Montag, 22. Mai 2023 · 0 min read
Schwingungsanalyse an Befestigungspunkten eines MRT-Scanners in einem Sattelauflieger
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein medizinisches Bildgebungsverfahren, das in der Radiologie eingesetzt wird, um Bilder von der Anatomie und den physiologischen Prozessen des menschlichen Körpers zu erstellen. Die meisten MRT-Geräte sind große, röhrenförmige Magnete.
Unser Kunde JMP Medical, der auf die Lieferung mobiler medizinischer Einheiten und MRT-Geräte spezialisiert ist, arbeitet an der Entwicklung eines in einem Sattelauflieger untergebrachten mobilen MRT-Labors. ENVIBRA lieferte eine Dewesoft-Messlösung für die Durchführung einer Schwingungsanalyse an den Resonanzstellen des Scanners.
JMP Medical ist ein Hersteller spezialisierter mobiler und verlegbarer medizinischer High-End-Geräte. Das Unternehmen beliefert Gesundheitsdienstleister auf der ganzen Welt mit verlegbaren MRT/CT-Gebäuden, Röntgen- und Mammographiefahrzeugen, mobilen Primärversorgungseinheiten und modularen Laboren.
Die Vorteile solcher mobilen medizinischen Lösungen sind:
das Umgehen von Platzmangel,
die Verbesserung des Patientendurchsatzes,
die Möglichkeit, lokale MRT/CT-Untersuchungen anzubieten,
die Vermeidung von Unterbrechungen der Gesundheitsversorgung bei der Renovierung von Einrichtungen oder dem Austausch von Systemen,
die Möglichkeit, Patienten an weit entfernten Standorten zu erreichen, und
die Möglichkeit des Einsatzes zusätzlicher CT-Scanner-Einheiten für eine bestimmte Patientengruppe (z. B. bei von Infektionskrankheiten betroffenen Personen).
Das mobile MRT-Labor
Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von JMP Medical testet und forscht kontinuierlich, um den Bedürfnissen des Marktes gerecht zu werden. Das konkrete Projekt wird von der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung unter dem Programm für intelligente Entwicklung mitfinanziert. Es wird im Rahmen eines Wettbewerbs des polnischen Nationalen Zentrums für Forschung und Entwicklung durchgeführt.
Das Produkt des Projekts wird ein in einem Sattelauflieger untergebrachtes innovatives Magnetresonanztomographielabor sein. Es soll die Möglichkeit bieten, vorübergehend MRT-Untersuchungen in Gesundheitseinrichtungen anzubieten, und ein voll mobiles diagnostisches Labor darstellen. Der erste Anhänger befindet sich bereits in der Produktion, und dieser Prototyp soll noch in diesem Jahr getestet werden. Der MRT-Anhänger wird alle an 1,5T-MRT-Labore gestellten Anforderungen erfüllen, um bei Sicherheit und Bildgebungsqualität den höchsten Standard zu gewährleisten.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird in vier Stufen durchgeführt. Nach seiner Vollendung wird das Projekt die Möglichkeit bieten, Magnetresonanztomographien in Gesundheitseinrichtungen durchzuführen, in denen aufgrund von Platzmangel, unzureichender Tragfähigkeit der Decken usw. kein stationäres Labor eingerichtet werden kann.
Lärm und Vibrationen bei der MRT
MRT-Scanner erzeugen mithilfe starker magnetischer Felder, Feldgradienten und Funkwellen Bilder innerer Organe des menschlichen Körpers. Zur Verbesserung der Bildqualität und Verkürzung der Scanzeiten arbeiten die Scanner mit extrem schnell schaltenden Strömen in den Gradientenspulen. Dabei entstehen durch die elektromagnetischen Kräfte in der Gradientenspule jedoch Vibrationen und starke Geräusche.
Nach der Installation des MRT in einem Gebäude oder, wie in unserem Fall, in einem Anhänger kommt es noch aus mehreren anderen Gründen zu Vibrationen und Geräuschen, z. B. durch
die strukturellen Eigenschaften an den Montagepunkten der Gerätehalterungen,
die dynamischen Eigenschaften der tragenden Struktur,
die Präsenz weiterer Maschinen
usw.
Der vom MRT erzeugte Lärm breitet sich über die Struktur und die Luft aus. Er kann andere Anlagen, wie z. B. Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC), so anregen, dass diese zusätzlichen Lärm verursachen, und den Betrieb anderer, empfindlicher Geräte beeinträchtigen. Die Schwingungs- und Geräuschisolierung gestaltet sich besonders schwierig, wenn die Struktur, in der der MRT-Scanner untergebracht ist, eigentlich nicht dafür ausgelegt ist.
Da das Gewicht von MRT-Scannern mehrere Tonnen betragen kann, ist möglicherweise eine strukturelle Verstärkung des Bodens, der das Gerät trägt, erforderlich. Diese Verstärkung kann zusätzliche Übertragungswege für die Schwingungen schaffen und dafür sorgen, dass sich diese auf weitere Teile der Struktur ausbreiten.
Um Belästigungen und unerwünschte Auswirkungen auf die Performance zu vermeiden, ist deshalb eine sorgfältige Untersuchung der Geräusch- und Schwingungseigenschaften des MRT und der Übertragungswege erforderlich, auf deren Grundlage dann geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.
