医用直线加速器质量控制管理系统的设计与开发

姜筱璇，赖佳路，傅玉川

四川大学华西医院 放疗科，四川 成都 610041

引言

放射治疗（放疗）在恶性肿瘤治疗中扮演着重要角色[1]。近年来，放疗已快速进入精确治疗时代[2]。医用电子直线加速器作为放疗的主要设备，其严格的质量控制（质控）工作是保证放疗精确实施的先决条件[3-4]。其中质控数据的保存是每一个放疗中心开展治疗行为的记录，能够为医疗事故、医疗纠纷提供举证。目前多数放疗中心仍然依赖纸质留档的保存方式进行质控数据的管理。随着质控工作流程和项目的逐渐细化[5]，纸质数据保管的难度逐步加大。因年久而导致纸质文件发潮、字迹模糊等问题也随之显现，同时还存在纸质文档丢失的风险，不利于质控数据的查询、分析和归纳。另一方面纸质留档既占用了大量存储空间也增加了医院医疗耗材[6]。目前商用化的相关产品如Sun Nuclear公司制造的Daily QA3、PTW公司的QUICK-C等晨检仪，可以完成一部分质控数据管理工作[7-8]，但无法实现医院的个性化需求。例如，我院共有9台不同厂家和型号的直线加速器，质控数据种类多，商用软件很难满足所有的信息管理要求。为了满足医疗质量精细化管理要求，本文基于Qt Creator设计了一款医用直线加速器无纸化质量控制管理系统。

1 材料与方法

1.1 系统简介

直线加速器质量控制管理系统功能采用窗口式交互界面，使用菜单与按键结合的方式来实现数据管理基本功能。系统开发基于Windows 10 64 位操作系统(内存16 G)和Qt Creator 4.7.1集成开发环境，采用C++语言进行开发，使该系统易于扩展，增强可移植性。

1.2 信号与槽机制

Qt Creator是一个完整的C++图形用户界面应用程序开发框架，可以按照开发者的意愿建立图形用户界面，随时进行显示和修改，具有良好的通用性，可保证不同平台之间设计与转换的兼容性[9]。

信号与槽（Signal & Slot）是Qt编程的核心，能够实现Qt 对象间的通讯。信号（Signal）是在特定情况下被发射的事件，槽（Slot）是对信号响应的函数[10]。在程序中，使用 QObject::connect()函数实现信号与槽的关联，其基本格式是：connect(sender, SIGNAL(signal()),receiver, SLOT(slot()))。其中，sender 是发射信号的对象名称，signal() 是信号名称，receiver 是接收信号的对象名称，slot() 是槽函数的名称。本文开发的系统采用了大量的信号与槽函数来实现人机交互以及各个功能模块之间的交互。

1.3 模块化开发设计及功能模块介绍

为了使程序设计、调试和维护等操作简单化，本系统采用模块化的开发方式进行设计。开发过程中将每个主要功能看作为一个功能模块，各模块之间的通信使用上文提到的信号与槽机制。结合我院质控需求，本系统主要由五个功能模块组成（图1），分别为系统登录、质控类型选择、质控参数记录、数据分析以及文档打印模块。当医院质控需求改变或增加时，只需要独立修改对应模块或者添加新的功能模块即可。

图1 直线加速器质量控制管理系统功能模块

图2为成功登录系统后的主界面，界面由菜单栏、工具栏、中心窗口和状态栏组成，用户可以通过菜单栏和工具栏实现各种期望的操作。按照放疗质控的基本流程，工具栏从左到右采取新建＞打开＞保存＞数据分析的排列方式。这种排列方式符合质控团队日常的工作流程习惯、逻辑清晰、易于操作。

图2 直线加速器质控管理系统界面

点击新建按钮后，系统会弹出质控类型选择模块的窗口用以确认质控机器和质控类型（周质控、月质控或年质控），机器和质控项目类型均为必填项。质控参数记录模块如图3a所示，质控参数记录模块能够方便质控团队高效地录入当下记录的加速器参数，并按照报告上的通过标准对各个参数进行评估，最后签字、保存。同时，各个测量参数类型下提供了备注栏，方便记录质控人员的备注信息。图3b为系统的核心模块——数据分析模块。该模块可根据用户的具体需求，显示某个时间或者时间段某台加速器某属性的变化情况，并能够实现电子保存功能。

图3 加速器质控参数记录和数据分析模块

2 结果

2.1 系统运行测试

为了验证软件的实用性和准确性，我们基于Windows 7、Windows 10两种常用的操作系统对该软件平台的可拓展性情况进行测试。结果显示，该系统要在其他电脑上运行，除编译生成的执行文件外还必须结合其余六个动态衔接库，分别为libwinpthread-dll、Qt5Core.dll、Qt5Gui.dll、libgcc_sdw2-1.dll、libstdc++-6.dll、Qt5Widgets.dll。最终系统文件大小为48 M，该系统可以在上述两种操作系统上平稳运行，启动时间均低于2 s，软件平台各个模块间切换流畅。

