夏 婷 夏慧琳* 高關(guān)心 劉浩川 李晶慧 包舒雅

立體定向放射治療設(shè)備是將高能射線聚焦于靶區(qū)，利用專用準直器和立體定向系統(tǒng)使靶區(qū)發(fā)生損毀的大型醫(yī)療設(shè)備。為了精準照射靶區(qū)，立體定向放射治療設(shè)備具有多線束和多放射野的特點，從而保護周圍正常組織不受到照射傷害，對于腫瘤等疾病有較好的療效[1-2]。按照世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)的推薦，我國應該擁有醫(yī)用直線加速器達到2300～3900臺，然而目前我國的醫(yī)用直線加速器遠遠達不到該數(shù)量[3]。因此，未來醫(yī)用直線加速器還有巨大的發(fā)展空間，而臨床工程師面對立體定向放射治療設(shè)備巨大的市場，應對設(shè)備的安全性和可靠性開展相應的研究，減少立體定向放射治療設(shè)備可能產(chǎn)生的潛在危害。

通過采集立體定向放射治療設(shè)備在使用過程中的故障數(shù)據(jù)，利用可靠性分析建立可靠性系統(tǒng)評價體系，對立體定向放射治療設(shè)備故障率進行研究，發(fā)現(xiàn)立體定向放射治療設(shè)備的關(guān)鍵部件，從而制定維護保養(yǎng)方案，減少故障發(fā)生[4-5]?？煽啃苑治龅牡谝徊绞枪收蠑?shù)據(jù)的采集。然而，故障數(shù)據(jù)采集過程中遇到數(shù)據(jù)量少、數(shù)據(jù)不真實、數(shù)據(jù)記錄不準確和數(shù)據(jù)記錄不全面等問題，將直接影響可靠性分析的準確性和有效性。實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)采集過程中數(shù)據(jù)的有效性和真實性，將為可靠性分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和參考依據(jù)。為此，本研究針對立體定向放射治療設(shè)備可靠性評價過程中故障數(shù)據(jù)采集問題，利用圖像采集器完成故障數(shù)據(jù)的記錄和分類，對故障數(shù)據(jù)采集過程中的難點、自動采集過程、自動采集數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)采集方法進行探討分析。

1 立體定向放射治療設(shè)備大數(shù)據(jù)采集難點

1.1 設(shè)備維修數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀

利用立體定向放射治療設(shè)備的維修記錄可以對設(shè)備進行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備關(guān)鍵故障部件，尋找設(shè)備的不足和改進方案。因此，維修記錄中數(shù)據(jù)信息的真實準確性將決定可靠性的分析結(jié)果。目前，維修記錄在國內(nèi)醫(yī)院主要依靠人工記錄，以及保留廠商維修單的方法。單靠人工記錄和儲存可能會發(fā)生記錄缺失、記錄內(nèi)容不詳細、不規(guī)范的情況，進而影響可靠性分析的準確性。同時，可靠性分析對于數(shù)據(jù)類型具有嚴格的要求，且需要的數(shù)據(jù)類型較多。其中包括醫(yī)院名稱、序列號、地區(qū)、故障發(fā)生日、維修級別等。利用上述數(shù)據(jù)完成可靠性分析及計算，獲得平均首次故障時間、平均故障間隔時間、平均修復時間、可用度等結(jié)果，根據(jù)這些可靠性分析結(jié)果可以明確立體定向放射治療設(shè)備的關(guān)鍵部件。然而，對于研究立體定向放射治療設(shè)備的可靠性機制，僅依靠這些指標遠遠不夠，且不能明確導致設(shè)備差異性的本質(zhì)原因。

1.2 設(shè)備日常故障數(shù)據(jù)采集難點

除收集設(shè)備日常故障數(shù)據(jù)外，還需要詳細記錄當設(shè)備發(fā)生故障時的故障內(nèi)容、故障形式及故障參數(shù)，以及設(shè)備在用時具體的設(shè)置條件。設(shè)備故障參數(shù)等數(shù)據(jù)采集可通過聯(lián)系廠商開放設(shè)備日志和提供維修數(shù)據(jù)記錄的方法獲取目標數(shù)據(jù)，這樣即確保數(shù)據(jù)的真實有效性，又獲得類別豐富、數(shù)量巨大的信息。然而，在實際情況中由于設(shè)備端口不共享、涉及廠商經(jīng)濟利益和技術(shù)保密等因素，容易產(chǎn)生廠商數(shù)據(jù)外流和技術(shù)外泄的難題，因此通過廠商獲得所需數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)。

