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放射治疗智能模具柜系统的开发与应用
来源：中国期刊网
分类：医学
发布时间：2021-11-02
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摘 要：目的 针对放射治疗模具的使用和管理现状，开发一套智能模具柜系统。方法 根据现有放射治疗模具管理流程及其不足，开发集机柜、模具管理、自动存取于一体的智能模具柜。结果 智能模具柜系统为放射治疗模具管理节省了时间和人力，有效提高了工作人员的工作效率，降低了模具损坏率，提高了医疗资源利用率。结论 放射治疗智能模具柜系统的开发与应用，极大地提升了患者使用的便利性和舒适性，进而提高了患者的就诊满意度，并有助于实现放射治疗模具的精细化、智能化和规范化管理。
关键词：信息化 模具 自动存取 电子信息化
体位固定技术是肿瘤放射治疗的重要环节，良好的体位可以有效降低摆位误差，提高放射治疗的质量，给患者带来收益[1]。临床上常见的肿瘤放射治疗体位固定技术包括真空垫固定和体膜固定两种[2-3]。在临床实际应用中，需根据患者的治疗需要，并结合所采用的放射治疗技术个体化定制固定装置，每位患者的每次治疗过程中均需要使用专用的体位固定模具[4]。放射治疗是一个长期过程，为了保证模具的安全放置及方便存取，需要有专用的存放空间及专人管理。传统管理模式是由人工记录模具的库存和使用情况，而模具的存放由患者在工作人员指引下完成。
近年来，随着肿瘤发病率的增高及放射治疗技术的不断改进，接受放射治疗的肿瘤患者日益增多，体位固定模具的需求和使用也与日俱增。传统管理模式存在很多问题和安全隐患，已不能适应当前医疗信息化管理的理念，引入计算机网络信息和物联网技术，开发一种智能模具柜系统以提高现有放射治疗模具的管理效率和患者使用的便利性是建设智慧医院的迫切需求[5]。
目前，放射治疗模具大多摆放在直线加速器治疗机房或单独的模具存放房间，受建筑面积限制，摆放模具的空间有限，在有限的空间里摆放成百套模具，存在摆放位置混乱、患者查找困难等问题。放射治疗是一个长期过程，患者需要重复多次才能最终完成治疗，治疗期间需要多次重复使用模具，这也增加了模具损坏的风险。
1.2 患者日常使用不便
日常治疗中部分患者行动不便，需在陪护人员的协助下使用模具，而陪护人员的不固定导致经常出现模具查找困难、耗时较长，甚至拿错模具的现象。
1.3 过期模具堆积
肿瘤患者放射治疗结束后，模具的使用也随之结束。很多过期模具未按要求放置在指定位置，与在用模具混放在一起，从而导致新的模具无处可放。此时，需要工作人员对过期模具进行清理，但因模具数量较多，工作人员往往很难区分已使用完毕的模具或是暂停使用的模具，容易将在用模具清理掉，或由于摆放位置有误，造成模具丢失，影响患者的正常治疗，从而延长治疗时间，造成医疗资源的浪费。
2.1 专用模具柜
专用模具柜为上下两层结构，上层摆位重量较轻的热塑体膜，下层摆放重量较重的真空垫，以最大限度利用空间，增加模具摆放数目，柜体边缘采用软性材料包裹，以减少碰撞及摩擦造成的模具磨损，保证模具摆放的安全性。
2.2 硬件系统
硬件系统由嵌入式控制模块、液晶触摸屏、人脸识别模块、IC卡读取模块、网络通信模块、物品检测传感器和电磁锁及上位机组成[6]，其原理框图见图1。嵌入式控制模块接收指令控制模具柜的打开及模具柜状态信息上传；液晶触摸屏为患者的操作界面，可显示当前柜子的具体位置；人脸识别模块和IC卡读取模块用于验证使用人员信息；网络通信模块负责与患者放射治疗数据库数据同步，以及模具柜与管理端控制信息的通信；物品检测传感器用于检测柜子的状态，电磁锁接收控制模块信息管理每个柜子；上位机安装于放疗科服务器机房，通过网络通信模块获取由下位机传来的数据并进行分析，存储于数据库中[7]。
