一款新型移动CT诊疗车

2020-04-28辽宁陆平机器股份有限公司王煜张太林徐鹤鹏苏成林

专用汽车 2020年4期

辽宁陆平机器股份有限公司王煜张太林徐鹤鹏苏成林

为满足大型医疗设备的车载机动化要求，研制了一种智能载车系统平台，安装成为移动CT诊疗车。介绍了该新型移动CT诊疗车的系统构成及布局、系统参数和自动调平系统、减震系统、射线防护系统及智能“T-mc”程序等关键技术。

移动医疗装备的应用范围越来越广泛，随着社会经济的迅速发展，生活水平的提高，人们对自身健康关注度逐渐加大。随着科学技术的不断进步，医疗行业对移动式医疗装备尤其是智能化的移动医疗装备的需求也日益突出。随着我国军民融合政策的大力实施和医疗装备集成技术能力的不断提升，国家城镇及乡村交通运输道路标准的不断提升完善，移动医疗装备的普及成为可能。当前，以车载CT、移动医疗体检车等为代表，移动医疗装备逐渐延伸应用到民用领域。

本文介绍的这款新型移动CT诊疗车，是国内首台64排128层全身扫描CT，是已实现移动车载化的产品。产品进行了多项创新研发：采用了一种特殊工艺多层防护X射线屏蔽厢体，真正实现了“零”辐射——0.3 μSv/h，远低于国家标准2.5 μSv/h；自主研发的一键调平系统，精度可达0.05°，调平时间仅需2.5 min，达到了国内较高水平，为医疗设备检测提供了稳定、高效的工作条件；自主研发的“T-mc”系统，作为车载系统的大脑，可将操作放线、人员疏导、环境指标监测与控制、远程通讯等功能都集中到这个指挥中心控制。

产品主要定位是：一、大型三甲医院托管的基层医院，提升基层的设备水平及诊断能力。二、卫计委等建立地方性的移动救治单元，提升救治效率和救治成功率。三、应急办等升级应急方案，提升应急能力。四、开展针对基层或偏远地区医护人员相关重大疾病的识别、规范化救护的教育平台应用。五、第三方设备租赁方式，解决个别医院患者量少不足以回收成本，但有高级临床应用检查需求的状况。

研发背景及应用前景

车载CT较早出现在德国，2011年由宾茨BINZ公司和迈泰克公司将CT影像检查与传统救护车结合，联合推出了名为STEMO（Stroke Emergency Mobile）的特种卒中救护车，经过为期两年的对照试验，结果表明使用车载CT对缺血性卒中患者溶栓比例提高了10个百分点，随后美国也开始进行效仿和应用，目前大约有20台车载CT进行缺血性卒中的溶栓。目前市场上在应用的产品形态主要分为：头部及全身型。其中头部CT是NEUROLOGICA（已被三星收购），全身CT有西门子、东芝。未来发展将以专科化为主要趋势，在不同场景需要不同形态的产品。如车载CT应用于脑卒中移动溶栓与救治，小型、灵活，可与院内复合手术室对接；或应用于体检等，打造功能丰富的产品；亦可应用于偏远地区、野外等，具有更强的通过性与稳定性。

总体上看，相关产品的主要技术趋势是数据云端传输、低剂量、智能化和专科化。移动性必然需要数据的云端存储与传输；由于是车载环境，其屏蔽条件和效果与医院相比会弱一些，减少被检查者尤其是操作人员的射线辐射剂量是很重要的；人工智能在医学尤其是医学影像领域的应用正在高速发展，结合移动、远程的应用场景，通过智能化平台和软件，无论是在提高扫描过程的效率和标准化程度，还是智能专家系统远程的高质量诊断，都有非常重要的临床使用需求；结合专科化应用场景，如尘肺病、卒中救治等，使用具有高效而全面的软硬件配置的专科化移动诊疗装备，是提高诊疗救治效果的关键。

在发达国家，车载移动影像服务可以定义为外包放射成像服务，应用最多的领域是神经科、心血管内科等，如移动乳腺X射线检查、CT、MRI、PET，移动PET/CT检查服务也正兴起。发展移动影像诊断服务的主要原因是由于单个医院无法承担昂贵的医疗设备费用，需要外包方的帮助。在欧洲市场，移动医疗影像诊断服务普及度比较高的国家是英国、法国、意大利、西班牙等。Alliance Medical作为一家主要的移动医疗影像服务供应商，已经建立了7家移动医疗影像服务公司。例如在英国，由于等候MRI诊断的患者太多，医院无法满足需求。政府与AllianceMedical签订了外包服务合同，要求提供63.5万人次的MRI检查。