2 立體定向放射治療設(shè)備大數(shù)據(jù)自動采集

大數(shù)據(jù)采集難點包括：①人工采集數(shù)據(jù)難以保證數(shù)據(jù)的真實有效性；②人工采集數(shù)據(jù)類型和數(shù)量的有限性。為了解決這些難題，利用某公司研制并提供的圖像采集器，可以自動提取立體定向放射治療設(shè)備工作站顯示器畫面，采集設(shè)備工作過程中畫面信息。通過這種畫面整體采集的方式，自動識別設(shè)備使用中的各項數(shù)據(jù)(包括正常工作數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù))，減少人為因素的影響，避免漏報小故障，真實地反映設(shè)備的日常工作情況和發(fā)生故障情況。此外，通過圖像采集器可以采集立體定向放射治療設(shè)備在日常運行中設(shè)備工作量數(shù)據(jù)，以及晨檢、預熱等質(zhì)量控制工作數(shù)據(jù)，為可靠性分析建立扎實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1 信息的提取

圖像采集器利用視頻采集線，在設(shè)備運行過程中連續(xù)不斷地采集設(shè)備工作站的終端顯示器畫面。圖像采集器可以自動識別工作站的狀態(tài)，當工作站關(guān)機后會中斷采集過程。采集到的畫面以視頻的格式上傳到大數(shù)據(jù)平臺，等待進行圖像識別和大數(shù)據(jù)分析。每臺設(shè)備每日共產(chǎn)生約為7 GB的視頻文件，為了更精確和減少不必要的存儲空間浪費，會截取設(shè)備發(fā)生故障前后60 s的視頻，真實還原設(shè)備發(fā)生故障時各參數(shù)的數(shù)值、各部件的狀態(tài)和具體的操作界面信息，詳細記錄故障發(fā)生時的相關(guān)信息，極大的確保數(shù)據(jù)的真實性、有效性和實時性。

2.2 圖像識別和大數(shù)據(jù)分析

通過圖像識別技術(shù)，包括預處理、模板識別、光學字符識別(optical character recognition，OCR)等技術(shù)分析數(shù)據(jù)平臺上傳視頻文件。①完成數(shù)據(jù)清洗工作，減少無用數(shù)據(jù)的影響；②通過數(shù)據(jù)集成，建立數(shù)據(jù)倉庫；③通過數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)歸約完成整個數(shù)據(jù)預處理過程。圖像分析過程主要依托并聯(lián)合模板識別技術(shù)以及OCR技術(shù)，構(gòu)建數(shù)學模型完成關(guān)鍵信息的識別工作，在此過程中模板匹配技術(shù)非常重要，通過采集畫面數(shù)字化，并獲取相關(guān)點的像素值，利用數(shù)學模型和算法完成匹配，并顯示匹配后的圖像坐標[6-9]。利用識別技術(shù)將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C文字，獲取開始照射時間、結(jié)束照射時間、回復照射時間、照射劑量、射線類型等信息。

3 立體定向放射治療設(shè)備大數(shù)據(jù)采集應用

3.1 技術(shù)參數(shù)記錄

通過圖像識別技術(shù)對工作臺界面進行圖像信息抓取，獲取到的參數(shù)類型分為部分患者信息和設(shè)備參數(shù)，其中設(shè)備參數(shù)包含治療過程中的設(shè)定參數(shù)和實際值。信息類型包括：治療日期、設(shè)備編號、照射野編號、照射開始時間、照射結(jié)束時間、照射時長、暫停時長、機架角度、機架運動、準直器角度、準直器運動、射線類型、能量、照射技術(shù)、楔形板狀態(tài)、輸出跳數(shù)、備用輸出跳數(shù)、子野數(shù)量、治療床垂直距離、治療床左右距離、治療床進退距離、柱旋轉(zhuǎn)以及等中心旋轉(zhuǎn)等參數(shù)。通過這些參數(shù)的獲得，可以發(fā)現(xiàn)在實際治療過程中，實際值與設(shè)定值之間的差別，為可靠性分析增加參考內(nèi)容(如圖1所示)。

圖1 立體定向放射治療設(shè)備技術(shù)參數(shù)設(shè)置界面圖

3.2 設(shè)備故障參數(shù)記錄

當治療系統(tǒng)顯示器終端圖像跳出警報，或在左下角顯示的紅色條幅，表明設(shè)備處于非正常運行狀態(tài)。針對這樣的畫面，圖像采集器會自動進行識別，并自動保存和上傳故障發(fā)生前60 s和發(fā)生后60 s視頻。通過自動識別和自動記錄，可以準確的收集故障信息、故障發(fā)生細節(jié)和維修方案等信息，統(tǒng)計歷史故障和同一故障發(fā)生頻率，并且確保信息的真實性。記錄的故障數(shù)據(jù)包括：故障代碼、故障描述、故障處理方法、故障發(fā)生時間以及故障解決時間等。將這些設(shè)備故障數(shù)據(jù)整理后，利用可靠性相關(guān)公式計算首次故障平均時間(mean time to first failure，MTTFF)、平均故障間隔時間(mean time between failure，MTBF)及平均修復時間(mean time to repair，MTTR)等結(jié)果，明確故障率，確定設(shè)備關(guān)鍵部件[10-12](如圖2所示)。

