晁勇，帥萬鈞，蘇衛(wèi)華，劉帥，牛福，譚樹林，武超，段德光

1.中國人民解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院，北京 100048；2.軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所，天津 300161

車載CT方艙減振裝置的研制

晁勇1，帥萬鈞1，蘇衛(wèi)華2，劉帥1，牛福2，譚樹林2，武超2，段德光2

1.中國人民解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院，北京 100048；2.軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所，天津 300161

我國幅員遼闊，各種自然災害每年均有發(fā)生，例如汶川地震、玉樹地震等，對當地的醫(yī)療基礎設施造成了極大破壞[1]。災后國家各類醫(yī)療救援隊雖然能夠快速抵達災難現場，但由于缺少高精密儀器進行輔助診斷，僅可在手術車內實施簡單的救治工作[2]。

據以往數據統(tǒng)計，在地震和戰(zhàn)場環(huán)境下，重物墜落、墻壁倒塌和爆炸引起的頭顱損傷和內臟損傷比例較大，僅依靠現場配備的儀器很難進行快速診斷。而這些損傷如不能及時對癥治療，極易造成傷者死亡[3-4]。目前CT機是顱內出血和臟器損傷的主要診斷工具，也是院內急救的標準檢查設備[5]。然而CT機屬于高端精密設備，其使用環(huán)境要求苛刻[6-7]。CT方艙運輸過程中因惡劣路面產生的沖擊會導致CT機很難在野外環(huán)境下使用。

本文通過研究CT機承受振動和沖擊的極限參數，采用適當減振設計，將野外運輸的沖擊力降至CT機可承受范圍內，進而使CT機在野外急救環(huán)境中工作成為可能。

1 運輸狀態(tài)下的振動分析

CT方艙設計的目標環(huán)境為災難現場和戰(zhàn)爭環(huán)境。將CT機利用陜汽SX2190P底盤運輸到使用現場，由于道路條件的復雜性，CT機將不可避免地會受各種振動、沖擊等機械因素的影響，危害主要有以下幾種[8]：

（1）設備發(fā)生共振現象，振動加速度超過設備極限時會導致設備損壞。

（2）路面沖擊所產生的沖擊力超過設備的強度極限時會導致設備破壞。

（3）持續(xù)的振動還可能造成緊固裝置松脫，引起零件變形或使螺釘和螺母松動甚至脫落，導致設備發(fā)生故障。

基于以上原因，必須對CT方艙中的CT機做適當的減振處理，方可使其安全、穩(wěn)定地應用于野外惡劣環(huán)境。

1.1 CT機各部分抗振性能分析

CT機屬于X射線類成像設備，它根據不同組織對X射線的衰減率不同的原理，利用計算機及重建算法，重建出人體組織的斷層圖像[9]。CT方艙選用GE公司生產的Brivo 325型雙排螺旋CT機，包括機架、掃描床和控制臺等組成部分[10-11]。

掃描床為鋼架式固定結構，床板可做水平移動，整體抗振性較好，無需額外的減振措施?？刂婆_由工業(yè)級工作站和控制鍵盤構成，僅需對工作臺底腳加裝減振橡膠墊，即可滿足運輸條件。

CT機架是產生穿透人體的X射線并進行圖像采集的結構，對振動、沖擊和溫濕度較敏感，是減振系統(tǒng)設計的重點。CT機架由靜止部分和旋轉部分組成，結構見圖1。

圖1 CT機架結構示意圖

靜止部分包括CT機架底座、機架電源和控制組件，主要功能是為CT旋轉部分提供物理支撐和供電電源，控制X射線的發(fā)生并接收采集的圖像數據。旋轉部分包括球管、探測器、高壓發(fā)生器以及控制組件，總重量約為300 kg，利用環(huán)形軸承固定于機座支撐臂上。旋轉部分在采集數據時會高速旋轉，最高轉速為1 周/s，為避免高速旋轉產生的偏心力，可利用配重塊進行精確配重，從而使偏心力＜30 kg。

