車載移動(dòng)式c方艙的研制

車載移動(dòng)式c方艙的研制

0ct影像學(xué)特點(diǎn)現(xiàn)在，ct已成為醫(yī)院開展的醫(yī)療診斷設(shè)備。這可以捕捉大多數(shù)重要器官（大腦和脊柱、頸部、胸部、肺臟、腹腔、肝臟、胰腺、脾臟、盆腔、脊柱和四肢骨骼）的學(xué)術(shù)信息。經(jīng)ct掃描，患者可以清楚地顯示多個(gè)器官損傷的位置和程度，為緊急救援中的外科手術(shù)提供最價(jià)值的指導(dǎo)信息。如圖1所示,人體重要臟器和組織的CT成像能基本上達(dá)到解剖學(xué)層次,CT圖像在重要臟器形態(tài)學(xué)診斷方面是X線、B超等影像學(xué)方法無法替代的,是一種在重大自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭環(huán)境下的醫(yī)療保障體系中不可或缺的大型醫(yī)療設(shè)備。汶川地震和玉樹地震救災(zāi)中,X線車和方艙醫(yī)院的X線方艙在災(zāi)區(qū)的傷員批量救治過程中發(fā)揮了巨大的作用,實(shí)現(xiàn)了傷病員的就近、早期、及時(shí)的外科學(xué)診斷,但也暴露出一定問題。在地震等自然災(zāi)難中,顱腦損傷、脊柱損傷、內(nèi)臟損傷的現(xiàn)場(chǎng)快速診斷是難點(diǎn)。這些損傷在醫(yī)院最常用的是CT檢查。但目前我軍僅配備了X線和超聲設(shè)備,缺少準(zhǔn)確、高分辨率的醫(yī)療診斷設(shè)備,嚴(yán)重限制了現(xiàn)場(chǎng)致命疾病的快速救治。因此,針對(duì)自然災(zāi)害或野戰(zhàn)的惡劣環(huán)境,研制能夠遂行機(jī)動(dòng)、快速高效、適應(yīng)野外醫(yī)院勤務(wù)能力的車載移動(dòng)式CT方艙,是我國實(shí)際國情的需要,將填補(bǔ)國內(nèi)外研究空白,意義重大。1ct操作對(duì)象國外可見報(bào)道的車載式CT有GE公司的租賃用CT(車廂體長16m,如圖2所示)和日本學(xué)者M(jìn)asaomiTakizawa于2001年報(bào)道的車載式CT(車廂體長12m),其車身長均大于10m,相當(dāng)于將一個(gè)完整的CT機(jī)房搬遷至機(jī)動(dòng)車上,其機(jī)動(dòng)性能差,只能應(yīng)用于路況較好的區(qū)域,難以應(yīng)用于野外環(huán)境,更無法應(yīng)用于自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭等引發(fā)的惡劣環(huán)境。國外有的廠家所提出的移動(dòng)式CT(如圖3所示)只是在固定場(chǎng)所內(nèi)將CT機(jī)架做成移動(dòng)式,在需要做CT影像時(shí)將CT機(jī)架通過滑軌拉出,不需要時(shí)將機(jī)架從工作區(qū)域收回,這并非真正意義上的移動(dòng)CT。我國某些大的醫(yī)療機(jī)構(gòu)采購了此種意義上的移動(dòng)式CT。該CT主要用于腦外科手術(shù)室,只能做頭部、頸部的CT影像探查,不能用于胸腹部和四肢的CT影像診斷。而且該機(jī)因掃描劑量低、成像時(shí)間長,故圖像清晰度差,不能作為頭頸部CT影像精細(xì)診斷的依據(jù),只能作為手術(shù)室進(jìn)行手術(shù)時(shí)的輔助診查。國內(nèi)2012年某單位生產(chǎn)了一臺(tái)CT方艙。因?yàn)檠兄茣r(shí)間短,該方艙主要存在3個(gè)方面的問題:(1)減振問題。該CT方艙沒有減振設(shè)計(jì),存在著巨大的安全隱患,只能應(yīng)用于城鄉(xiāng)路況較好的區(qū)域,難以應(yīng)用于野外環(huán)境。(2)調(diào)平校正問題。每次運(yùn)輸后,因振動(dòng)會(huì)引起機(jī)架和檢查床之間、機(jī)架各部分之間的細(xì)微位置變化,如在使用前無校正機(jī)制,直接會(huì)影響到圖像的質(zhì)量。該CT方艙沒有調(diào)平校正機(jī)制,長期使用后,圖像質(zhì)量無法保證。(3)防護(hù)問題。CT機(jī)的輻射劑量分布曲線呈蝶形分布,需根據(jù)艙體內(nèi)不同區(qū)域輻射強(qiáng)弱的不同對(duì)艙體四壁的輻射防護(hù)材料厚度進(jìn)行適當(dāng)增減,以達(dá)到在有效防護(hù)的前提下減輕輻射防護(hù)材料總質(zhì)量的目的。根據(jù)調(diào)查,該CT方艙各艙板采用了相同厚度的鉛板進(jìn)行防護(hù),結(jié)果是不但浪費(fèi)了有限寶貴的底盤承載質(zhì)量,而且還造成車輛超重。而且,個(gè)別區(qū)域可能會(huì)由于防護(hù)厚度不夠造成輻射超標(biāo),威脅醫(yī)護(hù)人員的身體健康。