一種CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

薛曉琦，田 金

（北京大學(xué)第三醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程處，北京 100191）

0 引言

CT設(shè)備作為醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像科室重要的診斷設(shè)備，能夠?qū)Ψ窝谆颊哌M(jìn)行有效的鑒別與診斷[1-3]。面對(duì)新型冠狀病毒肺炎（以下簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”）這種新型傳染性疾病，國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)出臺(tái)的多版診療方案中均把CT影像學(xué)檢查作為診斷新冠肺炎的標(biāo)準(zhǔn)之一，大量疑似患者均需要進(jìn)行肺部CT檢查。傳統(tǒng)的CT檢查流程需要操作技師在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)完成患者擺位、掃描參數(shù)調(diào)整、檢查床移動(dòng)、曝光控制等操作，操作技師與患者存在密切接觸，且操作技師需要長(zhǎng)時(shí)間在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)值守。由于新型冠狀病毒在密閉、不通風(fēng)場(chǎng)所可能存在氣溶膠傳播的風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)的CT檢查流程使醫(yī)務(wù)人員暴露在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中，容易引起交叉感染[4-6]。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情，大量方艙CT設(shè)備、車載CT設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)集中進(jìn)行安裝并開(kāi)始為患者檢查，如采用傳統(tǒng)的CT檢查流程，短時(shí)間內(nèi)需要配備大量的操作技師，這也對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)提出了一定挑戰(zhàn)[7-10]。因此，本文設(shè)計(jì)一種便于操作的CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)操作技師遠(yuǎn)程進(jìn)行CT檢查操作，降低交叉感染風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可減少對(duì)CT操作技師的數(shù)量需求。

1 CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由視頻/音頻采集設(shè)備、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)、按鍵控制器、按鍵觸發(fā)器等部件組成（如圖1所示）。該系統(tǒng)的硬件分別安裝在CT設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程控制端，系統(tǒng)軟件安裝在遠(yuǎn)程控制端。

圖1 CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成示意圖

在遠(yuǎn)程控制端，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)因特網(wǎng)與CT設(shè)備主控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程連接，按鍵控制器及視頻/音頻采集設(shè)備與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)線連接。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上裝有CT設(shè)備控制App，App包括設(shè)備參數(shù)控制模塊、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)模塊及遠(yuǎn)程參數(shù)控制模塊，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器等部件。操作技師通過(guò)CT設(shè)備控制App分別與CT設(shè)備主控計(jì)算機(jī)和按鍵控制器進(jìn)行人機(jī)交互，從而實(shí)時(shí)獲取CT設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，并可實(shí)時(shí)控制CT設(shè)備進(jìn)行檢查床位置移動(dòng)、X射線發(fā)射等操作。

在CT設(shè)備操作間內(nèi)，按鍵觸發(fā)器的控制端與遠(yuǎn)程按鍵控制器的輸出端相連，從而接收來(lái)自遠(yuǎn)程控制端的按鍵觸發(fā)信號(hào)。按鍵觸發(fā)器可配置定制支架，根據(jù)不同CT設(shè)備的需要，定制支架可具有不同的形狀及固定方式。如圖2所示，按鍵觸發(fā)器還包括機(jī)械手系統(tǒng)，機(jī)械手系統(tǒng)由可編程邏輯控制器（programmablelogic controller，PLC）單元、微型電動(dòng)機(jī)、推桿等部件組成。針對(duì)不同設(shè)備廠家的CT設(shè)備，機(jī)械手系統(tǒng)可以配置不同數(shù)量的推桿用于觸發(fā)相應(yīng)的按鍵。當(dāng)按鍵觸發(fā)器接收到來(lái)自按鍵控制器的遠(yuǎn)程控制信號(hào)時(shí)，按鍵觸發(fā)器控制微型電動(dòng)機(jī)運(yùn)行并帶動(dòng)推桿進(jìn)行前后移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手系統(tǒng)對(duì)CT按鍵控制盒面板上相應(yīng)按鍵的按下或松開(kāi)動(dòng)作。

圖2 按鍵觸發(fā)器機(jī)械手系統(tǒng)組成示意圖

在CT掃描間內(nèi)裝有攝像頭及對(duì)講設(shè)備，攝像頭和對(duì)講設(shè)備與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)信號(hào)線相連，用于采集CT設(shè)備和患者的影像視頻以及實(shí)現(xiàn)CT設(shè)備操作技師與患者之間的音頻交互。