根據GE公司提供的技術資料，Brivo 325在運輸條件下所能承受的振動與沖擊的極限值，見表1。功率譜密度曲線，見圖2。

圖2 GE CT各方向承受振動功率譜密度曲線

表1 GE Brivo 325型CT機振動和沖擊極限值

由CT機架結構及相關振動、沖擊數據可知，CT機架旋轉部分的重量較大，且僅靠環(huán)形軸承形成支撐，因此對振動和沖擊最為敏感。如果振動或沖擊的幅度過大，造成軸承變形或損壞，將直接導致CT機無法正常工作。

1.2 運輸路況的振動條件分析

在野外救援環(huán)境下，道路多數處于破壞狀態(tài)，因此路面情況極其復雜，基本以砂石路面為主，同時還包括搓板路、扭曲路、魚鱗坑路和中鵝卵石等路。為研究CT方艙運輸時所需的減振措施，以現有車輛在標準車輛試驗場進行跑車試驗，根據車輛運輸試驗測得的試驗數據，估算出方艙內部隨機振動條件，見表2和圖3。

圖3 實測艙底振動功率譜密度曲線

表2 CT方艙底部隨機振動試驗數據

由表2和圖3可知，CT機架如果與方艙艙體剛性連接，在運輸條件下所承受的外界振動和沖擊力必然會超過其極限值，從而導致設備損傷，因此必須采取相應的減振措施。

2 減振支架的設計

通過以上分析可知，CT方艙野外運輸時，必須對CT機架進行減振處理，從而確保在惡劣路況下因運輸產生的振動和沖擊力不會超過CT機架所能承受的極限值。

為了保證CT機架的支撐強度，在方艙內部為CT機架設計一套減振支架，將CT機架固定于減振支架上。支架采用6只減振器，即減振支架底部安裝4只減振器、后部安裝2只減振器，以滿足不同方向的減振要求。根據GE公司提供的數據，Brivo 325型CT機的機架重量約為948 kg，同時考慮到減振器安裝所需減振支架的額外重量，金屬減振器承載重量約為1080 kg。

2.1 金屬減振器的選擇

由于CT方艙中CT機架和減振支架的重量均由減振支架底部安裝的4只金屬減振器承載，安裝于后部的2只減振器不起垂直方向的承載作用，因此底部安裝的每只金屬減振器承載重量約為270 kg。利用Matlab軟件，根據CT機架對振動和沖擊的極限要求，計算金屬減振器在隨機振動試驗條件下的減振特性。經多次仿真試驗，最終選用JZZ7812-1型金屬減振器，基本結構見圖4。

圖4 JZZ7812-1型金屬減振器結構示意圖

該金屬減振器是一種全金屬減振構件，主要的減振元件為金屬橡膠材料。金屬橡膠材料以金屬絲為原材料，不含任何普通橡膠，是一種均質的彈性多孔物質，由金屬絲經過螺旋成型拉長，相互纏繞模壓而成；其內部結構是螺旋狀金屬絲之間的相互嵌合、勾聯而形成的類似于橡膠分子結構的空間網狀結構，在受力變形時由金屬絲的相對位移產生摩擦，使一部分振動能量轉變?yōu)闊崮芤萆?，具有阻尼效果?/p>

該金屬減振器單個承載范圍為220～310 kg，4只減振器整體承載重量為880～1240 kg，可滿足CT機整體承載重量的要求。根據以往試驗和理論計算經驗，金屬減振器的性能參數可設定為：fz（減振器軸向諧振頻率）=3～4 Hz，fr（減振器橫向諧振頻率）=0.7 Hz，峰值處的放大倍數Q≤10。

