一种用于肿瘤放射治疗中的患者实时监护系统研制

谭庭强，李黎，李勇，廖雄飞，黎杰，王培

四川省肿瘤医院·研究所，四川省癌症防治中心，电子科技大学 医学院，四川 成都 610041

引言

肿瘤放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法，是当今肿瘤治疗最主要的手段之一[1]，患者在接受放射治疗时需要被固定在治疗室内的治疗床上，单独在密闭的治疗室内接受约3～20 min的治疗。据国内外文献统计，恶性肿瘤患者治疗过程中有50%～70%需要接受不同目的的放射治疗[2]，其中包含部分同时患有心脏疾病、脑部疾病、幽闭症的患者，接受姑息放疗的重症患者和装有心脏起搏器等特殊设备的患者[3-4]。这些患者在放射治疗中易出现心脏骤停、突发意识丧失、有痰液患者出现痰液堵塞、休克和窒息等危机患者生命的突发意外情况[5-6]。由于已普及的监护设备在放射治疗的特殊环境下很难实施对患者的有效监护，目前主要还是靠工作人员通过视频监控来观察患者在放射治疗中的情况，当患者在治疗中出现上述突发意外时，工作人员不容易及时发现(特别是使用面膜的患者)。临床统计数据显示，放射治疗中出现患者突发心脏骤停、意识丧失等状况的并不少见，患者安全事件和医疗纠纷时有发生。

近年来，无论是放射治疗从业人员、相关学会和政府机构，还是患者及家属、公众都越来越重视放射治疗的安全，尤其是自2010年纽约时报系列报道了关于放射治疗的安全事件以来，放射治疗的患者安全工作被提到了更高的议事日程上[7]，国内外相关领域的研究人员也在着手这方面的研究[8-12]。在放射治疗实时监护系统的研制方面，柳先锋等[13]就报道了通过射频身份识别技术实现对放射治疗中的患者实施多生理参数监护的方法，但目前暂未查询到类似方法的临床应用报道。

本研究选用蓝牙无线脉搏血氧饱和度仪作为患者血氧饱和度和脉率的监测设备，一台带蓝牙功能的PC作为工作站，通过键盘视频鼠标（Keyboard Video Mouse，KVM）延长器将键盘、视频信号和鼠标延长至控制室的操作台。放射治疗摆位完成后将脉搏血氧饱和度仪夹在患者的手指上，开始监测患者的血氧饱和度和脉率，实现放射治疗中对患者血氧饱和度和脉率的实时监测。临床应用中血氧饱和度能够反映患者的呼吸情况，脉率跟患者的心率具有很好的一致性，对于这两项生理参数的实时监测能够帮助医务工作人员及时发现患者呼吸心跳骤停等意外情况。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

选用深圳市科瑞康实业有限公司生产的PC-60NW型蓝牙无线脉搏血氧饱和度仪作为患者脉搏血氧饱和度和脉率的监测设备。PC-60NW血氧饱和度仪采用光学测量法检测患者的脉搏血氧饱和度和脉率，包含一台指夹式血氧饱和度仪、手机终端软件和PC端数据管理软件，能够将测量结果实时显示在PC终端的数据管理软件上。同时，PC-60NW还可以自定义报警限制，当测量结果超出限制时发出声音报警信号。一台联想X220i带蓝牙功能、操作系统为Windows 7家庭普通版的个人笔记本电脑作为工作站；一套胜为科技公司生产的KEC-1300AB KVM延长器；约30 m长的CAT6网线一根；USB即插即用键盘、鼠标各一个，液晶显示器一台；使用铭昇公司生产的SKX-1000D型透射式脉搏血氧模拟仪作为脉搏血氧信号源对集成后的系统进行测试。该脉搏血氧模拟仪能够模拟的血氧饱和度数值和误差范围分别是：98%、90%、85%、80%， 误 差 ≤1%，75%、70%、65%、60%，误差≤2%；能够模拟的脉率值和误差范围分别是：240、180、160、120、100、80、60、30 bpm，误差≤1 bpm。测试用的放射治疗设备选用Elekta Axesse型医用直线加速器。

1.2 系统集成方法

放射治疗患者实时监护系统的系统集成连接，见图1，无线脉搏血氧仪和PC工作站之间通过蓝牙通信，使用KEC-1300AB KVM延长器和CAT6网线将工作站的视频信号、鼠标和键盘延长至放射治疗控制室的操作台；脉搏血氧饱和度仪数据管理系统软件Oximeter Data Manager V5.0.0.1安装在PC工作站上；其中的放射治疗设备可以是医用直线加速器、伽马刀、TOMO等外照射设备，也可以是后装治疗机等内照射放射治疗设备。

