СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ
SYSTEM FOR STORING AND PROCESSING DOSIMETRIC DATA

Область техники
Изобретение относится к системе для обработки и хранения данных и предназначено для обработки и хранения дозиметрических данных в центрах лучевой терапии, в частности протонной лучевой терапии, и может быть использовано в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно общее техническое решение (концепция) обработки данных, но оно не учитывает специфики работы с дозиметрическими данными, в частности при проведении технологического процесса лучевой терапии.
В Российской федерации централизованных систем хранения и обработки дозиметрических данных не позиционировано.
Из уровня техники зарубежных систем известны решения, поставляемые вместе с конкретным дозиметрическим оборудованием самого производителя, которое подключается к локальному автоматизированному рабочему месту (АРМ), обеспечивающего обработку дозиметрических данных с этого дозиметрического оборудования (например, PTW [1], IBA [2], SunNuclear [3]). Такие решения не позволяют произвести автоматизацию дозиметрической системы для действующей лучевой установки.
Ближайшим известным решением является использование программного обеспечения/библиотеки дозиметрического оборудования (например, Pyramid [4], PTW [5]), которые встраиваются в систему для получения дозиметрических данных, и базы данных (например, PostgreSQL [6]) для хранения дозиметрических данных, что потребует проработки формата хранения.
Предлагается система хранения и обработки дозиметрических данных, которая обеспечивает возможность как подключения стороннего дозиметрического оборудования и обладает возможностью интеграции в действующий центр лучевой терапии, так и позволяет использовать как систему в составе вновь создаваемых.
Библиография
[1] Radiation Therapy [Электрон.ресурс]. - 2021. URL: https://www.ptwdosimetry.com/en/solutions/radiation-therapy/ (дата обращения 24.12.2021).
[2] myQA: Global QA Platfrom [Электрон.Ресурс]. - 2021. URL: https://www.iba-dosimetrv.com/myqa-software/ (дата обращения 24.12.2021).
[3] SunCHECK [Электрон.Ресурс]. - 2021. URL: https://www.sunnuclear.com/suncheck (дата обращения 24.12.2021). [4] Pyramid [Электрон.Ресурс]. - 2022. URL: http://ptceurope.com/ (дата обращения 16.03.2022).
[5] PTW [Электрон.Ресурс]. - 2022. URL: https://www.ptwdosimetrv.com/en/overview-pages/special-water-phantom-systems/, https://www.ptwdosimetrv.com/en/products/unidos-tango-romeo/ (дата обращения 16.03.2022).
[6] PostgreSQL [Электрон.Ресурс]. - 2022. URL: https://www.postgresql.org/ (дата обращения 16.03.2022).
Раскрытие сущности изобретения
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение является повышении эффективности труда персонала центра лучевой терапии (дозиметристы, медицинские физики, персонал управления лучевой установкой) во время предлучевой подготовки и проведения сеанса лучевой терапии пациента при обработке данных.
Техническим результатом заявляемого решения является ускорение и повышение уровня оперативности информационного обеспечения работы системы хранения и обработки дозиметрических данных.
Для достижения технического результата предложена система хранения и обработки дозиметрических данных, состоящая из модуля получения дозиметрических данных, включающего блоки: расчета характеристик дозиметрических данных, блок оценки характеристик дозиметрических данных, блок контроля получения дозиметрических данных, при этом в модуль интегрируется библиотека/программное обеспечение дозиметрического оборудования; модуля хранения дозиметрических данных, включающего блоки: информационного обмена, буфера данных, прокси-сервера, базы данных, в составе файловой системы и системы управления базой данных; модуля обработки дозиметрических данных, включающего блоки: калибровки дозиметрического оборудования, сравнительного анализа дозиметрических данных, визуализации и фильтрации дозиметрических данных, кроме того в него встраивается библиотека модуля получения дозиметрических данных, которая так же может быть встроена в стороннее программное обеспечение.
Преимуществами предложенной системы является то, что:
а) создается единая информационная среда хранения и доступа к дозиметрическим данным в центре лучевой терапии;
б) обеспечивается оперативность поступления полной и достоверной дозиметрической информации персоналу центра лучевой терапии для принятия оптимальных решений;
в) повышается уровень достоверности дозиметрической информации за счет оперативного доступа к комбинированным данным, полученным от аппаратных средств дозиметрии и мониторинга пучка, основывающихся на различных физических принципах;
г) определяются дополнительные параметры пучка в процессе постобработки данных;
д) централизованно подключается все дозиметрическое оборудование (ДО, в том числе от разных производителей) к системе.
Как результат - повышается эффективность труда персонала центра лучевой терапии.