图1 硬件系统原理框图
2.3 软件系统
软件系统主要包括工作人员后台管理端和患者应用端两个模块。
工作人员后台管理端采用MVC开源框架Django，结合科室患者的放射治疗数据库信息进行开发，功能包括库存管理和模具柜管理。库存管理功能主要提供模具的库存数据，当有患者登记、制定模具时，会扣除对应的模具库存数量，当模具库存数量低于阈值时显示红色提醒工作人员增加库存。模具柜管理功能提供每个柜子的使用状态（使用中或空闲）和患者信息，其中患者信息包括患者编号、姓名、诊断、主治医师、治疗总次数、剩余次数等信息，工作人员可根据以上信息预估未来几日柜子的空闲数量，合理安排新患者人数。
患者应用端操作简单快捷，通过触摸屏幕唤醒待机状态下的系统进入工作模式，患者及陪护人员可以通过使用人脸识别或者IC卡、密码等方式存取模具，液晶显示器显示当前模具存放具体位置，有助于快速查找模具。
图2 智能模具柜系统使用流程
3.1 放射治疗准备阶段
放射治疗准备阶段需进行模具的制作，制作完成后工作人员将患者和模具的信息录入系统并进行绑定，系统实时更新模具库存信息，可以有效保证模具库存合理，做到既元不足也没有过量库存。在患者进行CT扫描阶段，当完成扫描后，模具可存入临时仓库。
3.2 放射治疗阶段
当完成放射治疗计划后，患者进入治疗阶段，工作人员根据患者模具类型从智能模具柜系统后台分配空余位置供患者存放模具，同时可以录入患者或者其家属的面部信息及IC卡，以方便其存取模具；患者或其家属可于每次治疗前取出模具，治疗结束后再次存入。
3.3 放射治疗完成
治疗结束后，患者只需要将模具放回原处，系统中将会自动识别到该模具已完成使用，工作人员即可接收到需要进行清理的提醒。
该系统具有以下优点：（1）建立了系统的库存管理，数据实时性强，各类体位固定模具存量数据更新及时，后台数据管理系统自动提前提醒工作人员增加库存；（2）工作人员通过系统可随时检索模具柜的使用情况等信息，合理安排工作，及时了解延期治疗的患者情况并进行提醒，提升患者服务质量；（3）灵活高效，结合人脸识别技术，患者完成自行存取，减轻了工作人员负担，杜绝了拿错现象的发生，且以人脸替代钥匙或卡片作为开启柜子的凭证，省去患者及陪护人员保管钥匙、卡片的麻烦。本文从理论上和实际工作中验证了该智能模具柜系统的可行性。
参考文献
[1]王忠帅，李旭刚，艾春玲，等.不同体位固定技术在胸腹部肿瘤放射治疗中的应用对比分析[J].中国医药指南，2015,13(29):99.
[2]王保胜，王祥，宋伟，等.负压真空垫对胸部肿瘤放疗时的固定作用[J].中国误诊学杂志，2004,4(7):1128.
[3]宋绪庆，苗相娟.鼻咽癌放疗时热塑网膜的体位固定[J].中国肿瘤临床与康复，2004,11(5):469.
[4]何玲红，唐荣军，李夏东.热塑固定模的收缩效应对精确放疗摆位的影响[J].浙江医学，2014(24):2037-2039.
[5]颜廷伟.基于物联网的智慧医院信息控制系统[D].曲阜：曲阜师范大学，2016.
[6]孙亮.基于嵌入式系统的智能快递柜控制系统设计[J].河南科技，2019(7):17-18.
[7]刘晋军，王旭，李君，等.基于STM32的智能自助快递柜控制管理系统[EB/OL].(2017-04-19).https://www.chuandong.com/tech/tech29453.html.
