基于程序的遠程控制計劃系統(tǒng)的展望*

王豪杰，朱曉華，王楓，劉漢成，康世功

（北京全域醫(yī)療技術有限公司，北京 100000）

近年來，惡性腫瘤已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在公眾面前，原因是它已經(jīng)成為全球人類的主要死亡原因之一。在大多數(shù)發(fā)達國家，惡性腫瘤作為第二大死亡原因已經(jīng)嚴重的威脅到人們的生命健康。據(jù)WHO報告，2012年世界癌癥新發(fā)病例數(shù)大約1 400萬，比1990年的807萬增加了593萬，從上世紀七十年代以來惡性腫瘤的發(fā)病率一直在呈現(xiàn)上升趨勢，如果照此下去，到2020年在全球人口達到80億的情況下，全球癌癥新發(fā)病例將達到2 000萬，其中1 200萬患者將會死去[1]。我國的腫瘤新發(fā)病例約為312萬例/年，平均每分鐘會有6個人被診斷為癌癥，在這個沒有硝煙抗擊癌癥的戰(zhàn)場上，有手術、放療和化療三員大將在腫瘤治療中扮演著重要角色，根據(jù)國內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，約70%的腫瘤病患在癌癥治療過程中需要用到放射治療，隨著放療在我國近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門專門的學科，稱之為放射腫瘤治療學[2]。

腫瘤治療中放射治療屬于局部治療，利用放射線對腫瘤部位進行照射，達到根治局部原發(fā)腫瘤或轉移病灶的目的，放射治療不但可以作為獨立手段治療惡性腫瘤，還可以和手術、化療相結合共同治療腫瘤，是不可或缺的重要治療手段。

放射治療過程中的重要設備之一是放射治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system, TPS），其功能主要是影像融合、腫瘤靶區(qū)、危及器官的勾畫以及放射治療計劃的設計以及三維劑量評估、對比和驗證等，放射治療計劃系統(tǒng)是一套計算機軟件系統(tǒng)，通常情況下，醫(yī)生使用該系統(tǒng)對靶區(qū)和危及器官進行勾畫，然后確定臨床劑量處方，由物理師設計治療計劃，計算完成后，系統(tǒng)會模擬出腫瘤患者體內(nèi)的三維劑量分布，最終由醫(yī)師和物理師共同評價治療計劃，審核通過后，傳輸至機器進行治療[3]?？傊派渲委熡媱澫到y(tǒng)是放射治療實施過程中不可缺少的核心設備。

目前，當下我國操作治療計劃系統(tǒng)進行計劃設計的放療從業(yè)人員數(shù)量情況不容樂觀。據(jù)《2015 年中國大陸放療基本情況調查調研》報告指出，我國從事放療的單位由1986年開始的264 家，增至2015年的1 413家，放射治療從業(yè)人員總共為50 736人，其中醫(yī)師、物理師分別為15 841、3 294人，比例由2011年的5.24∶1降至2015年的4.81∶1，雖然近年來我國加大了物理師隊伍的建設，放療人員結構組成趨于合理，但是人員大多分布在經(jīng)濟發(fā)達的城市，而我國西部、西北等邊緣少數(shù)地區(qū)以及縣市級以下的放療單位普遍偏少，并且在這些單位的從業(yè)物理師大多不是專業(yè)的醫(yī)學物理專業(yè)，多為其他專業(yè)轉職或腫瘤醫(yī)師兼任[4-5]。另外，根據(jù)調查結果，我國有能力進行常規(guī)三維適行放射治療（three dimensional conformal radiation therapy, 3DCRT）、調強放射治療（intensity modulated radiation therapy, IMRT）以及圖像引導放射治療（image-guided radiation therapy, IGRT）的技術單位占總量的70.6%、50.1%以及31.5%，能進行先進技術如容積旋轉調強放射治療（volume modulated arc therapy, VMAT）、立體定向體部放射治療（stereotactic body radiation therapy, SBRT）的單位僅占7.9%、16.3%[6]，人員和技術方面各省、市和地區(qū)存在嚴重不均衡的現(xiàn)象，醫(yī)院進口的先進醫(yī)用電子直線加速器設備很多功能得不到有效開發(fā)和利用，TPS的不同致使數(shù)據(jù)無法共享，研究工作更無法展開，全國放療水平參差不齊，基層物理師無系統(tǒng)培訓，患者大量涌入北、上、廣等一線城市，大城市醫(yī)院人滿為患，社區(qū)醫(yī)院無人問津，醫(yī)療資源兩極化，影響著整個社會的和諧穩(wěn)定[7]。

以上放療所存在的問題目前短時間內(nèi)還沒有完美的解決方案，通過開發(fā)一類可遠程控制計劃系統(tǒng)的帶自動計劃設計的外部程序，可以輔助進行遠程分級診療，輔助開展點對點、區(qū)域性或全國性的遠程放療協(xié)作，放療基礎相對較差的基層醫(yī)院只需將患者病例數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫，高層醫(yī)院就可通過此類外部程序對計劃射野角度、優(yōu)化參數(shù)等進行設置，命令其進行計劃劑量計算，這樣不但可以有效發(fā)揮優(yōu)質醫(yī)療資源的輻射和帶動作用，合理配置醫(yī)療人才和設備資源，還可以將高級物理師的經(jīng)驗記錄寫入數(shù)據(jù)庫，供基層物理師參考學習和交流。

