放射治療科質(zhì)量控制信息化應用研究*

陳高翔　曲寶林*　馬 娜　俞 偉　戴相昆　徐壽平　杜樂輝　解傳濱　黃 祥

目前，放射治療質(zhì)量控制由之前單一設備的質(zhì)量控制轉(zhuǎn)向設備質(zhì)量控制與流程質(zhì)量控制并行的發(fā)展態(tài)勢，質(zhì)量控制管理也由以物理師為主要質(zhì)量控制人員轉(zhuǎn)變?yōu)榭剖抑魅?、醫(yī)生、技師、護士和物理師共同協(xié)作的多學科人員參與。此過程有大量材料需要管理和登記，手工記錄容易造成資料丟失及產(chǎn)生差錯，數(shù)據(jù)難歸類，查詢不方便[1-2]。

隨著信息化管理系統(tǒng)在整個放射治療過程中的廣泛應用，放射治療質(zhì)量控制過程的信息化也成為可能。本研究設計的平臺質(zhì)量控制建設從多個層次不同治療流程實現(xiàn)質(zhì)量保證信息化，將分散于放射治療流程各個環(huán)節(jié)的醫(yī)療風險進行統(tǒng)一管理，有效降低風險發(fā)生的概率[3]。

1　質(zhì)量控制平臺流程

從流程管理的層面進行質(zhì)量控制，引入流程審核機制，在放射治療流程的各個環(huán)節(jié)，進行審核確認，確保每個環(huán)節(jié)的信息輸入與輸出得到有效的保障。將放射治療涉及到的所有流程都包括在系統(tǒng)中，在每個環(huán)節(jié)中實現(xiàn)標準化、質(zhì)量控制及資源管理的作用。在任務下發(fā)和數(shù)據(jù)傳達的同時，通過消息自動通知到達各工作站終端，方便快捷。

隨著各種成像設備的應用，異源設備之間傳遞數(shù)據(jù)的標準性及可靠性成為一個限制其發(fā)展的因素。在放射治療體系中，如何對不同成像、模擬及治療設備的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理和有效的使用成為一個新的課題[4]。授權(quán)管理功能可以實現(xiàn)醫(yī)生查閱自己的工作，查看當前各放射治療環(huán)節(jié)上的患者分布情況，查看到指定患者在放射治療過程中的治療進度及相關記錄，直觀了解患者在各個放射治療流程的數(shù)據(jù)及影像信息，有助于合理調(diào)配資源?？呻S時在線查詢各設備的工作量和人員的任務安排情況，并根據(jù)具體情況合理調(diào)整任務安排，提高資源利用率和工作效率[5]。

1.1　設備質(zhì)量控制

質(zhì)量控制平臺將設備驗證的數(shù)據(jù)和驗證記錄形成數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總，同時對硬件故障通過叫號屏幕實時通知。從設備管理的層面進行質(zhì)量控制，提供設備管理模塊，記錄、查詢設備的日常檢測報告，設備故障自動記錄與報警，治療機故障信息自動發(fā)布。

1.2　物理質(zhì)量控制

從物理質(zhì)量控制的層面引入獨立的第三方計劃參數(shù)驗證機制，確保照射野參數(shù)傳輸準確無誤。對患者治療涉及的物理數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時傳輸，全流程推送，幫助物理師實時掌控質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，合理排程物理驗證，如圖1所示。

圖1　物理質(zhì)量控制中的實時物理計劃監(jiān)控界面圖

本研究將質(zhì)量保證(quality assurance，QA)數(shù)據(jù)的采集、錄入及查詢功能在質(zhì)量控制平臺中實現(xiàn)電子化和智能化，實時推送匯總報表，幫助物理師及時掌握設備情況，從管理層面實現(xiàn)設備的實時監(jiān)控。對于加速器每日的晨檢，系統(tǒng)進行自動分析、報告和存儲，發(fā)現(xiàn)錯誤或超出閾值立即給出警告，避免因加速器故障給患者帶來風險。同樣，加速器的周檢測、月檢測等內(nèi)容也會進行歸類集中，并由系統(tǒng)生成質(zhì)檢小結(jié)[6]。歸類分析中，給出加速器各檢測項的長期趨勢，幫助物理師了解加速器的性能變化規(guī)律，若某項性能長期不變，物理師則可將該測量項的測量時間間隔加大，幫助物理師合理安排質(zhì)量控制項目，節(jié)省時間[7]。對于不同的加速器，相同測量項也可以進行整合分析，利用大數(shù)據(jù)平臺為以后的加速器驗收、分析、測試等提供指導[8]。