关键词：信息化 模具 自动存取 电子信息化
体位固定技术是肿瘤放射治疗的重要环节，良好的体位可以有效降低摆位误差，提高放射治疗的质量，给患者带来收益[1]。临床上常见的肿瘤放射治疗体位固定技术包括真空垫固定和体膜固定两种[2-3]。在临床实际应用中，需根据患者的治疗需要，并结合所采用的放射治疗技术个体化定制固定装置，每位患者的每次治疗过程中均需要使用专用的体位固定模具[4]。放射治疗是一个长期过程，为了保证模具的安全放置及方便存取，需要有专用的存放空间及专人管理。传统管理模式是由人工记录模具的库存和使用情况，而模具的存放由患者在工作人员指引下完成。
近年来，随着肿瘤发病率的增高及放射治疗技术的不断改进，接受放射治疗的肿瘤患者日益增多，体位固定模具的需求和使用也与日俱增。传统管理模式存在很多问题和安全隐患，已不能适应当前医疗信息化管理的理念，引入计算机网络信息和物联网技术，开发一种智能模具柜系统以提高现有放射治疗模具的管理效率和患者使用的便利性是建设智慧医院的迫切需求[5]。
1 传统模具管理模式中存在的问题
1.1 模具摆放杂乱，存在损坏风险目前，放射治疗模具大多摆放在直线加速器治疗机房或单独的模具存放房间，受建筑面积限制，摆放模具的空间有限，在有限的空间里摆放成百套模具，存在摆放位置混乱、患者查找困难等问题。放射治疗是一个长期过程，患者需要重复多次才能最终完成治疗，治疗期间需要多次重复使用模具，这也增加了模具损坏的风险。
1.2 患者日常使用不便
日常治疗中部分患者行动不便，需在陪护人员的协助下使用模具，而陪护人员的不固定导致经常出现模具查找困难、耗时较长，甚至拿错模具的现象。
1.3 过期模具堆积
肿瘤患者放射治疗结束后，模具的使用也随之结束。很多过期模具未按要求放置在指定位置，与在用模具混放在一起，从而导致新的模具无处可放。此时，需要工作人员对过期模具进行清理，但因模具数量较多，工作人员往往很难区分已使用完毕的模具或是暂停使用的模具，容易将在用模具清理掉，或由于摆放位置有误，造成模具丢失，影响患者的正常治疗，从而延长治疗时间，造成医疗资源的浪费。
2 智能模具柜系统的开发
本研究开发的智能模具柜主要由专用模具柜、硬件系统及软件系统组成。2.1 专用模具柜
专用模具柜为上下两层结构，上层摆位重量较轻的热塑体膜，下层摆放重量较重的真空垫，以最大限度利用空间，增加模具摆放数目，柜体边缘采用软性材料包裹，以减少碰撞及摩擦造成的模具磨损，保证模具摆放的安全性。
2.2 硬件系统
硬件系统由嵌入式控制模块、液晶触摸屏、人脸识别模块、IC卡读取模块、网络通信模块、物品检测传感器和电磁锁及上位机组成[6]，其原理框图见图1。嵌入式控制模块接收指令控制模具柜的打开及模具柜状态信息上传；液晶触摸屏为患者的操作界面，可显示当前柜子的具体位置；人脸识别模块和IC卡读取模块用于验证使用人员信息；网络通信模块负责与患者放射治疗数据库数据同步，以及模具柜与管理端控制信息的通信；物品检测传感器用于检测柜子的状态，电磁锁接收控制模块信息管理每个柜子；上位机安装于放疗科服务器机房，通过网络通信模块获取由下位机传来的数据并进行分析，存储于数据库中[7]。
图1 硬件系统原理框图
2.3 软件系统
软件系统主要包括工作人员后台管理端和患者应用端两个模块。
工作人员后台管理端采用MVC开源框架Django，结合科室患者的放射治疗数据库信息进行开发，功能包括库存管理和模具柜管理。库存管理功能主要提供模具的库存数据，当有患者登记、制定模具时，会扣除对应的模具库存数量，当模具库存数量低于阈值时显示红色提醒工作人员增加库存。模具柜管理功能提供每个柜子的使用状态（使用中或空闲）和患者信息，其中患者信息包括患者编号、姓名、诊断、主治医师、治疗总次数、剩余次数等信息，工作人员可根据以上信息预估未来几日柜子的空闲数量，合理安排新患者人数。