其次我们测试了软件平台的数据安全性。本课题组将9台直线加速器各10次的质控数据输入了该系统，通过各个功能模块的操作最终打印出这些质控数据的PDF报告，图4是根据某次质控结果打印出来的文档报告，我们将此报告与录入的数据进行对比，通过分析发现打印报告与我们输入的数据完全一致，该测试证明本系统具有很好的安全性。

图4 质控报告示例

2.2 应用效果

为检验本系统质控数据管理效率，我们将本系统应用后的质控工作时间同科室现有的纸质版工作模式所需时间进行比较测试。纸质版记录质控数据的工作模式包括：打印本次质控报告单、整理质控设备、直线加速器质控及数据记录、质控团队整理汇总质控报告单、数据统计分析等。本系统的应用可免去打印质控报告单的步骤，另外整理质控设备的工作所需时间也不受系统是否上线影响。我们对我院两台医科达加速器进行周质控，质控项目相同，分别使用纸质报告单和本系统记录数据，根据质控团队现有的时间数据留档，共进行过20次比较，现场质控时间记录范围由到达直线加速器治疗间开始到该次质控工作结束为止。同时，为检验本系统对质控数据分析效率提高的有效性，分别使用Excel和本系统处理同一组数据并绘制图表，统计了两种方法所用时间，并利用不同加速器的质控数据进行了重复性测试。

采用SPSS 25.0进行统计学检验，计量资料使用均数±标准差表示，质控工作和数据分析工作时间比较使用配对t检验，规定P＜0.05为差异存在统计学意义。在加速器现场进行质控的同时记录数据所需时间在两种方法间相近，且无统计学差异。然而，数据统计、分析阶段采用本系统能够显著提高数据管理效率，节约95%的时间，且差异具有统计学意义（P＜0.05）（表1）。

表1 对比纸质版工作模式和本系统质控工作时间结果（min）

图5展示的是本系统进行数据分析后的结果，图5a是以我院一号机加速器为例，绘制其在2020年10月期间，机械等中心精度测量的数据变化，此处设计加入鼠标悬浮提示功能，即当鼠标放置于误差较大的点时，系统会有相应提示信息。另一方面，直线加速器中心轴的绝对剂量输出的稳定性和准确性检测也是质控工作关注的重要指标，我们以我院三号机2020年的绝对剂量数据为例绘制出散点图（图5b）。本系统能够直观地为质控团队提供绝对剂量随时间变化的波动趋势，方便团队定期对加速器进行校准和维护。

图5 质控数据分析示例

实现对质控数据无纸化管理是本系统的另一大优势。据估计，我院共计9台直线加速器，包括周质控、月质控和年质控在内的各项质控工作每年约消耗上千张A4纸，而使用本系统进行数据管理，年质控数据约占内存120 M，且可根据需求打印指定的报告和图表，这将显著地节省医院耗材，减少实体储存空间。

3 讨论

目前，医疗行业逐步迈向现代化、信息化，然而医学数据的重要价值能否实现依然面临着来自各方面的挑战，如数据的来源、整合与储存，数据的分析与建模，数据的结果解析与科研成果转化等[11]。本系统的应用能够帮助物理师团队或质控团队高效地处理直线加速器的质控数据，对临床工作带来极大便利。经过系统的测试和改进之后，本系统的数据分析功能能够良好地适应放疗单位的工作需求。截至2021年2月，本系统已录入5个月的质控信息，其稳定性与方便性已经得到证实，此外，本系统还能为团队免去了每周或每月汇总整理质控表单的工作。利用系统的分析功能，本中心加强了与工程师团队的交流，以便更好把握加速器机械精度与剂量测量的偏移情况，方便工程师尽快予以维修或调整。与商用的软件相比，本系统因采用个人的登录权限设置，降低了因登录同一账号而无法追踪操作者个人行为的风险，从而保证了质控信息的精确记录。

精准放疗是放射治疗团队全体工作人员协作的目标，这也要求质控团队能够严格把控直线加速器的工作状态，以满足临床治疗要求。放射治疗的质控流程不仅包括医用直线加速器的质控，还包括对其他设备如模拟定位CT[12]、放射治疗辅助设备[13-14]、放疗计划[15-16]、放疗病人及放疗流程等的质量管理，我们将在未来的工作中逐步加入新的管理模块，完善该放射治疗质量控制管理系统。

4 结论

长期运行结果表明，本系统有效地提高了放疗质控团队的工作效率和质量，极大节省了医院的医疗耗材，减少了文档存储空间，保证了质控数据存储的完整性和安全性，为质控人员对质控数据进行分析提供了便利。由于采用了模块化的编程方式，该系统可拓展性强，能快速应用于新机器的模型建立。总之，该系统具有广阔的应用前景和重要的临床应用意义。