我国医疗资源总体不足，且分布极不均衡，移动医疗服务模式的发展为改变医疗资源的配置与医疗服务的绩效以及促进卫生服务的均等化提供了一种新的理念与实践。如基于移动医疗服务这一上下医疗机构互动的载体，将优秀的医疗技术人员和先进的医疗设备输送到农村及边远地区，通过开展一些基本医疗与公共卫生及健康体检等服务项目，实施常见病及多发病的诊疗、慢性病管理和健康教育等措施，能够促进医疗资源与卫生服务模式的有效整合，并对有效解决看病难与看病贵等问题产生积极的影响。近年来国家投巨资用于加强医疗卫生领域的基础建设，尤其是基层能力建设，这也大大刺激了包括医疗体检用车在内的医疗车的需求，同时给医疗车生产企业带来了不小的发展空间。

系统构成及内外设备布局

移动CT诊疗车由运载系统、厢体射线防护系统、环控系统、电控系统4大系统组成，系统构成见图1。运载系统由自动调平系统、减震平台、某品牌底盘、升降平台等组成，其中，自动调平系统和减震平台是项目中的关键技术，自动调平系统提供高精度的水平精度和作业稳定性，减震平台则有效保障CT设备的运载和作业安全。厢体射线防护系统是由大板式车厢、铅板、铅玻璃等组成，作为整个系统的主要载体，提供CT设备作业环境。环控系统由顶置空调、排风换气扇、除湿机等组成，为系统提供稳定的温湿环境。电控系统包由供配电系统及自动调平系统、人机交互系统、通讯系统及中控系统等组成。

1.外部布局

移动CT诊疗车采用某品牌系列底盘作为承载平台，该底盘下部加装可伸缩水平调节的专用调平支腿，单支腿额定载荷10t，具备自动调平系统，可以适用不同路面条件，移动CT诊疗车外观见图2，具体布置如下：

a.厢体顶部设置顶置空调、换气扇，对车内温湿度进行调节、控制；

b.厢体前部左、右侧设置发电机工作门及百叶窗，用于对车载发电机进行操作、监控、维修、保养等常规操作；

c.后部左侧设置工作门，下部设置翻转梯，便于医务人员、自行病患出入操作区、诊疗区；

d.厢体中部左、右侧设置CT维修门，方便维护人员对CT设备进行维修；

e.厢体后部设置担架病患出入门，下方的底盘车架上设置液压尾板升降平台，方便担架病患乘升降平台出入诊疗区进行检查。

厢体下部左、右侧各设置5个裙边箱，采用上翻式结构形式。左侧裙边箱用于储存附件、折叠担架及随车工具等设备；右侧裙边箱设置配电机柜，为整车提供外接网络、电源接口，进行整车供配电控制；尾部裙边箱内设置控制盒，用于操控液压尾板升降平台。

图1 系统构成

图2 移动CT诊疗车外观

2.内部布局

依据CT诊疗车的主要功能、性能及医学操作要求，移动CT诊疗车进行了一厢三室设计，前室为电源保障区，中室为CT诊疗区，后室为医务操作区。

2.1 电源保障区

电源保障区是车载发电机的安装区域，内置额定功率65kW柴油发电机组，用于驻车时没有外接电源情况下为整车供电。电源保障区左右设计工作门，便于发电机的日常操作、检修和维护，门上设计通风窗用于区域的散热。整个区域采取隔振降噪措施，区域车架为独立结构，内壁为吸音棉外设多孔吸引板结构，降低区域噪声对系统的影响。

2.2 CT诊疗区

CT诊疗区主要安装CT诊疗设备，包括CT扫描主机、CT扫描床等，在设备附近设置电源、网络插座等。顶部设置照明灯、顶置空调、换气扇等，提供照明及调节CT诊疗区温湿度。在右侧设有附件柜，用于存储检查设备及相应附件、耗材。内部布局见图3。

2.3 医务操作区

该区域是医护人员作业的场所，宽大的空间足以满足2名医护工作，亦可一对一对病患进行交流、心理指导。车厢内右侧位置设置一排设备柜，用于存放各类设备附件；设有L型操作台，下部安装CT检查设备控制主机。在左壁设置触摸屏，用于控制及显示整车温湿度。操作人员通过间壁及活动门上的铅玻璃窗观察检查人员并进行相应操作。内部布局见图4。