患者应用端操作简单快捷，通过触摸屏幕唤醒待机状态下的系统进入工作模式，患者及陪护人员可以通过使用人脸识别或者IC卡、密码等方式存取模具，液晶显示器显示当前模具存放具体位置，有助于快速查找模具。
3 智能模具柜系统的应用
智能模具柜系统的应用包括工作人员和患者两部分，整体应用流程见图2。图2 智能模具柜系统使用流程
3.1 放射治疗准备阶段
放射治疗准备阶段需进行模具的制作，制作完成后工作人员将患者和模具的信息录入系统并进行绑定，系统实时更新模具库存信息，可以有效保证模具库存合理，做到既元不足也没有过量库存。在患者进行CT扫描阶段，当完成扫描后，模具可存入临时仓库。
3.2 放射治疗阶段
当完成放射治疗计划后，患者进入治疗阶段，工作人员根据患者模具类型从智能模具柜系统后台分配空余位置供患者存放模具，同时可以录入患者或者其家属的面部信息及IC卡，以方便其存取模具；患者或其家属可于每次治疗前取出模具，治疗结束后再次存入。
3.3 放射治疗完成
治疗结束后，患者只需要将模具放回原处，系统中将会自动识别到该模具已完成使用，工作人员即可接收到需要进行清理的提醒。
4 小结
本文基于目前放射治疗定位工作流程及模具管理工作，设计了适合放射治疗模具存放的专用系统，并结合放射治疗网络数据库开发了软件管理系统，使智能模具柜系统具有智能化程度高、模具存取方便快捷的优点。该系统具有以下优点：（1）建立了系统的库存管理，数据实时性强，各类体位固定模具存量数据更新及时，后台数据管理系统自动提前提醒工作人员增加库存；（2）工作人员通过系统可随时检索模具柜的使用情况等信息，合理安排工作，及时了解延期治疗的患者情况并进行提醒，提升患者服务质量；（3）灵活高效，结合人脸识别技术，患者完成自行存取，减轻了工作人员负担，杜绝了拿错现象的发生，且以人脸替代钥匙或卡片作为开启柜子的凭证，省去患者及陪护人员保管钥匙、卡片的麻烦。本文从理论上和实际工作中验证了该智能模具柜系统的可行性。
参考文献
[1]王忠帅，李旭刚，艾春玲，等.不同体位固定技术在胸腹部肿瘤放射治疗中的应用对比分析[J].中国医药指南，2015,13(29):99.
[2]王保胜，王祥，宋伟，等.负压真空垫对胸部肿瘤放疗时的固定作用[J].中国误诊学杂志，2004,4(7):1128.
[3]宋绪庆，苗相娟.鼻咽癌放疗时热塑网膜的体位固定[J].中国肿瘤临床与康复，2004,11(5):469.
[4]何玲红，唐荣军，李夏东.热塑固定模的收缩效应对精确放疗摆位的影响[J].浙江医学，2014(24):2037-2039.
[5]颜廷伟.基于物联网的智慧医院信息控制系统[D].曲阜：曲阜师范大学，2016.
[6]孙亮.基于嵌入式系统的智能快递柜控制系统设计[J].河南科技，2019(7):17-18.
[7]刘晋军，王旭，李君，等.基于STM32的智能自助快递柜控制管理系统[EB/OL].(2017-04-19).https://www.chuandong.com/tech/tech29453.html.
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文章名称：放射治疗智能模具柜系统的开发与应用
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