Краткое описание чертежей
На чертеже показана схема системы хранения и обработки дозиметрических данных (далее СХОДД), где:
2 - модуль получения дозиметрических данных (МПДД):
1.1 - библиотека дозиметрического оборудования;
1.2 - программное обеспечение дозиметрического оборудования;
2.1 - блок расчета характеристик дозиметрических данных;
2.2 - блок оценки характеристик дозиметрических данных;
2.3 - блок контроля получения дозиметрических данных;
2.4 - библиотека модуля получения дозиметрических данных;
3 - модуль хранения дозиметрических данных (МХДД):
3.1 - блок информационного обмена;
3.2 - блок буфера данных;
3.3 - блок прокси-сервера;
3.4 - база данных;
3.5 - файловая система;
3.6 - система управления базой данный (СУБД);
3.7 - блок сохранения данных;
4 - модуль обработки дозиметрических данных (МОДД):
4.1 - блок калибровки дозиметрического оборудования;
4.2 - блок сравнительного анализа дозиметрических данных;
4.3 - блок визуализации и фильтрации дозиметрических данных; а также:
1 - дозиметрическое оборудование (ДО);
5 - сторонняя система;
6 - система, обеспечивающая отпуск дозы.
Осуществление изобретения
Система хранения и обработки дозиметрических данных, показанная на чертеже, состоит из следующих составных частей:
- модуля получения дозиметрических данных - МПДД 2;
- модуль хранения дозиметрических данных - МХДД 3;
- модуля обработки дозиметрических данных - МОДД 4.
МПДД 2 включает блок расчета характеристик дозиметрических данных 2.1, блок оценки характеристик дозиметрических данных 2.2, блок контроля получения дозиметрических данных 2.3, а также в него интегрируются: библиотеки дозиметрического оборудования (ДО) 1.1 и программное обеспечение ДО 1.2, кроме того, к нему относится библиотека МПДД 2.4, которая встраивается в программное обеспечение МОДД или стороннюю систему 5, МХДД 3 включает блок информационного обмена 3.1, блок буфера данных 3.2, блок прокси-сервера 3.3, базу данных 3.4, которая включает в себя файловую систему 3.5 и систему управления базой данный СУБД 3.6, блок сохранения данных 3.7, МОДД 4 включает блок калибровки дозиметрического оборудования 4.1, блок сравнительного анализа дозиметрических данных 4.2, блок визуализации и фильтрации дозиметрических данных 4.3, кроме того, в него (как указано выше) встраивается библиотека МПДД 2.4, при этом библиотека ДО 1.1 и программное обеспечение ДО 1.2 соединены двусторонней связью с ДО 1, библиотека модуля передачи дозиметрических данных 2.4 соединена двусторонней связью с модулем передачи дозиметрических данных 2, блок программного обеспечения дозиметрического оборудования 1.2 соединен двусторонней связью с модулем обработки дозиметрических данных 4, МПДД 2 соединен односторонней связью с блоком буфера данных 3.2, МОДД 4 соединен двусторонней связью с модулем хранения дозиметрических данных МХДД 3, блок информационного обмена 3.1 соединен односторонней связью со сторонней системой 5, МПДД 2 соединен односторонней связей с системой, обеспечивающей отпуск дозы 6, кроме того блок буфера данных 3.2 соединен односторонней связью с блоком сохранения данных 3.7, блок сохранения данных 3.7 соединен односторонней связью с блоком базы данных 3.4, блок прокси-сервера 3.3 соединен двусторонней, а блок информационного обмена 3.1 односторонней связью с блоком базы данных 3.4, библиотека МПДД 2.4 соединена односторонней связью с блоком калибровки ДО 4.1 и односторонней связью с блоком прокси-сервера 3.3, блок сравнительного анализа дозиметрических данных 4.2 и блок калибровки ДО 4.1 соединены двусторонней связью с блоком визуализации и фильтрации дозиметрических данных 4.3, блоки калибровки ДО 4.1, блок сравнительного анализа ДД 4.2 и блок визуализации и фильтрации ДД 4.3 соединены двусторонней связью с блоком прокси-сервера 3.3, библиотека ДО 1.1 соединена односторонней связью с блоком расчета характеристик дозиметрических данных 2.1, блок расчета характеристик дозиметрических данных 2.1 соединен односторонней связью с блоком оценки характеристик дозиметрических данных 2.2, блок оценки характеристик дозиметрических данных 2.2 связан односторонней связью с блоком контроля получения дозиметрических данных 2.3, который, в свою очередь, связан односторонней связью формирования прерывания на отпуск дозы 6.
