放疗质控信息管理系统的本地化部署和初步应用

姚凯宁，张思奇，杜乙，蒲亦晨，王美娇，刘嘉城，王翰林，吴昊，岳海振

1. 北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所 放疗科 恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室，北京 100142；2. 吉林国文医院 放疗科，吉林 长春 136100

引言

放射治疗设备的性能和精度直接影响肿瘤患者放疗的疗效和安全性，因此放疗设备的质量控制和质量保证工作至关重要。由于放疗设备结构较为复杂，需要质控的参数种类繁多，储存格式各异，导致储存困难，可溯源性较差。以治疗设备医用直线加速器为例，按质控频率可分为日检、周检、月检、季检和年检参数，利用各类工具对不同参数进行测量并记录结果[1-2]，由此产生大量格式不同的纸质版或电子版的质控数据，容易造成数据的混乱和遗失[3]。已有研究表明[4-6]，电子化的医疗文档更加便于储存、管理和传输。2019年3月18日国家卫生健康委办公厅也发布了加强智慧医院建设相关要求[7]，因此放疗质控数据也应进行电子化管理。

QA Track+是由加拿大渥太华医院癌症中心研发一类完全个性化配置、免费下载、功能强大、方便管理的B/S（Browser/Server）架构信息管理平台，可根据癌症中心具体情况在院内局域网或外网上灵活部署和个性化配置，目前已在全球50多家知名癌症中心推广使用。QA Track+更多的强调兼顾放疗科图像信息格式和质控数据格式差异较大和离散性较强等特点，可全方位满足放疗科信息化管理平台搭建需求，定制化输入输出、分类管理、回顾性分析、多中心协同等功能[8]，相较于其他架构的开发平台具有独特优势。

本研究结合QA Track+的特点和本中心对于放疗质控数据的管理需求，较为详细的梳理该平台的本地化部署过程，并以电子版质控数据记录单的编程实现和数据录入、存储与统计分析为例，评估该软件的临床应用价值，为放疗中心质控数据无纸化、规范化和智能化管理，提高医疗质量和效率，为提升精细化与信息化管理水平提供数据支持和应用参考。

1 QA Track+系统架构

QA Track+系统是用于管理放射治疗、影像诊断和核医学设备[9]质控数据的应用程序，具有灵活安装、开放源代码、数据分析功能强大以及系统设计完备等特点。目前为止QA Track+已有多个版本，推荐用户使用最新版本软件。

QA Track+系统架构（V0.3.0.15）如图1所示，按权限高低可分为普通权限和高级权限。其中，普通权限主要集中在执行和审核质控数据，查看服务日志，进行趋势分析等基本功能，具体包括以下几点：

图1 QA Track+系统架构

（1）执行质控程序。用户可以选择质控单元、查看质控序列、查看和编辑历史数据、删除人为原因错误上传的质控结果以及监督质控序列状态等。一个平台可同时存在多个质控单元，而一个质控单元通常包括多个质控序列，例如每台医用直线加速器视为一个质控单元，每个单元可根据日检、周检、月检、年检等质控内容的具体情况设置不同加速器参数的质控序列。

（2）审核质控数据。用户能够选择查看质控单元，审核质控数据以及批准质控列表。

（3）服务日志和零件应用。主要作用是记录质控设备的主要服务事件、关机时间以及零件清单。用户可以对服务项目进行初始化、回顾、审核以及生成报告，也可以进行回顾与追溯质控操作、添加零件应用（如加速器配件、质控设备数量和种类等）、编辑和生成报告。

（4）趋势与分析。用户可以分析已有数据的趋势，生成或导出图表。

高级权限在普通用户权限的基础上，增加了管理员、质控表格备份和质控单元可用时间的调整/修改等三大类权限。其中，管理员模块包含管理质控序列、设置质控单元、认证授权、零件管理、设置服务日志、更改页面站点名称和编辑开源脚本等功能。质控表格备份模块主要是在服务器不可用时提供备份记录表格，避免数据丢失。质控单元可用时间的调整/修改：管理员已经预设了软件的使用时间，但为了应对突发情况以及合理安排节假日，还需要进一步设置质控单元的可操作时间，以保证设备的运行/停止时间得以准确地追踪。

2 本地部署和配置

参考QA Track+系统手册[10]，本中心将该系统安装在基于Ubuntu操作系统的Apache web服务器上，并采用PostgreSQL数据库。QA Track+系统的运行环境主要依赖源代码和应用接口（Application Interface，API）代码，源代码可以通过git控制系统下载[11]，后者则需要配置Python运行环境，编写脚本在QA Track+系统中运行，从而实现对应的自定义功能。

传输网络结构是保证QA Track+系统正常运行和数据安全的关键，需根据放疗中心自身需求以及现有网络基础合理部署。出于可扩展性的考虑，本中心将QA Track+部署在原有网络架构上，如图2所示，主要分为数据中心网络、计划系统网络、医院信息系统（Hospital Information System，HIS）网络以及治疗系统网络四个子网，具有以下优势：