隨著應用的增多，還可收集全國不同地區(qū)、不同癌種腫瘤患者的病例數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫，進行腫瘤大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與應用，開發(fā)智能腫瘤數(shù)據(jù)庫，輔助臨床決斷和科研應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和信息共享交流。

對于患者來講，通過此外部程序的間接作用，在家就可享受到一線城市大醫(yī)院的腫瘤計劃設計治療服務，減輕了治療費用支出。

除了放療整體情況存在局限性外，治療計劃系統(tǒng)也有自身的限制，目前國內(nèi)主流TPS的優(yōu)化技術采用的是基于多目標的非約束性優(yōu)化技術，該技術使用現(xiàn)代的優(yōu)化算法，雖然在臨床應用上取得了很大的成功，但是隨著應用的不斷深入，其在可擴展性和可配置性上面臨很大的挑戰(zhàn)。一方面，從臨床應用的操作上來看，現(xiàn)如今主流TPS都是半自動的，放療物理師需要手動將患者的處方輸入TPS，然后根據(jù)經(jīng)驗放置最佳射野、設置各種優(yōu)化參數(shù)，進行優(yōu)化計算，如果結果不能滿足處方要求，還需要進一步調整計劃的各項參數(shù)繼續(xù)優(yōu)化，直到得出滿意的結果為止，這使得一個計劃的制作將會花費物理師大量的時間而無從他顧。另一方面，各個醫(yī)院物理師有各自的計劃設計習慣和經(jīng)驗，還有不同程度的手工步驟需求[8]，雖然TPS提供了可以自動運作的內(nèi)部腳本系統(tǒng)，但是這些腳本的語法過于簡單，基于此實現(xiàn)的功能點也有限，流暢性也欠缺，很少有現(xiàn)代高級編程語言所擁有的的流程控制、面向對象和編程模式等靈活和精準的控制手段，這使得TPS在可擴展和配置方面捉襟見肘。

針對治療計劃系統(tǒng)可擴展的局限性，通過開發(fā)一類可遠程控制計劃系統(tǒng)的帶自動計劃設計的外部程序，在程序中輸入病例信息、計算平臺信息和計劃處方要求信息，遠程傳輸至計劃系統(tǒng)，引導放療計劃系統(tǒng)啟動編譯好的主腳本，進而調取腫瘤病例數(shù)據(jù)庫進行自動計劃設計，得出相對最優(yōu)解后將計劃設計結果保存至數(shù)據(jù)庫，建立腫瘤放射治療數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交流共享和科研應用。具體方法如下：

步驟一：使用本地放療計劃系統(tǒng)啟動運行腳本，將病例信息上傳至遠端一個數(shù)據(jù)庫中；

步驟二：在外部程序中輸入病例信息、計算平臺信息和計劃處方要求信息，并傳輸至本地治療計劃系統(tǒng)；

步驟三：引導腳本命令放療計劃系統(tǒng)逐步運行自動計劃設計；

步驟四：運算結束，得出相對最優(yōu)解后，逐個運行主腳本中的多個外部程序腳本片段，將TPS的最新狀態(tài)和治療計劃數(shù)據(jù)傳輸至外部數(shù)據(jù)庫。

相對TPS原有的簡單命令，此類程序提高了放療計劃系統(tǒng)的可配置性、可擴展性以及配置的精確性、靈活性，進而提高了放療計劃系統(tǒng)的自動化程度，在技術方面得到擴展的同時，提高了腫瘤放射治療的效率。

最后，伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”概念的提出和發(fā)展，世界上以信息技術為核心的新一代科技和產(chǎn)業(yè)革命正在蓬勃興起，通過開發(fā)此類可遠程控制治療計劃系統(tǒng)的智能外部程序、利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術以及輔助開展放療云服務計劃[9]，可以不斷提高衛(wèi)生機構的服務能力，驅動放射治療事業(yè)發(fā)展，促進放療信息化建設和智慧放療的科學布 局。

[1]肖紹文. 放療在腫瘤治療中的地位和作用[EB/OL]. http：//www.haodf.com/zhuanjiaguandian/docxsw11_963275750.htm.

[2]郎錦義, 吳大可. 我國放射治療發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 四川醫(yī)學,2004, 25(9)： 1035-1038.

[3]李金凱, 孫新臣, 孫向東, 等. 放療科綜合管理系統(tǒng)的設計與應用[J]. 中國醫(yī)療設備, 2016, 31(12)： 86-88, 91.

[4]段杏麗, 尹俊清. 河北省醫(yī)療機構放射治療現(xiàn)狀調查與分析 [J]. 河北醫(yī)藥 , 2016, 38(23)： 3651-3653.

[5]郎錦義. 中國放療三十年回顧、思考與展望[J]. 腫瘤預防與治療 , 2017, 30(1)： 1-4, 6.

[6]郎錦義, 王培, 吳大可, 等. 2015年中國大陸放療基本情況調查研究[J]. 中華放射腫瘤學雜志, 2016, 25(6)： 541-545.

[7]王平, 劉軍. 現(xiàn)階段我國醫(yī)療現(xiàn)狀和問題芻議[J]. 中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè) , 2015, 12(26)： 16-18+141.

[8]樊林, 林強, 李光俊, 等. 感興趣區(qū)域在不同放射治療計劃系統(tǒng)間傳遞差異研究[J].華西醫(yī)學, 2016, 31(4)： 714-717.

[9]郭薇, 薛瀾. 互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的現(xiàn)實定位與未來發(fā)展[J]. 探索,2016(6)： 142-148.