Page 95 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第2期

设 计 与 制 造

3 系统设计 个系统的运行提供硬件支撑。
质子治疗监控系统采用集中式网络结构，在中
3.1 系统架构设计 心节点上完成从设备配置、实时监控到故障诊断的
质子治疗监控系统从下至上共分为设备层、数 全生命周期管理。本结构将原本分散在不同系统的
据采集层、数据处理层、数据展示层4个层次（见 管理工作集中整合，缩短了系统处理、分析并做出
图1），每个层次的功能以模块集或接口的方式构 决策响应的时间，使得数据传输路径减少，压缩了
建和集成。 数据在传输过程中遭遇截获、篡改的风险时长，实
数据展示层将质子治疗系统复杂的运行数据以 现了系统运维效率和安全性的提升。

直观、清晰的方式进行可视化呈现。系统提供包括
报表组态、图形组态、脚本组态、通信组态、数据 输入数据 请求按钮 业务数据请求/业务处理 业务处理开始
所需的数据
库组态在内的多项应用功能，通过编程方式实现系 客户端 数据存取请求
统复杂行为逻辑，增强系统对临床场景的适应性， 输出数据 全部处理 业务处理结束
结束
满足对监控画面的配置需求。 业务处理程序

数据展示层 报表组态 图形组态 脚本组态 通信组态 数据库组态 数据登录/更新/读取
SQL请求开始 数据处理开始
的请求
执行SQL 数据存取请求
工程设计器 数据库 服务器端
SQL请求结束 数据登录/更新/读取 数据处理结束
历史数据服务 关系数据库 的结果
数据处理层 报警数据服务 数据存取程序
实时数据库
实时数据服务 图2 质子治疗监控系统软件架构
Fig.2 Proton therapy monitoring system software architecture

质子治疗监控系统采用C/S（Client/Server）软
基于C++的通信 MQTT对外转发
数据采集层 开发包 IOServer 接口 件架构，整个系统划分为客户端与服务器端两大核
S7、OPC UA、Modbus 心模块，如图2所示。客户端是用户与系统交互的
前端，负责人机交互和发送各类请求；服务器端是
设备层 PLC 仪表 其他设备 系统的核心枢纽，负责处理业务逻辑与数据管理。
图1 质子治疗监控系统架构 本结构规定所有核心数据集中存储于服务器端，客
Fig.1 Proton therapy monitoring system architecture 户端若要获取数据，必须通过服务器设置的特定应

数据处理层负责将数据采集层上传的数据加工 用程序接口（application program interface，API），
为数据展示层可直接使用的数据，是数据流转过程 阻断了客户端直接获取数据的路径。
的关键环节。数据处理层设置数据校验机制，首先 质子治疗监控系统用于监控束流管理系统、治
疗控制系统、定位管理系统、治疗安全系统和支持
对数据采集层上传的原始数据流进行质量校验，识
系统，具体情况如图3所示。
别并剔除其中的重复记录、逻辑错误或超出合理范
围的无效数据，然后按照预设的分类规则将数据进 束流产生系统
行分类，分别存入对应的数据库，最后根据数据展
能量选择系统
示层的要求进行格式转换与接口适配。 质子治疗监控系统 监控 束流管理系统
束流传输系统
数据采集层提供的通信集成模块支持S7、OPC
监控 束流照射系统
UA、Modbus等通信标准，通过通信集成模块从可
编程控制器（programmable logical controller，PLC）、 支持系统 治疗控制系统
工控机、传感器及现场其他设备中采集原始数据， 患者定位系统
依据各通信协议的规范结构对数据进行解码，将来 水 真 电 数 支持 定位管理系统
冷
空 源
自不同协议通道的数据进行整合和归一化处理，提 却 系 系 据 患者定位确认
系
库
供标准化数据集给数据处理层，同时支持通过中继 统 统 统 治疗安全系统
接口向第三方系统进行数据转发。
图3 质子治疗监控系统监控范围
设备层为质子治疗监控系统的底层，负责为整 Fig.3 Monitoring scope of proton therapy monitoring system

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