Библиотека МПДД 2.4 входит в состав оригинального программного обеспечения, встраивается в программное обеспечение МОДД 4 или программное обеспечение сторонней системы для контроля процесса отпуска дозы, а также позволяет проводить удаленную настройку конфигурации параметров оборудования.
МПДД 2 предназначен для подключения любого ДО 1 стороннего производителя к СХОДД методом интеграции библиотеки 1.1 ДО 1 или методом IPC (inter-process communication) программного обеспечения ДО 1 с целью получения дозиметрических данных, настройки конфигурации параметров оборудования. При подключении ДО 1 через библиотеку 1.1 производителя МПДД 2 обеспечивает в реальном времени предварительную обработку и передачу дозиметрических данных в МХДД 3 для сохранения в базе данных 3.4. В МПДД 2 производится обработка и расчет характеристик дозиметрических данных, производится оценка характеристик дозиметрических данных. Если не требуется дополнительной обработки данных, они будут переданы в реальном времени в МХДД 3 и отображены в интерфейсе библиотеки МПДД 2.4. В случае отклонения характеристик от заданных значений на величину, превышающую заданное значение, формирует функциональный сигнал на прерывание отпуска дозы в стороннюю систему 6 отпуска дозы. Перед отпуском дозы, посредством интерфейса библиотеки МПДД 2.4, задают параметры отпуска дозы. В процессе набора заданной величины дозы блоком контроля получения дозиметрических данных 2.3 формируется функциональный сигнал о прерывании по завершению набора дозы. По данным, отображающимся в интерфейсе библиотеки МПДД 2.4, оператор может оценивать корректность проведения процедуры отпуска дозы и возможность принятия оперативных решений по ее проведению.
Блок расчета характеристик дозиметрических данных 2.1 производит расчет заданных параметров по входным дозиметрическим данным при проведении отпуска дозы. Блок оценки характеристик дозиметрических данных 2.2 производит сравнение параметров измеряемого с заданными, и оценивает величину отклонения от заданной. Блок контроля получения дозиметрических данных 2.3 обеспечивает контроль пространственного распределения пучка ионизирующего излучения и набираемой дозы, при возникновении штатных (набор заданной величины дозы) или нештатных (выход характеристик пучка за заданный диапазон) формирует соответствующий сигнал в стороннюю систему отпуска дозы 6.
МХДД 3 позволяет в реальном времени производить получение дозиметрических данных от МПДД 2, обеспечивать их сохранение в базе данных 3.4, а также предоставлять доступ к ним, в том числе для обработки с последующим сохранением результата. Блок буфера данных 3.2 предназначен для предварительной записи дозиметрических данных в МХДД 3, что позволяет распараллелить прием и сохранение данных. Блок сохранения данных 3.7 обеспечивает обработку сохраненных в буфере дозиметрических данных и сохранение их в базе данных 3.4. После того, как блок 3.2 успешно обработал данные, они доступны для считывания и обработки в МОДД 4, а также для передачи в смежные системы. Данные после обработки удаляются из буфера. Блок информационного обмена 3.1 обеспечивает доступ сторонних систем 5 (например, системы планирования облучения) к дозиметрическим данным с использованием международных протоколов обмена данными. Блок прокси-сервера 3.3 обеспечивает обмен данными с МОДД 4 в составе АРМ по внутреннему протоколу. База данных 3.4 хранит дозиметрические данные: структурно под управлением СУБД 3.6 и массивы в файловой системе 3.5, а также сохраняет конфигурацию системы (для всех модулей), которая может динамически изменяться в процессе работы модулей, в том числе параметры используемых детекторов/мониторов дозы. Обработанные дозиметрические данные, их характеристики и оценка отклонения характеристик дозиметрических данных поступают в МХДД 3. В нем производится обработка данных и их сохранение, после чего они становятся доступны модулям СХОДД и сторонним системам.
Если получаемые дозиметрические данные требуют дополнительной обработки оператором, то они перед сохранением сначала передаются в МОДД 4.
Данные детекторов и дозиметрические данные плана облучения хранятся в МХДД 3. Дозиметрические данные, хранящиеся в МХДД 3, могут быть загружены в МОДД 4 и подвергнуты дополнительной обработке и анализу.
МОДД 4 обеспечивает обработку дозиметрических данных, поддерживает получение дозиметрических данных методом IPC для МПДД 2. МОДД 4 обеспечивает на этапах ПЛТ калибровку детекторов и верификацию качества осуществления формирования дозовых распределений плана облучения. Блок калибровки дозиметрического оборудования 4.1 обеспечивает процедуру расчета цены мониторной единицы для реализации плана облучения. Блок сравнительного анализа дозиметрических данных 4.2 производит оценку реализации плана облучения. Блок визуализации и фильтрации дозиметрических данных 4.3 обеспечивает унифицированную комбинированную обработку дозиметрических данных, получаемых от оборудования разных производителей с разными принципами (механизмами) получения и структурами этих данных.
