報告，圖4是根據某次質控結果打印出來的文檔報告，我們將此報告與錄入的數據進行對比，通過分析發現打印報告與我們輸入的數據完全一致，該測試證明本系統具有很好的安全性。

圖4 質控報告示例

2.2 應用效果

為檢驗本系統質控數據管理效率，我們將本系統應用后的質控工作時間同科室現有的紙質版工作模式所需時間進行比較測試。紙質版記錄質控數據的工作模式包括：打印本次質控報告單、整理質控設備、直線加速器質控及數據記錄、質控團隊整理匯總質控報告單、數據統計分析等。本系統的應用可免去打印質控報告單的步驟，另外整理質控設備的工作所需時間也不受系統是否上線影響。我們對我院兩臺醫科達加速器進行周質控，質控項目相同，分別使用紙質報告單和本系統記錄數據，根據質控團隊現有的時間數據留檔，共進行過20次比較，現場質控時間記錄范圍由到達直線加速器治療間開始到該次質控工作結束為止。同時，為檢驗本系統對質控數據分析效率提高的有效性，分別使用Excel和本系統處理同一組數據并繪制圖表，統計了兩種方法所用時間，并利用不同加速器的質控數據進行了重復性測試。

采用SPSS 25.0進行統計學檢驗，計量資料使用均數±標準差表示，質控工作和數據分析工作時間比較使用配對t檢驗，規定P＜0.05為差異存在統計學意義。在加速器現場進行質控的同時記錄數據所需時間在兩種方法間相近，且無統計學差異。然而，數據統計、分析階段采用本系統能夠顯著提高數據管理效率，節約95%的時間，且差異具有統計學意義（P＜0.05）（表1）。

表1 對比紙質版工作模式和本系統質控工作時間結果（min）

圖5展示的是本系統進行數據分析后的結果，圖5a是以我院一號機加速器為例，繪制其在2020年10月期間，機械等中心精度測量的數據變化，此處設計加入鼠標懸浮提示功能，即當鼠標放置于誤差較大的點時，系統會有相應提示信息。另一方面，直線加速器中心軸的絕對劑量輸出的穩定性和準確性檢測也是質控工作關注的重要指標，我們以我院三號機2020年的絕對劑量數據為例繪制出散點圖（圖5b）。本系統能夠直觀地為質控團隊提供絕對劑量隨時間變化的波動趨勢，方便團隊定期對加速器進行校準和維護。

圖5 質控數據分析示例

實現對質控數據無紙化管理是本系統的另一大優勢。據估計，我院共計9臺直線加速器，包括周質控、月質控和年質控在內的各項質控工作每年約消耗上千張A4紙，而使用本系統進行數據管理，年質控數據約占內存120 M，且可根據需求打印指定的報告和圖表，這將顯著地節省醫院耗材，減少實體儲存空間。

3 討論

目前，醫療行業逐步邁向現代化、信息化，然而醫學數據的重要價值能否實現依然面臨著來自各方面的挑戰，如數據的來源、整合與儲存，數據的分析與建模，數據的結果解析與科研成果轉化等[11]。本系統的應用能夠幫助物理師團隊或質控團隊高效地處理直線加速器的質控數據，對臨床工作帶來極大便利。經過系統的測試和改進之后，本系統的數據分析功能能夠良好地適應放療單位的工作需求。截至2021年2月，本系統已錄入5個月的質控信息，其穩定性與方便性已經得到證實，此外，本系統還能為團隊免去了每周或每月匯總整理質控表單的工作。利用系統的分析功能，本中心加強了與工程師團隊的交流，以便更好把握加速器機械精度與劑量測量的偏移情況，方便工程師盡快予以維修或調整。與商用的軟件相比，本系統因采用個人的登錄權限設置，降低了因登錄同一賬號而無法追蹤操作者個人行為的風險，從而保證了質控信息的精確記錄。

精準放療是放射治療團隊全體工作人員協作的目標，這也要求質控團隊能夠嚴格把控直線加速器的工作狀態，以滿足臨床治療要求。放射治療的質控流程不僅包括醫用直線加速器的質控，還包括對其他設備如模擬定位CT[12]、放射治療輔助設備[13-14]、放療計劃[15-16]、放療病人及放療流程等的質量管理，我們將在未來的工作中逐步加入新的管理模塊，完善該放射治療質量控制管理系統。

4 結論

長期運行結果表明，本系統有效地提高了放療質控團隊的工作效率和質量，極大節省了醫院的醫療耗材，減少了文檔存儲空間，保證了質控數據存儲的完整性和安全性，為質控人員對質控數據進行分析提供了便利。由于采用了模塊化的編程方式，該系統可拓展性強，能快速應用于新機器的模型建立。總之，該系統具有廣闊的應用前景和重要的臨床應用意義。