图3 CT诊疗区

3. 系统参数

3.1 运载系统

底盘配备某品牌技术发动机MC07.31-50，前少后曼技术空气悬架，最大扭矩为1230Nm，最大总质量可达26000kg，可靠性、省油性能较好；高度驾驶室，配备了气囊座椅，颠簸路况时能够有效保障乘客的舒适性；变速箱带有气动助力换挡功能，使整个换挡过程更加顺畅；后悬采用ECAS空气悬架，保证了整车的稳定性，提升车辆的操控性，保证底盘零部件的耐用性，不仅能在恶劣路况下有效过滤大小颠簸，还能在必要的时候快速调节底盘高度以提升通过性。

自动调平系统工作时间仅需2.5min（落地检测和调平），调平精度可达2′～8′，能够具有手动、自动两种操作模式，能够满足环境温度-41℃～+55℃使用要求。

升降平台采用五缸结构，靠增压缸实现自动低头、抬头功能；平台升降高度为1500mm，最大承载质量1500kg，系统最大工作压力为18MPa，负载上升速度≥60mm/s，负载下降速度≤120mm/s。

3.2 NeuViz Prime CT

移动式CT医疗车配备了国际领先的某品牌CT，见图5。该设备具有高转速、高设计精度、高端用材、高效采集的特点，图像噪声不大于0.3 5%，中心剂量不大于4 0 m G y，转一圈为0.259s。扫描床水平移动范围大于1770mm，大于0.4s的扫描时间偏差不超过±10%，其余的偏差为不超过±20%。强大的球管性能，能够满足大量患者流通量需求，更大程度发挥设备价值；无需预热球管，一键式工作流程，为急诊争取宝贵时间，提高工作效率。高分辨率成像，为疾病早发现、早诊断带来帮助，并避免漏诊误诊。能谱CT，提供从解剖成像到功能成像的全方位临床应用，全面提高放射科价值；低剂量成像，结合多模型、多领域迭代算法及个性化剂量控制方案，实现高清低剂量成像等特点。

3.3 高性能射线防护型车载厢体

厢体采用满足GJB 6109-2007《军用方舱通用规范》标准的大板结构，厢体总外形尺寸（长×宽×高）：9400 mm×2500 mm×2300mm，发电保障区内部尺寸（长×宽×高）：1428mm×2341mm×2148mm；CT诊疗区（长×宽×高）：5800 mm×2330 mm×2148mm；医务操作区内部尺寸（长×宽×高）：1920mm×2341mm×2148mm。大板采用复合板粘接形式，内、外蒙皮为防锈铝合金板面，中间夹层为硬质聚氨酯泡沬夹芯层和铝合金型材筋梁，结合4mm铅板和4mm铅当量的玻璃窗形成防护，车厢内操作区域辐射剂量＜0.5μ Sv/h。

图5 NeuViz Prime CT

3.4 环境控制系统

CT等医疗设备对工作环境条件的要求非常严格，工作环境温度（1 8～2 4）℃，湿度30%～60%。为满足设备的工作要求，针对本CT诊疗车，专门研发了一款大功率行车、驻车两用温度湿度调节系统。温控系统结合车内及车外温度湿度等数据，当外部环境温度及湿度都优于车内环境时，控制系统将空调模式设置为外循环模式，并开启车内换气模式；当外部环境及湿度都不满足车内CT及其他设备工作环境条件时，控制系统将空调模式设置为内循环模式，并关闭车内换气模式。车内温度控制采用PID算法控制，可以恒定控制车内温度、湿度等环境参数，保障CT设备稳定运行。

3.5 智能化操作控制系统

整个系统实施智能化集成控制，具备实时信息采集功能，操控系统画面见图6。集成控制系统通过仪表及传感检测被控对象参数（车内温度、湿度、供电电源电压、车内空调设定温度及设定模式、车外温度、湿度、气压、海拔高度等），再经过信号变换和模/数、数/模转换，将参数转换为相应的数字量，并通过TCP/IP网络连接至触摸控制屏上，通过触摸屏实时直观反馈显示以上所有数据。集成控制系统通过对车内设备的技术整合、功能整合、数据整合、模式整合、业务整合等技术手段，将各个分离的空调、排风及传感器等要素集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使系统整体的功能、性能符合使用要求，使资源达到充分共享，实现对CT车内所有电气设备的集中、高效、便利的管理。

