野外机动应用的车载CT方舱研究

晁勇，帅万钧，李安民，王福利，张少东，谭树林，苏卫华，武超，牛福，段德光

1.中国人民解放军总医院第一附属医院，北京　100048；2.军事医学科学院卫生装备研究所，天津　300161

野外机动应用的车载CT方舱研究

晁勇1，帅万钧1，李安民1，王福利1，张少东1，谭树林2，苏卫华2，武超2，牛福2，段德光2

1.中国人民解放军总医院第一附属医院，北京100048；2.军事医学科学院卫生装备研究所，天津300161

[摘要]目的提高我国灾害医疗救援能力，研究一种可机动应用于野外环境的CT装置。方法将传统CT装置改装后安装于方舱内，通过汽车自装卸方式实现机动运输，采取有效措施保证CT应用条件。结果研制完成的车载CT方舱样机经测试性能良好，能满足野外机动应用要求。结论车载CT 方舱具有平战适用的特点。

[关键词]CT机；CT方舱；车载；机动运输；野外环境

0　前言

计算机断层成像（Computed Tomography，CT）装置已逐渐成为医院常规的检查设备，特别是CT扫描已成为急救医学和外科手术前的必要检查项目[1-2]。CT扫描可以快速获取人体重要脏器的解剖结构信息，为脏器损伤位置和损伤程度提供医学诊断依据，为进一步的临床治疗提供宝贵的指导性信息。CT装置是在重要脏器形态学诊断方面无可替代的重要影像诊断设备[3]。由于CT装置对其应用环境要求严格，目前医院的CT装置往往仅安装于固定场所，不能移动。

近年来，我国地震灾害频发。灾后第一时间抵达灾区的医疗队，都因为灾区医院的医疗设备基本破坏，而自身又无法携带大型必需的医疗设备（如CT、DR等）而不能展开有效救治。这也暴露出我国灾后早期伤员救治能力的不足[4-6]。因此，研制机动应用于野外环境的CT装置将大大提高我国医疗卫生装备水平，以实现在突发重大自然灾害或战争环境下能够早期及时有效抢救伤员。

目前，美国研制有16 m长厢体的车载式CT机[7]，日本研制有12 m长厢体的车载式CT机[8]，该类设备可实现移动式应用。但由于其车厢较长，车辆的机动性能差，而且没有减振措施，只能在铺装的路面行驶和在平整的大面积的场所展开使用，不能在野外环境和战场条件下使用。国内报道的某台CT方舱[9]，也因研制周期短，在减振、调平和辐射防护方面均存在一定问题而难以实际应用。本文研究的是军队野战方舱医院系统的一部分，是对我军二代方舱医院系统的功能扩充。

1　系统设计

1.1运输动力

系统采用汽车运输方式以实现高机动性能，选用常见汽车公司生产的二类底盘，保证通用性。将CT装置安装于一舱体内，以MZX2006A-14 整体自装卸越野汽车（9170 mm×2500 mm×3890 mm）为方舱机动运力。运输时，CT装置与舱体整体固定于车辆底盘上；工作时，舱体落地并调平。系统整体效果图，见图1。

图1　车载CT方舱整体外形

1.2舱体设计

舱体采用手动推拉翻板双侧扩展方式[10]，结构简单、可靠，运用平衡锤原理，通过人员1次推拉操作，可使相关盖顶进行联动性地展开或收拢，一般2人可在数分钟内完成展开或撤收工作，操作便捷。舱体的三维外形图，见图2。舱体规格尺寸为：车载运输状态6058 mm(L)×2438 mm(W)×2438 mm(H)；双侧展开状态6058 mm(L)×5670 mm(W)×2438 mm(H)。

图2　方舱舱体的三维外形

1.3设备选型

野外医学救治中，CT检查重点关注头、颈、胸、腹和四肢等部位[5,11]，对CT扫描速度要求较高的心脏检查项目需求较少，故对CT装置的扫描速度无特殊要求。目前，在售主流CT装置的宽度均在2000 mm左右，西门子公司的CT装置最小宽度均为2300 mm，飞利浦公司的CT装置最小宽度为2100 mm，GE公司的CT装置最小宽度为1784 mm。受舱体尺寸限制，仅GE CT装置可满足要求。另外，该款GE Brivo315/325型CT扫描床为固定结构，整机安装长度为3400 mm，也可满足舱体的长度要求。而且，该款GE装置虽为国外品牌，但在国内研制和生产，配件和维修服务均有保障。综合考虑，可选择GE双排螺旋CT Brivo325机型。