1.3 系统测试方法

使用校准合格后的SKX-1000D型血氧模拟仪作为信号源，Axesse型医用直线加速器作为放射治疗设备对系统性能参数进行测试。测试时，将直线加速器的射野开到最大40 cm×40 cm，脉搏血氧饱和度仪放置于射野范围内，血氧模拟仪置于电磁干扰屏蔽盒内，放置在加速器的射野外避免电磁干扰和射线干扰。参照文献中报道的血氧探头的性能检测方法[14]对系统的性能参数作以下测试：

图1 放射治疗患者实时监护系统集成连接图

（1）脉搏血氧饱和度的测量范围和精度测试：设置脉率为80 bpm，血氧饱和度选择多个测量点（98%、90%、85%、80%、75%、70%），把模拟仪的预制标准值与监护系统测量值作对比，技术要求（85%～100%）误差为±2%，（70%～85%）误差为±3%。

（2）脉率的测量范围与精度测试：设置模拟仪的血氧饱和度为98%，脉率选择多个测量点（240、180、160、120、100、80、60、30 bpm），把模拟仪的预制标准值与监护系统测量值作对比，技术要求30～250 bpm误差为±3 bpm。

（3）血氧变化响应时间测试：设置模拟器的血氧饱和度为98%，脉率80 bpm，测量值稳定后，在3 s内将模拟血氧值调至80%，记录测量值达到稳定所需时间；同样的方法记录血氧饱和度由80%上升到98%所需时间。

（4）脉率变化响应时间测试：设置模拟器的血氧饱和度为98%，脉率80 bpm，测量值稳定后3 s内将脉率调至180 bpm，记录测量值达到稳定所需的时间；同样的方法记录脉率由180 bmp降至80 bpm所需的时间。

（5）放疗设备的出束状态对监护系统的影响测试：预置血氧模拟仪血氧饱和度为98%，脉率为80 bpm，在直线加速器出射线和不出射线两种状态下分别连续测试10 min。射线能量分别选择6、15 MV的X射线，剂量率为600 MU/Min以及6、15 MeV的电子线，剂量率设置为400 MU/Min。测试结果采用SPSS 19.0软件行配对样本t检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

实时监护系统性能参数测试结果为脉搏血氧饱和度在98%、90%、85%三个测量点的误差为±1.2%，在80%、75%、70%三个测量点的误差为±2.9%；8个脉率测量点的测量误差范围为±2 bpm；血氧变化的响应时间为平均8 s，脉率变化的平均响应时间为7 s；脉搏血氧饱和度和脉率在有射线和无射线两种状态下的测试结果，见表1。

表1 脉搏血氧饱和度和脉率在有射线和无射线两种状态下测量结果比较

3 讨论

本研究采用现有已普及应用的设备和器材，通过系统集成的方式研制了一套应用于放射治疗中的患者实时监护系统，与目前放射治疗中普遍采用的利用监控视频观察患者情况的方式相比，本研究所述的系统可以直接实时监测患者的生理参数，帮助医务工作人员对患者在放射治疗中的身体情况做出更准确、及时的判断，当患者发生心跳骤停等意外时，能够及时发现，更快采取急救措施；与传统心电监护仪相比，本系统对患者生理参数的采集部位是手指，采集到的数据通过蓝牙无线传输到工作站，最后在控制室内的显示器上显示，无需在患者身上安装心电导联、有线血氧探头等有线设备，避免了对受照部位的剂量分布影响和对治疗设备的运行干扰[15]；同时，本系统安装使用简单方便，不会增加患者治疗过程的时间；系统的配置成本低，取材方便，易于普及应用。

测试结果显示脉搏血氧饱和度和脉率的监测范围和精度均满足技术要求。系统对脉搏血氧饱和度和脉率变化的平均响应时间为7～8 s,较专用监护仪生产厂家普遍提供的1～3 s的响应时间相比较长，但本系统的主要用途是当放射治疗中患者出现意外时，帮助医务工作人员及时发现，故7～8 s的响应时间是可以被接受的；本系统在直线加速器出射线和不出射线两种状态下的测量结果表明无显著性差异，说明本系统具有较好抗高频和电离辐射干扰的能力，能够在放射治疗机房这一特殊环境下正常使用。

本系统的不足之处在于能够测量的生理参数较少，仅限于患者的脉搏血氧饱和度和脉率，暂不能直接获得患者呼吸、心电等相关重要的生理参数。后续还需进一步研究如何实现从脉搏波里提取呼吸波等重要生理参数和缩短系统的数据响应时间，使系统的功能更为完善。

4 结论

在医疗活动中保障患者安全是非常重要的，放射治疗中对于重症、患有心脏疾病等特殊患者的监护缺失存在安全隐患。本研究通过系统集成的方式实现了对正在接受放射治疗患者的血氧饱和度和脉率的实时监护，测试结果表明系统的性能参数满足临床应用需求。临床应用有助于医务工作人员及时发现患者呼吸心跳骤停等危及患者生命的意外情况，在保障患者安全，减少医患纠纷方面具有较好的临床应用价值；此外，系统配置成本低，操作简单，易于广泛推广使用。

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