Для передачи измеренных дозиметрических данных в СХОДД МПДД 2 обеспечивает подключение ДО 1 любого стороннего производителя посредством интегрирования в СХОДД Библиотеки ДО 1.1 или ПО ДО 1.2, в зависимости от того, что включается в поставку ДО 1 производителем.
Дозиметрические данные поступают из ДО 1 в интегрированную в Библиотеку ДО 1.1/ПО ДО 1.2 модуля МПДД 2 СХОДД. Производится обработка и расчет характеристик дозиметрических данных в Блоке расчета характеристик ДД 2.1, а также производится оценка характеристик дозиметрических данных в Блоке оценки характеристик дозиметрических данных 2.2. Если не требуется дополнительной обработки данных на МОДД 4 они будут переданы в реальном времени в МХДД 3 и отображены в интерфейсе Библиотеки МПДД 2.4, интегрированной в МОДД 4 или Стороннюю систему 5. В случае отклонения характеристик от заданных значений на величину, превышающую заданное значение, Блок контроля получения ДД 2.3 формирует функциональный сигнал на прерывание отпуска дозы в стороннюю систему отпуска дозы 6. МПДД 2 получает от интегрированной Библиотеки МПДД 2.4 и задает ДО 1 параметры отпуска дозы. При наборе заданной величины дозы блок контроля получения ДД 2.3 формирует функциональный сигнал о прерывании по завершению набора дозы в стороннюю систему Отпуска дозы 6.
По данным, отображающимся в интерфейсе Библиотеки МПДД 2.4, оператор может оценивать корректность проведения процедуры отпуска дозы и возможность принятия оперативных решений по ее проведению.
Обработанные дозиметрические данные, их характеристики и оценка отклонения характеристик дозиметрических данных поступают в Блок буфера данных 3.2 модуля МХДД 3. Блок сохранения данных 3.7 производит обработку данных в Блок буфера данных и производит их сохранение в Базе данных 3.4, после чего они становятся доступны модулям СХОДД и сторонним системам. Взаимодействие с базой данных для получения и сохранения дозиметрических данных: МОДД 4 осуществляет через Блок прокси-сервера 3.3 по внутреннему протоколу, сторонняя система 5 осуществляет через Блок информационного обмена 3.1 по стандартным протоколам обмена.
Если дозиметрические данные, получаемые МПДД 2 требуют дополнительной обработки оператором, то они сначала передаются в МОДД 4, где обработка производится в Блоке визуализации и фильтрации ДД 4.3, а затем передаются для сохранения в МХДД 3.
Для калибровки дозиметрического оборудования в процессе проведения ПЛТ используется Блок калибровки ДО 4.1. В нем по получаемым МОДД 4 характеристикам дозиметрических данных производится расчет параметров детекторов ДО 1. Рассчитанные параметры детекторов сохраняются в МХД Д 3.
Для проверки качества осуществления плана облучения в процессе проведения ПЛТ используется Блок сравнительного анализа ДД 4.2. Дозиметрические данные плана облучения, загруженные в блок, сравниваются с дозиметрическими данными, полученными непосредственно с ДО 1 посредством МПДД 2, в результате выносится предварительное заключение. На основании последнего и визуализированных данных оператор может принять решение о качестве осуществления формирования дозового распределения плана облучения.
Дозиметрические данные, хранящиеся в Базе данных 3.4, могут быть загружены в МОДД 4 и подвергнуты дополнительной обработке и анализу в Блоке визуализации и фильтрации ДД 4.3. Обработанные данные сохраняются в МХДД 3.
Каждый из модулей является программно-аппаратным комплексом (ПАК).
Технические средства ПАК реализуются на базе промышленного компьютера; в состав МПДД 2 входит интерфейс (плата-расширения) подключения ДО.
Программные средства ПАК включают общее и специализированное программное обеспечение (ПО). Общее ПО - операционная система. Специализированное ПО - оригинальное программное обеспечение, которое реализует логику работы модуля: обработки данных и предоставления интерфейса пользователя.
Таким образом, совокупность указанных выше технических признаков позволяет системе хранения и обработки дозиметрических данных произвести автоматизацию трудоемких и рутинных операций, и повышается уровень оперативности информационного обеспечения. В итоге создается единая информационная среда для решения основных задач предлучевой подготовки и проведения сеансов лучевой терапии пациента, относящихся к получению и обработке дозиметрических данных, что приводит к повышению эффективности труда персонала центра лучевой терапии.