2ct掃描室和控制室等設(shè)備設(shè)施CT方艙主體中間設(shè)有大板隔斷,將方艙分為暖通設(shè)備間、CT掃描室和控制室3個(gè)部分。CT控制室位于方艙前部(沿運(yùn)輸前進(jìn)方向),布置有掃描控制主機(jī)、醫(yī)學(xué)顯示器、工作椅、單聯(lián)觀片燈、膠片盒、診斷報(bào)告打印機(jī)等設(shè)備設(shè)施。CT掃描室位于整艙尾部(沿運(yùn)輸前進(jìn)方向),布置有空調(diào)室內(nèi)機(jī)(鉛防護(hù)風(fēng)道)、CT掃描床、CT掃描架、醫(yī)用膠片打印機(jī)、穩(wěn)壓電源和減振支架等設(shè)備設(shè)施。方艙頂板裝有空調(diào)風(fēng)道、照明燈帶、紫外線殺菌燈等。配電箱和照明開關(guān)位于方艙后門左側(cè)。方艙前后端板設(shè)有通風(fēng)壁盒,保證空氣流通。方艙由2臺(tái)分體式空調(diào)和2臺(tái)燃油暖風(fēng)機(jī)保障,空調(diào)出風(fēng)口位于掃描室頂部,回風(fēng)口位于室內(nèi)機(jī)下部;暖風(fēng)機(jī)出風(fēng)口位于掃描室外方艙前壁板左右兩側(cè),回風(fēng)口風(fēng)道位于掃描室內(nèi)方艙前壁板底部;掃描室和控制室隔墻下部開通風(fēng)管口,用于暖通系統(tǒng)的回風(fēng),通風(fēng)管口采用帶有鉛防護(hù)功能的弧形多折風(fēng)道進(jìn)行連通。CT方艙內(nèi)部布局如圖4、圖5所示。3中小型ct機(jī)品質(zhì)和設(shè)計(jì)野外環(huán)境中,使用CT機(jī)進(jìn)行檢查和診斷主要集中在頭、頸、胸、腹和四肢等部位,并不需要多排CT所追求的快速無創(chuàng)心血管系統(tǒng)檢查;同時(shí)每晝夜200人次傷病員典型X線CT掃描檢查和診斷的要求,對(duì)CT機(jī)的掃描速度無特殊要求。因此,兼顧使用功能需求和野外環(huán)境設(shè)備的機(jī)動(dòng)性,以及降低設(shè)備購置成本,確定選擇4排以下CT機(jī)作為CT方艙CT機(jī)的備選機(jī)型。目前,國內(nèi)市場(chǎng)上性能穩(wěn)定、銷售量大的中小型CT主要有GE、Simens和Philips等品牌,具體型號(hào)及參數(shù)見表1。野戰(zhàn)方艙收縮狀態(tài)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸為5160mm(長)×1860mm(寬)×2010mm(高),由表1可知:(1)3種型號(hào)的CT機(jī)高度均小于1950mm;(2)西門子SOMATOMSpiritCT機(jī)最大寬度為2300mm,飛利浦CT機(jī)最大寬度為2210mm,GECT機(jī)寬度為1784mm,只有GECT機(jī)可滿足現(xiàn)有艙體要求;(3)西門子和飛利浦CT機(jī)床位為可升降,因此整機(jī)安裝長度均大于4500mm,GEBrivo325型CT機(jī)床體為固定結(jié)構(gòu),整機(jī)安裝長度為3791mm,可滿足方艙的長度要求。從功能上講,以上3種型號(hào)均為雙排CT機(jī),單圈掃描時(shí)間和切成厚度相近,GECT機(jī)性能較優(yōu);機(jī)械結(jié)構(gòu)上,西門子和飛利浦CT機(jī)架采用液壓支撐,可傾斜一定角度,但易在較強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下出現(xiàn)故障;GECT機(jī)無傾斜功能,傾斜掃描利用軟件實(shí)現(xiàn),因此抗振性能較好。其他進(jìn)口及國產(chǎn)品牌CT機(jī)因穩(wěn)定性相對(duì)較差,暫不予考慮。綜合以上分析,GEBrivo325型CT機(jī)從尺寸、性能和結(jié)構(gòu)上均較適合普通使用要求、小空間和惡劣條件下使用,故作為CT方艙CT機(jī)的首選機(jī)型。4減少振動(dòng)設(shè)計(jì)和調(diào)平校正設(shè)計(jì)4.1ct的減振和調(diào)平校正CT成像是通過機(jī)架旋轉(zhuǎn),用X線束對(duì)人體某一定厚度的層面進(jìn)行掃描得到CT圖像,因此,CT成像對(duì)平衡性有著較高的要求。CT機(jī)為高精密設(shè)備,對(duì)振動(dòng)和沖擊比較敏感,超過一定負(fù)荷后極易損壞或加速老化,造成圖像質(zhì)量不佳。為此,項(xiàng)目組經(jīng)反復(fù)探討研究確定了CT的減振和調(diào)平校正方案,并進(jìn)行了減振效果和減振支架的靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算。CT設(shè)備主要包括機(jī)架(gantry)和床(table)。