圖2 立體定向放射治療設(shè)備故障界面圖

立體定向放射治療設(shè)備故障部分數(shù)據(jù)及代碼匯總?cè)缦隆?/p>

(1)設(shè)備故障數(shù)據(jù)一。時間：2017-08-07；設(shè)備編號：4302；故障代碼：Terminate Key；故障描述：26-The beam has been terminated by pressing the Terminate key(26-終止鍵操作暫停射線)；處理方法：Unlatch the Terminate key，use the reset key and press the Reset Motors button on the Hand Held Controller(打開終止鍵插栓，使用復位鍵，按下重置手持控制器上的電機按鈕)；設(shè)備顯示：發(fā)生時間16∶36∶26，解決時間16∶37∶38，故障時長72 s。

(2)設(shè)備故障數(shù)據(jù)二。時間，2017-08-10；設(shè)備編號，4302；故障代碼，Dose Rate Mon；設(shè)備顯示，發(fā)生時間9∶49∶11，解決時間9∶49∶24，故障時長13 s。

(3)設(shè)備故障數(shù)據(jù)三。時間，2017-08-10；設(shè)備編號，4302；故障代碼，2R ERR；設(shè)備顯示，發(fā)生時間9∶49∶41，解決時間9∶49∶50，故障時長9 s。

3.3 其他類型數(shù)據(jù)記錄

除了記錄上述設(shè)備治療參數(shù)，還可以獲取并統(tǒng)計有關(guān)質(zhì)量控制的參數(shù)，包括每日工作量、晨檢、預熱等。利用圖像采集器可以對醫(yī)院每日每臺設(shè)備的醫(yī)護人員和設(shè)備工作量進行記錄統(tǒng)計，數(shù)據(jù)類型包括治療日期、設(shè)備編號、患者編號、患者姓名、照射野數(shù)量、照射總時長、金額、技師姓名等。利用采集到的數(shù)據(jù)可以定期對每臺設(shè)備和醫(yī)護人員的工作量進行統(tǒng)計和計算，找出設(shè)備空閑時間，減少不必要的浪費，提高設(shè)備利用率，滿足患者治療需求(見表1)。

表1 立體定向放射治療設(shè)備部分單日工作量匯總

立體定向放射治療設(shè)備晨檢是指利用檢測儀檢測直線加速器的實際輸出劑量，反映直線加速器發(fā)出射線的真實狀況[13]。目前，醫(yī)院使用的晨檢儀是獨立于立體定向放射治療設(shè)備的，因此通過圖像采集器可以將需要的信息數(shù)據(jù)上傳，避免“信息孤島”的現(xiàn)象。信息主要包括日期、設(shè)備編號、晨檢儀編號、處理單元、協(xié)議、方式、能量、射野尺寸、源現(xiàn)距、機架角度、楔形板角度、跳數(shù)、中心軸輸出量、射野平坦度、槍-靶對稱性、左右對稱性、光束質(zhì)量因子、楔形板檢測角度、L10檢測量、溫度、氣壓以及晨檢結(jié)果等。對晨檢信息進行合理利用，為設(shè)備可靠性分析、質(zhì)量控制以及維護保養(yǎng)方案提供參考依據(jù)。

此外，為了保護閘流管和磁控管，增加設(shè)備的穩(wěn)定性，延長使用壽命，需要每日開機后對設(shè)備進行預熱，自動采集器可以記錄醫(yī)護工作人員是否按要求對設(shè)備進行了預熱，并且記錄預熱開始時間和結(jié)束時間。具體參數(shù)包括日期、設(shè)備編號、閘流管預熱及磁控管預熱等[14-15]。

4 結(jié)語

可靠性分析在立體定向放射治療設(shè)備中的應用已受到廣泛重視，為指導臨床在醫(yī)療設(shè)備的使用提供參考。面對設(shè)備數(shù)據(jù)難獲取、真實性差及有效性低等問題，可靠性分析在醫(yī)療設(shè)備中的應用仍有待探索。通過圖像采集器實現(xiàn)立體定向放射治療設(shè)備技術(shù)參數(shù)、故障數(shù)據(jù)、每日工作量、預熱、晨檢等大數(shù)據(jù)的采集，利用圖像識別技術(shù)完成數(shù)據(jù)的分類和記錄，確保數(shù)據(jù)的真實性、有效性和及時性，能夠為可靠性分析提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為醫(yī)療大數(shù)據(jù)分析和應用方向擴展提供有力的工具。