2　应用条件保证

2.1舱内布局

舱内布局示意图，见图3。分为暖通设备间、CT控制室和CT扫描室3个部分，运输时三者由车头至车尾依次分布。

图3　CT方舱舱内布局

暖通设备间安装有空调室外机和燃油暖风机组，提供电源、通讯模块的接入通道，并配置有工具储藏室。

CT控制室面积约1.5 m2，布置有CT控制台主机、显示器、观片灯、图文工作站及报告打印机等设备设施。

CT扫描室面积约25.9 m2（展开状态），布置有CT扫描机架、CT扫描床、空调室内机、医用胶片打印机、通信模块和配电箱等设备设施。

舱体顶板内装有空调风道、照明灯带、紫外线杀菌灯等。舱体前后端板设有通风壁盒，保证空气流通。

2.2电源供应

Brivo 325 CT机电源要求如下：电压380 V，最大偏差不得超过±10%，日电压波动不超过+10%～-5%；频率50 Hz，最大偏差不得超过±2 Hz，相间电压间的最大偏差不得超过最小相电压的3%；持续时间＜100 ns 的瞬态电压峰值（除了因CT系统产生的）＜1000 V；系统设备最大功率为50 kVA，连续功率为15 kVA，功率因数为0.9；设备最大瞬间峰值电流为76 A，连续电流为23 A，推荐使用最小过电流保护器的额定电流为90 A；设备要求专线供电。

按照以上电源要求，设计匹配1台50 kVA发电车，并配套稳压器，防止电压偏差对CT装置造成损害；预留380 V、50 A电源接口，可在有动力电供应的地区使用当地电源；设计配电箱，安装紧急开关，与控制室联动控制，以便在紧急情况下迅速切断电源。

2.3温湿度控制

CT装置正常工作时，环境温度应控制在18～28℃。为进行有效地温湿度控制，舱体内设计安装2台分体式空调和2台燃油暖风机。空调出风口位于扫描室顶部，回风口位于室内机下部；暖风机出风口位于扫描室外方舱前壁板左右两侧，回风口风道位于控制室内方舱前壁板底部；扫描室和控制室隔墙下部开通风管口，用于暖通系统的回风，通风管口采用带有铅防护功能的弧形多折风道进行联通。

2.4辐射防护

根据GBZ/T 180-2006标准的要求[12]，对CT机房屏蔽设计的剂量目标值规定要同时满足下列要求：机房外的人员可能受到照射的年有效剂量应该＜0.25 mSv（相应的周有效剂量＜5µSv）；在距机房的外表面0.3 m处，空气比释动能率＜7.5µSv/h。

按照普通固定CT机房的要求设计，CT机房四周的墙壁、天花板（机房上有人居留）和地板（机房下面有人居留）以及防护门及观察窗一般均≥3 mmPb当量。考虑到CT方舱移动性能和舱体总质量要求，其辐射安全防护不可能按照普通固定CT机房的要求进行设计。所以，为保证舱内空气的电离度及外防护达到合理水平，可根据CT辐射剂量分布曲线，依据舱内不同区域的辐射强弱，对不同舱体四壁辐射安全防护材料的厚度进行适当增减，以达到在保证有效防护的前提下减轻辐射防护材料的总质量。

2.5减振保护

CT装置作为高精密设备，对使用环境和平衡性都有较高要求，特别是部分机械和电子部件对振动和冲击比较敏感，超过一定负荷后极易损坏或加速老化，造成图像质量较差或设备故障。因此，解决普通公路和砂石路面条件下振动和冲击问题是车载CT方舱的关键问题之一。本研究采取如下解决方案：

（1）减振器的选择。根据路面条件和CT装置工作要求，计算减振参数，选择合适的减振器。减振要考虑上下、前后、左右三个方向，减振器的选择也需选择三向减振器。

（2）承重支架的铸造。设计并铸造一个承重支架，将CT装置的主要部件CT扫描机架安置于承重支架上，在承重支架的底部和四周安放减振器，以达到上下、前后、左后三个方向减振。

（3）起承装置的铸造。设计并铸造起承装置，起承装置一端与减振器相连，一端与舱体相连，通过起承装置的位置移动，改变减振器弹簧的长度，实现减振器在弹性状态和刚性状态之间的转换。

（4）装置连接。减振器一端与承重支架连接，一端与起承装置连接。

（5）工作状态。CT装置处于工作状态时，调整起承装置位置，使得减振器弹簧处于自然伸展位置（或接近自然伸展位置），使减振器从弹性状态解锁，从而保证坐落在承重支架上的CT扫描机架与舱体达到刚性连接。

（6）运输状态。CT装置处于运输状态时，调整起承装置位置，使得减振器弹簧处于弹性工作平衡点位置，使减振器处于弹性状态，从而保证坐落在承重支架上的CT扫描机架与车体达到弹性连接。