CT減振設(shè)計(jì)主要是考慮CT機(jī)架的減振,為此設(shè)計(jì)了一套減振支架,將CT機(jī)架固定于減振支架上,通過對(duì)減振支架的減振達(dá)到保護(hù)CT設(shè)備的目的。CT減振支架結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。CT方艙運(yùn)輸時(shí),松開4個(gè)調(diào)節(jié)螺栓,減振器處于工作狀態(tài),減振支架與艙底通過減振器彈性連接,起到減振保護(hù)CT設(shè)備的目的。CT方艙展開,CT設(shè)備處于工作狀態(tài)時(shí),調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓使減振器處于懸置狀態(tài),CT設(shè)備處于水平狀態(tài),保證CT設(shè)備工作時(shí)的穩(wěn)定性要求。4.2金屬減振器減振特性設(shè)備支撐處在5~50Hz的均方根值和功率譜密度值要求見表2。方艙CT設(shè)備約900kg,此外,考慮到承力框架的額外質(zhì)量,4支金屬減振器一共承載約1000kg的質(zhì)量。選用的JZZ7812-1型金屬減振器的單個(gè)承載范圍為220~310kg,滿足質(zhì)量要求。利用Matlab軟件,計(jì)算金屬減振器在要求的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件下的減振特性(見表3)。表中的計(jì)算結(jié)果與指標(biāo)要求比較接近,但尚未滿足,主要原因有:(1)根據(jù)現(xiàn)有的資料分析,方艙的運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境比較惡劣,在低頻處(2~5Hz)有較高的功率譜密度峰值,而振動(dòng)指標(biāo)要求中的最低頻率(5Hz)尚處在該峰值附近。(2)振動(dòng)指標(biāo)要求的頻率范圍為5~50Hz,從減振方面考慮,該減振系統(tǒng)的諧振頻率需要設(shè)計(jì)在5Hz以下,但另一方面,系統(tǒng)的諧振頻率設(shè)計(jì)過低的話,系統(tǒng)振動(dòng)位移會(huì)顯著增大,極有可能造成減振器的破壞,從而威脅到儀器設(shè)備的安全。綜上所述,所選的金屬減振器合理,減振效果滿足GE公司CT機(jī)振動(dòng)指標(biāo)要求。5輻射防護(hù)條件CT機(jī)輻射的X線對(duì)生物細(xì)胞具有殺傷作用,對(duì)操作人員以及方艙外環(huán)境應(yīng)控制在合理的水平。CT方艙利用隔板分隔為掃描室和控制室,其中掃描室艙體部分的大板中間增加防護(hù)鉛板,以達(dá)到X線防護(hù)的目的。CT方艙艙頂以上和艙體以下無人居住或辦公,輻射安全防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮艙頂及艙底的防護(hù)。CT方艙CT機(jī)掃描室四周分別為控制室、內(nèi)部走廊、相鄰方艙和外部走廊,不同場(chǎng)所人員住留的時(shí)間和頻率不同,因此輻射防護(hù)條件也有所區(qū)別。Brivo325CT機(jī)極限工作條件管電壓為140kV,管電流為160mA,其輻射劑量分布曲線呈蝶形分布(如圖7所示)。由此可知,可根據(jù)艙體內(nèi)不同區(qū)域的輻射強(qiáng)弱對(duì)艙體四壁輻射安全防護(hù)材料厚度進(jìn)行適當(dāng)增減,以達(dá)到在保證有效防護(hù)的前提下減輕輻射防護(hù)材料總質(zhì)量的目的。根據(jù)CT機(jī)的散射輻射劑量分布曲線及環(huán)境條件,計(jì)算出輻射透射比,乘以斜射修正因子后,利用查表方法,可估算出并最終確定艙體各位置所需的防護(hù)鉛板的厚度。6ct方艙ct機(jī)減振設(shè)計(jì)及優(yōu)化目前,方艙艙體本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已較為成熟,車載移動(dòng)式CT方艙研制的重點(diǎn)是根據(jù)艙體內(nèi)部尺寸對(duì)CT設(shè)備進(jìn)行合理選型和艙體內(nèi)部設(shè)備優(yōu)化布局,關(guān)鍵是解決CT設(shè)備的減振問題。本文根據(jù)野戰(zhàn)方艙收縮狀態(tài)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸,選用GEBrivo325型CT機(jī)作為CT方艙CT機(jī)的首選機(jī)型,對(duì)CT方艙內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化布局。并根據(jù)GEBrivo325型CT機(jī)的