系统关键技术设计

移动CT诊疗车中采用了国内先进领域的自动调平系统、减震系统、射线防护系统及智能“T-mc”程序。

1.自动调平系统

整车配备LPZTP系列自动调平系统，用于各种地域的自动调平。系统主要由机械支撑传动系统和水平测量控制系统组成，采用机电式四点支撑结构，调平时自动伸缩四条支腿支撑载体，通过PLC控制使系统有效、准确、可靠运行，保证调平载体水平稳定，自动调平系统原理见图7。支腿采用梯形螺纹丝杠传动，具有承载能力强、机械效率高、自锁性能可靠等特点。系统采用韩国麦克比恩伺服电机驱动，由精密行星减速机与一级齿轮变速箱带动丝杠转动，通过倾角传感器及西门子PLC控制支腿伸缩。在调平过程中，PLC精确地将倾角传感器的讯号转达为指令，控制单腿动作，且支腿伸缩速度可控，实现了对平台的精密调平。系统控制部分采用5U标准机柜插箱安装形式，外形美观，操作人性化，易于集中控制。

高水平自动化设计，一键式操作，实现4条支腿同时伸出、支腿着地检测、自动调平全过程，有效地防止了误动作并可以提高系统的工作效率。同时当设备停放一段时间后，局部支腿下沉，水平度如有变化（此时撑腿仍然处于承重状态），按下调平键就可对车体进行二次调平，系统会自动跳过支腿伸出和着地检测的过程。系统具有支腿落地自动检测、支腿行程限位和过载自动保护、状态监控显示，调平速度快，撤收时间短；可靠性高、维修性好、刚性锁定、环境适应能力强。

2.减震系统

减震系统主要考虑CT诊疗车在移动的过程对CT设备进行有效保护，防止在运输过程中受到冲击、震动的损伤。模拟运输条件，行车速度（40～60）km/h，CT设备质量1800kg，冲击加速度响应不大于9.8m/s2。受公路运输随机振动按GJB 150-16，功率谱密度值-频率图见图8。

冲击11ms速度为（40～60）km/h时冲击加速度≤3.5 g，11ms的振动与冲击加速度响应不大于9.8m/s2，分析见图9。

通过软件的分析、计算，并与厂家联合研发，定制了10Hz金属橡胶减震器，制成CT设备安装平台，能够满足CT设备的车载使用要求。

3.防护型厢体结构

传统的医院内的X射线诊室墙体要有大于240mm的实心砖墙，再加上2mm铅当量的钡水泥制作防护，观察窗均有4mm铅当量的防护能力，铅防护门内衬2mm厚度的铅板。作为车载X射线诊室，不能设计成混凝土、钢筋结构，设计时在厢体铝质聚氨酯复合大板内附加4mm厚度的铅板，4mm铅当量的观察窗，重点考虑阻止原发射线的主防护屏蔽的同时，阻止散漏射线的副防护屏蔽。考虑将铅板嵌入复合板内结构，通过进口环氧双组份胶与多壁板高温粘接，采用海洋板加固，可有效保障防震及可靠性能。壁板结构示意见图10。

图6 操控系统画面

图7 自动调平系统原理

对于安装孔、工艺孔等位置，结构上采取二次防护措施，如在钉孔外侧铺（2～4）mm的铅板保护。设计过程中，着重考虑间壁及活动门的防护，铅板加持与壁板采用双面防护设计结构，尽可能减少防护板间的距离，增大门体与壁板的重叠面积，保证周边重叠面与缝隙面差比3～5倍，有效衰减射线散射量。设计、制作专用的转运、翻板工装，用于壁板的粘接及转运，有效避免超重壁板的转运破坏。

4.智能“T-mc”系统

智能“T-mc”程序是专门为医疗车产品自主研发的一门系统程序，原理框图见图11。主要包括：供配电系统（Power supply and distribution system）、自动调平系统（Automatic leveling system,ALS）、中控系统（Central control system）、人机交互系统（Human machine interface,HMI）及信号系统（Signal system）。