2 CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的使用方法

在實(shí)際應(yīng)用中，患者進(jìn)入CT掃描間后，位于CT掃描間內(nèi)的攝像頭實(shí)時(shí)采集患者視頻影像并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示，以便操作技師進(jìn)行查看。操作技師使用對(duì)講設(shè)備與患者進(jìn)行溝通，指導(dǎo)患者躺到檢查床上并擺出適當(dāng)?shù)捏w位。待患者躺在檢查床上且穩(wěn)定不動(dòng)之后，操作技師使用按鍵控制器向CT設(shè)備操作間內(nèi)的按鍵觸發(fā)器發(fā)出控制指令，按鍵觸發(fā)器將按照控制指令觸發(fā)機(jī)械手系統(tǒng)對(duì)CT按鍵控制盒上的相應(yīng)按鈕進(jìn)行按下或松開(kāi)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制檢查床進(jìn)行垂直及水平方向的移動(dòng)，完成患者檢查擺位。完成患者檢查擺位之后，操作技師通過(guò)顯示器實(shí)時(shí)查看CT設(shè)備的系統(tǒng)信息及狀態(tài)，通過(guò)連接在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)完成患者信息錄入、掃描部位選擇、掃描條件選擇等操作，完成CT設(shè)備曝光之前的準(zhǔn)備工作。當(dāng)上述流程完成之后，CT按鍵控制盒上的曝光觸發(fā)按鈕將會(huì)亮起，操作技師通過(guò)按鍵控制器控制按鍵觸發(fā)器對(duì)該按鈕進(jìn)行觸發(fā)，設(shè)備發(fā)射出X射線即開(kāi)始掃描。整個(gè)檢查過(guò)程中，操作技師隨時(shí)可以遠(yuǎn)程修改CT設(shè)備的參數(shù)或觸發(fā)CT按鍵控制盒上的按鍵，完成掃描開(kāi)始、掃描停止、檢查床移動(dòng)、參數(shù)修改等操作。掃描結(jié)束后，操作技師使用按鍵控制器將檢查床退出CT設(shè)備機(jī)架，通過(guò)視頻/音頻采集設(shè)備指導(dǎo)患者從檢查床上起身并離開(kāi)CT掃描間。最后，操作技師可通過(guò)遠(yuǎn)程參數(shù)控制模塊進(jìn)行影像重建、影像傳輸、膠片打印等工作。

3 CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為了評(píng)估CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的效果，在1臺(tái)聯(lián)影CT790型CT設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)搭建了測(cè)試環(huán)境，遠(yuǎn)程控制端設(shè)置在院內(nèi)另一臺(tái)CT設(shè)備的操作間。針對(duì)CT790型CT設(shè)備按鍵控制盒的形狀及按鍵布局，制作了相應(yīng)的按鍵觸發(fā)器，5個(gè)微型推桿分別對(duì)應(yīng)升床、降床、進(jìn)床、出床及曝光按鈕。采用IP-Based KVM設(shè)備將CT設(shè)備主控計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的顯示分辨力可達(dá)1 920×1 200。在系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，操作技師通過(guò)操作遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)、按鍵控制器可實(shí)現(xiàn)CT檢查的全流程遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程控制延時(shí)較少，可滿足臨床檢查需求。為了評(píng)估CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作效率，在系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的CT檢查床上放置模擬人體軀干的模體，操作技師采用肺部掃描序列對(duì)模體進(jìn)行遠(yuǎn)程控制掃描，并記錄完成掃描所需的時(shí)間。經(jīng)10次實(shí)驗(yàn)掃描后，統(tǒng)計(jì)各次檢查時(shí)間并取平均值，所得平均檢查時(shí)間為103 s。為了與常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)CT檢查的工作效率進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)了10次真實(shí)患者行肺部常規(guī)CT檢查所需的時(shí)間，得到的平均檢查時(shí)間為98 s。由此可知，采用CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)所需的檢查時(shí)間與常規(guī)檢查非常接近，能夠保證臨床檢查的工作效率。

4 CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

目前，常規(guī)的CT檢查需要操作技師在現(xiàn)場(chǎng)操作間內(nèi)對(duì)患者進(jìn)行CT檢查操作。操作技師易受傳染性疾病感染，并存在受X射線輻射的風(fēng)險(xiǎn)。本文設(shè)計(jì)的CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制按鍵控制器對(duì)按鍵觸發(fā)器發(fā)送控制指令，并通過(guò)按鍵觸發(fā)器對(duì)CT按鍵控制盒進(jìn)行按鍵控制，解決了現(xiàn)有CT檢查需要操作技師對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接操作增加受傳染性疾病感染概率等問(wèn)題，能夠有效保障醫(yī)護(hù)人員的安全。在應(yīng)對(duì)新冠肺炎等疫情時(shí)，可能存在CT設(shè)備操作技師短缺的現(xiàn)象?？梢詫?duì)應(yīng)多臺(tái)CT設(shè)備的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)部署到一個(gè)操作間內(nèi)，一名操作技師即可遠(yuǎn)程操作多臺(tái)設(shè)備，提高了技師的工作效率。還可采用輪班制度，使操作技師能夠得到有效的休息，減輕工作壓力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可使CT操作技師遠(yuǎn)程完成CT檢查，且所需檢查時(shí)間與常規(guī)檢查非常接近，是一種替代傳統(tǒng)CT檢查方法的有效方式。但現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案也存在一定不足，體現(xiàn)在遠(yuǎn)程控制信號(hào)的傳輸主要基于有線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的穩(wěn)定性要求較高。隨著5G技術(shù)的迅速發(fā)展，未來(lái)將進(jìn)一步向依賴高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的CT設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方向改進(jìn)。