（7）加装保护和限位装置。考虑到可能存在突发情况，使减振器超出弹性工作范围，在可能的极限位置需加装保护和限位装置。

（8）预留安全空间。在减振装置的各部件之间，要考虑最大相对位移，预留安全空间，以防止碰撞。

本文设计完成的减振装置与CT机架配合效果图，见图4。

图4　减振支架与CT机架配合图

2.6信息化系统

由于CT方舱是野战方舱医院的一部分，通过局域网络系统，可将CT影像信息上传至信息中心。根据需要，采用卫星通讯，实现对术中病人或重症伤员的远程会诊，同时可以将医学信息数据及时上传后方。本研究在舱内配备了医疗信息及通讯数据传输系统，通过影像系统（PACS），可将CT检查资料上传信息中心，实现在其他功能方舱内随时调阅患者的影像信息。同时在CT舱内配备有专用的图文工作站和报告打印机，便于医师及时出具伤情诊断报告。

3　性能测试及结果

本研究研制完成的车载式CT方舱样机，见图5。历经一系列性能测试和考核，CT装置工作正常，扫描图像清晰，达到各项指标设计要求，满足应用需求。

图5　车载CT方舱样机

实际道路运输测试，现已完成约3000 km的实际道路运输，对车辆的整体运输性能、方舱的装卸载和展收功能等进行了测试。运载后，舱体结构完好，舱内仪器设备完好，经通电测试，CT工作正常。

试验场地测试。现已通过一系列第三方试验测试，包括高温试验、湿热试验、雨淋试验、冷冻试验、整车振动试验和辐射防护检测等。测试结果均为良好，并在测试后及时通电开机，CT工作正常。

野外环境试用检验。配合部队的野外拉练，该CT方舱进行了野外环境下机动应用的第三方试用。结果表明，CT方舱能够满足部队应用需求，能够机动应用于野外环境。

4　结论

本研究设计完成了一套车载CT方舱，是将CT装置安装于方舱内，通过车辆运输实现CT装置的野外机动应用。本研究完成的车载CT 方舱，具有机动性高、适应性强、平战适用的特点。该方舱将有望应用于突发灾害或战争条件下的野外现场救治，以及边远艰苦地区的巡回医疗，以提高我国灾害现场医疗救治和卫生勤务保障能力。

[参考文献]

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[4] 公保才旦．青海玉树地震医疗大救援的回顾[J]．上海医学, 2012,35(7):617-618．

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[8] Masaomi Takizawa,Shusuke Sone,Kazuhisa Hanamura, et al．Telemedicine System Using Computed Tomography Van of High-Speed Telecommunication Vehicle[J]．IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION TECHNOLOGY IN BIOMEDICINE,2001,5(1):2-9．

[9] 熊钰忠,等．平战急救用多功能生命支持车的研制[J]．中国医疗设备,2012,27(3):96-97．

[10] 谭树林,赵秀国,段德光,等．武警方舱医院研究与设计．医疗卫生装备,2012,33(11):75-77．

[11] 王炳南,程正祥,王柯．方舱医院救治玉树地震伤员377例分析[J]．人民军医,2012,55(12):1184-1186．

[12] GBZ/T 180-2006,医用X射线CT机房的辐射屏蔽规范[S]．

本文作者：晁勇，副主任技师，医学工程科主任，主要研究方向为医学装备管理、研发和计量检测。

作者邮箱：yongchg@sina.com

[中图分类号]R82

[文献标志码]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.04.009

[文章编号]1674-1633(2014)04-0027-03

收稿日期：2014-03-02

基金项目：全军医学科研“十二五”项目（AWS11Z005-2）；全军医学科技青年培育项目（13QNP181）。

通讯作者：谭树林，高级工程师。

Study on Vehicle CT Shelter for Maneuvering Application in Field Environment

CHAO Yong1, SHUAI Wan-jun1, LI An-min1, WANG Fu-li1, ZHANG Shao-dong1, TAN Shu-lin2, SU Wei-hua2, WU Chao2, NIU Fu2, DUAN De-guang2
1.The First Affliated Hospital of General Hospital of PLA, Beijing 100048, China; 2.Institute of Medical Equipment, Academy of Military Medical Sciences, Tianjin 300161, China

Abstract：ObjectiveTo improve the capacity of disaster medical assistance, a kind of mobile CT (Computed Tomography) equipment was studied to be used in feld environment.MethodsAfter being modified, the traditional CT was installed in a box shelter. The CT shelter was loaded or unloaded automatically, and it was mobile in the feld environment through the motor vehicle. Some approaches were studied to meet CT application conditions for CT shelter.ResultsA model machine of the vehicle CT shelter was completed. It was proved to work well through a series of tests.ConclusionThe vehicle CT shelter can meet the requirements of maneuvering application in the feld environment.

Key words：CT; CT shelter; vehicle; maneuvering; feld environment