4.1 供配电系统

系统提供了整车电源的输入接口、输出接口、输出过载保护、防雷防浪涌保护、电源输入信号指示及电源输入互锁保护等功能，系统接口见图12。

a.电源输入接口设计：为方便车辆移动需求，整车的电源输入接口采用军用航空防水连接器，连接后机械锁死，牢固可靠，分脱时只需旋转卡扣即可分离。

b.电源输出过载保护设计：通过对整车电源用电设备的计算，选用与用电设备适配的过载漏电保护器，可以有效保证车内的用电安全。

c.电源输入信号指示设计：通过内部电路判断输入电源类型，对输入电源的判断可以有效控制不同设备的供电情况。

d.电源输入互锁保护设计：当同时连接市电电源及发电机电源时，系统自动判断并断开输入电源，防止输入电源间的相间短路。

4.2 自动调平系统

自动调平系统可以在凹凸及倾斜地面上，将车辆快速支撑并调平，进入工作状态。系统的支腿采用梯形螺纹丝杠传动，特点是承载能力强，机械效率高，自锁性能可靠。系统使用伺服电机作为支腿的驱动，由精密行星减速机与一级齿轮变速箱带动丝杠转动，通过倾角传感器及控制器来控制支腿的伸缩。在调平过程中，控制器可以精确地将倾角传感器的讯号转达为指令，控制单腿动作，且支腿伸缩速度可控，实现对车体的精密调平。

图8 频率/功率密度值图

图9 振动冲击分析图

图10 壁板结构

4.3 中控系统

中控系统是整车的控制核心，负责整车的信息采集及执行人机交互指令。车上所有传感器信息及执行部件受控端都集成在中控系统中，实现整车设备所有参数的集成显示，执行部件的集成控制。内部程序遵照专家控制系统原则设计，可以自行判断并选择最优执行方案实现车内参数信息的控制，例如：对温湿度环境的控制可以让对温湿度环境敏感的设备正常稳定工作；对车内空气质量检测并自动打开通风换气可以保护车内医护人员的身体健康等。中控系统内部集成网络端口，可以通过4G/5G实现对车内信息的远程监控。

4.4 人机交互系统

人机交互系统是中控系统的外部显示界面，系统使用一体式触摸屏实现对车内信息的集成显示和控制。加入声音采集模块、人脸识别模块、红外感应模块实现人机互动。

图11 智能“T-mc”系统

5. 升降平台

为便于重症病患上车检查，或CT设备大型配件维修，设计升降平台，采用液压尾板结构形式。升降平台主要由举升油缸、关门油缸、增压油缸、主尾板、折叠尾板、旋转支架、支架、连接座等部件所组成，升降平台见图13。

升降平台安装在诊疗车的尾部，以车载蓄电池为动力的液压起重装置。升降台快速、安全、高效的特点，可以大幅度减少重症病患转移时间，通过侧面的操作箱，控制平台的举升和下降，可以轻松实现重症担架或急诊床的上下转移；避免了人员扛背重患对其造成二次伤害，节省了人力又提高了安全性。

升降平台严格遵照国家车用起重尾板标准QC/T 699-2004进行设计，最大承载能力为1500kg。平台展开尺寸（宽×长）：2400 mm×2500 mm，平台收拢尺寸（宽×长）：2400 mm×1800 mm，可以实现急诊病床和两名陪同人员同时乘坐升降。

图12 供配电系统接口

图13 升降平台

产品应用情况

移动CT诊疗车已经被各省市级医院以及体检医疗机构采购使用，日检验量高达150～200人次，受到国内外医院和体检机构的广泛关注，该产品的应用填补了国内移动式全身CT领域的空白，市场反响良好，吸引了大量国内外客户提出该类产品的需求意愿。

在新冠肺炎疫情期间，该车已经投入疫区使用，可以快速有效地对新型冠状病毒感染的肺炎疑似病例进行肺部CT筛查和专业化的分析诊断，并可通过网络和大数据实现网上阅片、远程诊断和分析研判，极大地缓解了疫区医院影像室和影像医师资源紧张情况，减少患者就诊时间、降低交叉感染几率。

疫情期间，山东泰安的移动CT诊疗车便连续赶赴东平、肥城、宁阳、新泰等地进行移动筛查，为当地12名新冠病毒疑似患者、数十名发热患者进行筛查，最终确认患者2例；平安体检公司的移动CT诊疗车从东软医疗公司紧急赴湖北省人民医院进行疫情筛查；为新冠肺炎疫情紧急定制的移动CT诊疗车驰援四川绵阳404医院；按照辽宁省疫情防控领导小组的统筹部署和征调安排，移动CT诊疗车随行辽宁国家紧急医学救援队—中国医科大学附属第一医院医疗队出发驰援武汉，为防疫工作做出了极大的贡献。