1.3　醫(yī)療質(zhì)量控制

從治療監(jiān)控層面進行質(zhì)量控制。通過磁卡、患者ID及患者照片三位一體的方式確認當前治療患者身份，確?；颊摺鬏斢媱澕盎颊邫n案的一致性。以加速器參數(shù)容差為基準，自動確認各項處方參數(shù)與實際參數(shù)的偏差，確保治療準確無誤[9]。實時、動態(tài)跟蹤治療過程的治療參數(shù)變化，及時反映治療過程中加速器的狀態(tài)變化及照射劑量的使用情況。

1.4　質(zhì)量控制數(shù)據(jù)智能匯總及報表推送

利用云端的大數(shù)據(jù)樣本，基于數(shù)據(jù)挖掘與商業(yè)智能技術(shù)，構(gòu)建各種用于輔助決策的專家與數(shù)據(jù)庫分析系統(tǒng)，實現(xiàn)腫瘤專家經(jīng)驗和臨床知識的共享。本研究能夠構(gòu)建放射治療計劃設計輔助決策專家系統(tǒng)，根據(jù)專家經(jīng)驗知識庫，形成結(jié)構(gòu)靶區(qū)自動勾畫和計劃設計自動評分規(guī)則，為結(jié)構(gòu)勾畫與計劃設計提供臨床輔助決策依據(jù)。

構(gòu)建治療方案分析智能專家系統(tǒng)，根據(jù)臨床治療記錄和腫瘤患者隨訪信息，形成治療方案的預后評價規(guī)則，為不同治療方案對各種腫瘤疾病的療效、并發(fā)癥、生存率等指標的評估提供智能分析結(jié)果。構(gòu)建效益分析智能專家系統(tǒng)，根據(jù)各種醫(yī)療資源如治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)、直線加速器(linear accelerator，LINAC)在臨床中的不同使用情況，進行社會和經(jīng)濟效益統(tǒng)計，分析其最佳資源配比，為醫(yī)院或地區(qū)進行設備采購，資源配置，腫瘤治療合理安排等活動提供智能效益分析數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2　質(zhì)量控制數(shù)據(jù)智能匯總分析界面圖

2　質(zhì)量控制平臺應用及拓展

2.1　實現(xiàn)全面的腫瘤治療質(zhì)量控制

(1)研發(fā)獨立的第三方驗證系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡傳輸技術(shù)實現(xiàn)對放射治療數(shù)據(jù)在不同設備和系統(tǒng)之間傳輸過程的監(jiān)控和驗證，建立數(shù)據(jù)傳輸錯誤預警機制，避免錯誤數(shù)據(jù)的繼續(xù)流通[10]。

(2)實現(xiàn)信息平臺中所有環(huán)節(jié)的操作、信息修改及變更痕跡全紀錄，自動收集其他關聯(lián)系統(tǒng)相關信息。

(3)在流程中引入各種自動核對、驗證與報警機制，避免各種人為或設備造成的差錯。

2.2　建立統(tǒng)一的腫瘤治療流程規(guī)范

(1)建立流程管理標準，明晰并規(guī)范臨床路徑，提高管理及治療效率。

(2)建立權(quán)限審核與質(zhì)量控制機制，防止用戶越權(quán)操作。

(3)通過規(guī)范流程實現(xiàn)合理配置資源，提高資源使用效率。

2.3　提供完善的腫瘤影像存儲解決方案

(1)歸檔和存儲患者在放射治療各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的所有檢查和診斷圖像數(shù)據(jù)文件(CT，MR，PET，kV X-Ray，CBCT及Portal images)以及計劃和治療相關數(shù)據(jù)(RT Plan、StructureSet、RT Dose、Treatment Record)；針對非醫(yī)學數(shù)字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)的數(shù)據(jù)，如治療機設置、體位固定方式等一些其他重要的治療數(shù)據(jù)，通過Word或PDF格式存儲應用，并將這些數(shù)據(jù)和文件與患者放射治療流程形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈，方便工作人員進行基本的跟蹤、調(diào)閱及處理。并提供在線和長期存儲及數(shù)據(jù)安全的完整解決方案[11]。