2.2 減振支架的結構

為了便于減振器與CT機架進行剛性連接，發(fā)揮減振和支撐作用，設計了以矩形鋼管焊接而成的L型減振支架，6只金屬減振器分別固定于減振支架的底部和后部，結構見圖5。

圖5 減振支架結構示意圖

該減振支架的主要設計思路有以下幾點：

（1）減振支架底部由4個減振器提供支撐，可調節(jié)其相對位置，使CT機架的重心位于4個減振器的幾何中心，即4個減振器均處于最佳受力狀態(tài)。

（2）實現CT機架運輸狀態(tài)和工作狀態(tài)的轉換。運輸狀態(tài)時，CT機架和減振支架完全由減振器承載，4個水平調節(jié)螺桿旋起，處于不受力狀態(tài)；工作狀態(tài)時，水平調節(jié)螺桿旋落并剛性連接于方艙底板，處于受力狀態(tài)，將CT機架和減振支架整體抬起，減振器處于半負載或無負載狀態(tài)，同時可以調節(jié)各個調節(jié)螺桿的起落以保持CT機架處于水平狀態(tài)，滿足CT設備的安裝要求。

（3）減振支架與方艙后壁之間形成三角架以加強剛度，三角架頂端與后壁之間配以減振器輔助支撐，提高系統(tǒng)橫向減振效果，同時可以防止緊急加速或剎車所造成的設備橫向的大位移振動。

3 試驗驗證

CT機減振裝置設計完成后，對CT方艙進行了總裝，并根據標準車輛試驗場采集的路譜，在車輛振動臺上進行了振動試驗。減振支架的減振性能，見表3。

由上述結果可以看出，在對CT機架采取減振措施后，設備在振動中所承受的最大沖擊值遠小于車體的最大沖擊值（58.8 N/kg），且小于設備所能承受的極限沖擊值，從而避免因運輸過程中的強烈沖擊導致設備損壞。

表3 減振支架減振性能測試結果

4 結論

CT機減振裝置由金屬阻尼減振器、減振支架和平衡調節(jié)裝置構成，可確保CT機在運輸狀態(tài)下能夠承受劇烈沖擊，在野外展開狀態(tài)下能夠滿足安裝要求。該裝置的成功研制使CT機等高尖端精密設備應用于野戰(zhàn)急救環(huán)境成為可能，可大大提升野外急救裝備的配置水平。

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Development of Vibration Damping Device of CT Shelter

CHAO Yong1, SHUAI Wan-jun1, SU Wei-hua2, LIU Shuai1, NIU Fu2, TAN Shu-lin2, WU Chao2, 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

為保證CT方艙在野外全路況的正常工作，研制了由金屬阻尼減振器、支架和平衡調節(jié)裝置構成的CT機減振支撐裝置，使CT機在處于行駛狀態(tài)時能承受6.0 g加速度的極限沖擊，同時在野外展開狀態(tài)時符合安裝要求。該裝置的研制滿足了CT機對運輸和工作條件的苛刻要求，使CT機等高端精密設備應用于野戰(zhàn)急救環(huán)境成為了可能。

CT方艙；CT機；減振裝置；平衡調節(jié)裝置

In order to ensure the normal operation of CT shelter during the process of road transport, a vibration damping device composed of several metal dampers, supports and balance adjusting devices was developed to assure that CT system could run normally under the maximum impact whose accelerated speed was 6.0 g and could meet the installation requirements in the field. The vibration damping device which has satisfed the strict requirements for the transport and operation conditions of CT system makes it possible to apply the sophisticated and precise equipment such as CT system to feld frst-aid.

CT shelter; CT machine; vibration damping device; balance adjustment device

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.06.008

1674-1633(2014)06-0022-03

0 前言

2014-05-27

全軍后勤科研重點項目（BWS13C030）。

本文作者：晁勇，醫(yī)學工程科主任，副主任技師，主要研究方向為醫(yī)學裝備管理、研發(fā)和計量檢測。

作者郵箱：yongchg@sina．com