图2 本中心QA Track+系统的网络架构

（1）数据中心网络是保证QA Track+系统正常运行的核心结构。本中心将数据服务器（Data Server）和应用服务器（Web Server）分别部署在两台不同的虚拟服务器上。区别于传统单一服务器，本中心采用的双服务器结构具有以下优势：① 可采用虚拟机快照的方式进行整机备份，对Web程序和服务器进行异地备份，避免因服务器崩溃导致数据丢失；② 对Web Server起到数据分流的作用，提高系统的运行稳定性和流畅度。

（2）双交换机结构提高核心层网络的稳定性。核心交换层采用双交换机结构，当单点交换机发生故障时会自动启动热备交换机，可最大程度避免因核心交换层故障导致的系统全面崩溃，提高系统的稳定性。

（3）允许多种类型设备的访问。计划系统网络、HIS网络以及治疗系统网络使用防火墙、堡垒机等硬件设备实现各子网安全互联，同时保持自身边界清晰，易于维护。该结构下Windows、Linux、macOS以及 Android、IOS设备均能访问QA Track+系统。

（4）不同的安全策略为QA Track+系统的灵活应用提供安全保障。核心层防火墙策略较为严苛，仅允许QA Track+程序和数据库端口通过。在TPS和治疗网络中均有移动设备接入，但治疗网络中的移动设备为治疗专用设备，仅连接治疗网络，所以相对安全，防火墙主要隔绝与治疗机的连接；TPS下移动端则相对复杂，故而增加防火墙初步拦截较为常见的ARP病毒及木马程序。与HIS的连接是为了扩展QA Track+的应用范围，由于HIS内均为医院内网安全级别较高，所以不需要单独新增防火墙。

以上各部分配置完成后，将QA Track+连接到数据库系统，在数据库中创建表格、安装默认数据、创建管理员/超级用户并重启服务器，至此QA Track+系统的部署和配置完成，可以进入个性化配置阶段。

3 用户权限管理

QA Track+系统个性化配置时，首先要分配用户权限，用户可分为两类：① 普通用户；② 管理员/超级用户。普通用户拥有普通权限，管理员/超级用户拥有高级权限。系统还支持对用户进行分类和分组，对于不同类型的用户可赋予不同的权限，明确用户权限以保证系统顺畅运行。

本中心按照放疗人员类型将用户分为3类：管理员、物理师和治疗师。管理员仅拥有高级权限，物理师只具有全部质控单元的普通权限。将治疗师按不同质控单元进行分组，治疗师仅对特定的质控单元有“执行质控程序”的权限。

4 质控序列设计与管理

质控序列是QA Track+系统运行的主要操作对象，需依照质控参数来设计，以医用直线加速器为例，可按质控频率或参数类型进行分类管理。质控序列的设计与管理在Admin QA模块中完成，主要分为以下几部分：

（1） 添加 /删除新的测试（Test），包括测试名称（Name）、隶属范畴（Category）、类型（Type）等信息。本中心共设置3种隶属范畴，即机械、剂量和安全性。Type在系统内部已设置，分为布尔值、简单数值、多项选择、常量、字符、复合字符和文件上传7类。Type决定Test的结果类型，其中“文件上传”能够直接读取测量文件，如：DICOM文件，图片，文本文档等。“复合字符”类型允许用户编写脚本，实现自定义功能，如：DICOM文件和图片的分析，结果的储存等。

（2）设置阈值或参考值，以每个Test为单位设置阈值或参考值，可储存为模板，以便迁移到其他Test应用。

（3）添加/删除新的测试列表（Test List），即质控序列。一个质控序列往往由多个Test组成，将与同一质控参数相关的几个Test添加到一个Test list中并命名。

（4）添加/删除新的质控单元（Unit），质控单元需要根据放疗中心的设备情况提前设置，将质控序列分配给对应的质控单元，确定质控频率、分配执行/可见权限等。本中心设置质控频率包括日检、周检、两周检、月检和年检。

（5）测试列表的导入和导出，促进不同QA Track+系统之间测试列表的共享。

上述各步骤完成后，质控序列在系统执行界面可见，验证后便可用于临床。

5 应用实例分析

自QA Track+系统在本中心安装以来，首先应用在日检参数的质控中。根据AAPM TG142报告以及本中心的质控要求，管理员/超级用户设置本中心专用的质控序列（即电子质控记录单的内容之一），简要设计流程如下：