(2)可方便的利用病歷號、姓名、日期范圍、機器、影像種類、病種、醫(yī)生等條件來搜索和定位保存在RTPS中的影像和數(shù)據(jù)，也可以通過DICOM、健康等級7(health level seven，HL7)標準接口和集成醫(yī)療保健企業(yè)(integrating healthcare enterprise，IHE)規(guī)范來查詢存儲在影像歸檔及傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)或其他第三方系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，在有必要的情況下，可以將其歸集到RTPS中集中存儲。允許臨床醫(yī)生把患者特定的圖像或數(shù)據(jù)從一個設備移動到另一個設備，如發(fā)送一個特定的治療方案返回到治療計劃工作站。

(3)可以集中查看已經(jīng)歸檔的任何數(shù)據(jù)，包括影像、DICOM-RT對象，包括RT Plan、StructureSet、RT Dose、Treatment Record、DVH等，以及其他非DICOM數(shù)據(jù)。

(4)可以將已經(jīng)存儲的患者影像和數(shù)據(jù)通過DICOM等標準協(xié)議恢復到原系統(tǒng)，或者傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)。

2.4　實現(xiàn)基于數(shù)字圖像的人體結(jié)構(gòu)勾畫

基于數(shù)字圖像的人體結(jié)構(gòu)勾畫可實現(xiàn)：①提供更加智能的自動化勾畫提升工作效率；②可在多種模態(tài)的圖像和任意平面勾畫；③通過影像形變配準，在患者情況發(fā)生變化時，在關聯(lián)的影像上產(chǎn)生形變的輪廓；④建立臨床專家數(shù)據(jù)庫，提供各種勾畫模板，并對勾畫結(jié)果量化評價。

2.5　實現(xiàn)腫瘤放射治療計劃的評估

在治療前根據(jù)生物劑量模型，評估計劃調(diào)強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)中的不同解剖結(jié)構(gòu)的不均勻劑量分次、立體定向放射治療(stereotactic body radiotherapy，SBRT)的不同照射間隔條件下的等效生物劑量分布。然后評估來自不同治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)的治療計劃的物理和生物劑量分布，選擇更優(yōu)的治療方案。本研究使用治療前產(chǎn)生的錐形束CT(cone beam CT，CBCT)影像，通過形變配準、處理得到患者治療過程中的實際劑量分布。同時能夠通過跟蹤患者危及器官和腫瘤區(qū)域在療程中的劑量分布變化情況，評估患者體內(nèi)的累積劑量分布情況：①將多個計劃和療程間的劑量匯總，評估患者總劑量；②跟蹤對比不同時間點的劑量分布，評估患者的治療情況；③將劑量映射到該患者其他任何檢查圖像上，評估治療方案。

2.6　實現(xiàn)腫瘤圖像審核

本研究可以將所有存儲到放射治療計劃設計系統(tǒng)(radiation treatment planning system，RTPS)的各種類型的圖像，包括kV X-Ray，CT，CBCT，MR和PET等，以及TPS的劑量文件、治療前的QA設備的劑量文件，通過配準關聯(lián)查詢，使醫(yī)生從影像角度來觀察患者在整個放射治療過程中的情況，為醫(yī)生的臨床決定提供指導和信心[12]。

3　結(jié)論

放射治療的質(zhì)量控制管理與醫(yī)療安全息息相關，設備質(zhì)量控制與流程質(zhì)量控制并行的發(fā)展態(tài)勢將使放射治療質(zhì)量控制管理更有效的應用于臨床[13]。質(zhì)量控制工作也由以物理師為主要質(zhì)量控制人員轉(zhuǎn)變?yōu)榭浦魅?、醫(yī)生、技師、護士和物理師共同協(xié)作的多學科人員參加。平臺質(zhì)量控制建設從多個層次不同治療流程實現(xiàn)質(zhì)量保證，將分散于放射治療流程各個環(huán)節(jié)的醫(yī)療風險進行統(tǒng)一管理，有效降低風險發(fā)生的概率[14]。將現(xiàn)代化智能技術(shù)以及深度學習應用于質(zhì)量控制平臺中，實現(xiàn)全面的腫瘤放射治療質(zhì)量控制，建立統(tǒng)一的腫瘤治療流程規(guī)范。將與臨床治療密切相關的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，形成系統(tǒng)化的，能夠應用于臨床的，有效的質(zhì)量控制管理體系，有效保證臨床工作路徑流暢，醫(yī)療安全無虞[15]。

本研究用于?？祁I域的臨床質(zhì)量控制，形成具有專業(yè)領域特色的質(zhì)量控制管理平臺，在治療流程管理質(zhì)量控制，設備及物理質(zhì)量控制、醫(yī)療工作及醫(yī)療安全質(zhì)量控制等方面處于業(yè)內(nèi)領先地位，具有獨創(chuàng)性和前瞻性。