（1）从登录首页进入管理员（Admin）权限，进入QA模块；

（2）根据质控参数新增若干不同功能的Test；

（3）将多个相关的Test集中放在同一个Test List中；

（4）将Test List分配给特定加速器，并指定质控频率，进行用户授权；

（5）设置质控参数的参考值和阈值（选做）；

（6）测试质控序列的临床应用效果。

图3所示为本中心的日检质控记录单内容，包括加速器状态（State）和剂量学参数两类质控列表，加速器状态参数：加速器每天的水位、水温、SF6气压等是记录治疗当天加速器基本运行状况的指标，是开机前日检的重要内容；激光灯的偏差是治疗前激光辅助定位设备的精度检查，同时也是无法具体量化，只能用是与否表示的参数；但无论是可量化还是不可量化的参数，均可在QA Track+系统上进行定制化的实现，形成以时间为轴的可视化数据管理方式。剂量学参数则包括不同能量下的宕机联锁、中心轴剂量输出、射束平坦度、射束枪靶对称性、射束左右对称性以及射线质[12-13]。

图3 本中心EDGE加速器的日检质控记录单

本研究统计本中心瓦里安EDGE加速器的日检质控数据（2019.11-2020.7），分析QA Track+系统以及电子质控记录单的临床应用价值，质控数据由治疗师在QA Track+中实时记录，物理师对质控数据进行回顾、审核和分析，还可以获得分析参数的趋势图。出于结果展示方便的目的，本研究导出全部日检数据并利用SigmaPlot10.0绘制趋势图。

经统计，EDGE加速器的日检数据结果如图4所示，其中图4a是水温和SF6气压的变化，参考水温需要管理员/超级用户提前设置，用来观察偏离情况，结果显示水温正常且变化较小。SF6气压变化相对较小，在测量数据中仅有2次测量不合格，均已查明原因并加以修正；图4b是激光灯位置和水位的记录结果，这两个参数的测量结果为定性结果，可以看出激光灯和水位的稳定性较好，在近半年的时间内仅有1～2次警告出现。

图4 本中心EDGE加速器状态参数的统计结果

在加速器的日检质控序列中，不同能量下剂量学参数的Test List内容一致，包括中心轴的剂量输出（阈值为3%）、射束对称性（阈值为±1%）和平坦度（阈值为±3%）、射线质（阈值为3%），参考值和阈值的设置同样由管理员/超级用户完成。宕机联锁极少出现，此处未予统计。图5展示的是6 MV束流的剂量学参数分析结果，从中可以看出各参数的变化均在参考值附近，并未出现超出阈值的情况，稳定性较好，其他能量的数据分析结果与6 MV基本一致，不再赘述。

图5 本中心EDGE加速器的剂量学参数

上述结果表明QA Track+系统的应用不仅可以实时记录、回顾和归档质控数据，还能根据数据生成统计图表，帮助物理师掌握参数变化趋势，监测加速器的功能状态，保证治疗的安全性。

6 讨论与展望

目前放疗存在大量纸质版和电子版数据，容易造成混乱和遗失，临床上亟待一类记录整理工具的出现。QA Track+系统是一类免费、开源、功能完备的质控数据管理系统[14]，已有研究证明QA Track+在质控数据管理方面有较大的优势[15-16]，可以很好地解决上述问题。QA Track+系统的安装、配置以及本地化部署较容易实现，无需借助太多的信息科资源。除上述功能外，该软件还包含应用脚本接口功能，可以满足外部脚本/工具包访问、上传或数据导出等需求；服务日志可以追踪质控测试和服务时间[17-18]；零件管理功能可以满足物理师对设备零件的使用记录和数量管理等需求；审核质控数据功能可以满足高级物理师对质控数据的监督和审核等需求。

管理员/超级用户根据放疗中心自身的需求分配用户权限，定制包含质控序列的电子质控记录单。结合本中心的数据评价电子质控记录单的应用价值，结果显示基于QA Track+系统的电子质控记录单能够帮助治疗师及时记录加速器日检的质控信息，摆脱了纸质版记录单的束缚和缺陷。该软件能随时进行数据分析并得到图表结果，帮助物理师掌握加速器的性能状态，制定合理高效的质控方案。监控加速器的性能可以保证放疗计划执行地准确性，符合精确放疗的发展趋势[19]。本中心的使用经验表明该软件界面简单明了、操作方便、数据分析准确。

本文中提到加速器的水位和激光灯的位置都属于不可量化指标，日检中水位的获取是从加速器直接读取通过与否的结果，激光灯的位置则是肉眼确认，受临床治疗任务的限制无法用前指针[20]逐一验证。普通方式只能记录此类参数的是与否结果，未能做定量分析。而QA Track+系统可以定制化记录不可定量参数的结果（如图4b所示），按时间轴对数据进行可视化管理，明确参数的浮动趋势，制定个性化的质控方案。

总之，QA Track+系统功能齐备，能够辅助数据的处理、整理和归档，推动质控数据无纸化、规范化和智能化管理，同时帮助物理师掌握放疗设备的性能状态，设计合理的质控方案，提高质控效率。