Der Dewesoft-Partner ENVIBRA ist in Poznan ansässig. Das Unternehmen, in dem sich erfahrene Ingenieure zusammengetan haben, ist auf industrielle Prüfmaschinen und -geräte für die Simulation, Aufzeichnung und Analyse dynamischer Signale spezialisiert und beliefert den polnischen Markt mit Geräten wie
Schwingungsanalysesystemen,
Bewegungssimulatoren,
Schwingungs- und Drucksensoren,
Laser-Vibrometern,
Signalrekordern und -analysatoren und
dedizierten Prüfständen.
Messanordnung
Datenerfassungshardware
Datenerfassungssystem SIRIUSi 6xACC, 2xACC mit DualCoreADC Technologie
Kundenspezifisches SIRIUSi-Datenerfassungssystem mit DualCoreADC-Technologie
Datenverarbeitungscomputer SIRIUS SBOX mit integriertem 10-Hz-GPS/GNSS-Empfänger
Einachsige und dreiachsige MEMS- und piezoelektrische (IEPE-)Beschleunigungsaufnehmer
10-Hz-GPS/GNSS-Empfänger
Berührungsloser Laser-Wegsensor, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
Die hochdynamischen USB- und EtherCAT-Datenerfassungsmodule der SIRIUS-Reihe von Dewesoft bieten zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten. Die SIRIUS-Module lassen sich zur Erhöhung der Kanalanzahl leicht in Reihenschaltung verbinden.
Der ultra-robuste SBOX-Computer und -Datenlogger arbeitet mit den modularen SIRIUS-Datenerfassungssystemen zusammen und bietet SSD-Datenlogging- und Echtzeit-Datenverarbeitungsfunktionen.
Software für Datenerfassung und -analyse
Datenerfassungssoftware DewesoftX (Version X3 SP9)
FFT-Analysator DewesoftX
Die DAQ-Softwaresuite DewesoftX bietet fortschrittliche Funktionen für die Datenaufzeichnung, Signalverarbeitung, Datenanalyse, Datenvisualisierung und Berichterstellung.
Der optionale FFT-Analysator (schnelle Fourier-Transformation) von Dewesoft zeigt die Frequenzkomponenten der erfassten Signale in Amplitude und Frequenz an. Er bietet erweiterte Cursorfunktionen, hohe und frei wählbare Linienauflösung, flexible Mittelung und fortgeschrittene Funktionen für detaillierte Analysen.
Messungen
Zweck des Tests war die Durchführung einer Schwingungsanalyse an den Resonanzstellen auf dem Boden im Anhänger mit dem Ziel, die Grenzwerte des MRT-Herstellers zu überprüfen und die Simulationsmodelle experimentell zu bestätigen.
Die Beschleunigungsmessung wurde während einer Testfahrt auf einer lokalen Straße sowie in Parkposition mit eingeschalteter Zündung durchgeführt. Dank der Flexibilität der SIRIUS-Geräte konnten zusätzliche Parameter aufgezeichnet werden.
Für die Tests wurden SIRIUS-Signalanalysatoren von Dewesoft mit DualCoreADC-Technologie verwendet, die einen hervorragenden Dynamikbereich (bis zu 160 dB) bieten. Das Signal wurde mit einer Abtastfrequenz von 10 kHz pro Kanal aufgezeichnet.
Die SIRIUS-Geräte bieten durch die Auswahl aus zahlreichen verfügbaren Verstärkern, die den Anschluss verschiedener Sensoren ermöglichen, eine erstaunliche Flexibilität. Für die Messungen wurden die Beschleunigungssensoren an zwei Befestigungspunkten auf beiden Seiten des MRT-Geräts angebracht.
Am Heck des Sattelaufliegers wurde ein Messsystem mit der erforderlichen Verkabelung montiert. Während des Tests wurden weitere Signale aufgezeichnet:
GPS-Position des Lkw
Beschleunigung an der Achse des Aufliegers
Wegsignale (Straßenprofil) mit einem Lasersensor
Alle Messungen wurden zeitsynchronisiert.
Entsprechend den Anforderungen des Herstellers wurden die aufgezeichneten Beschleunigungssignale mit einem Bandpassfilter gefiltert. Um die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Lkw und der Zeit erkennbar zu machen, verwendeten wir unterschiedliche Farben zur Darstellung der Geschwindigkeit unter und über 50 km/h.
Mit Hilfe der Math-Modul-Funktion der DewesoftX-Software konnten wir das Diagramm um Informationen zu allen Ereignissen ergänzen, bei denen die Beschleunigungsschwelle überschritten wurde. So konnten wir einfach schließen, dass die Beschleunigungswerte bei niedrigeren Geschwindigkeiten innerhalb der vom Hersteller angegebenen Grenzwerte lagen.
Zusätzlich konnten wir anhand aufgezeichneter Daten, wie z. B. des Straßenprofils, Fehler aufgrund von Straßenunebenheiten ausschließen. Schließlich führten wir auch noch Messungen mit dem Lkw in Parkposition durch.
Fazit
Die DewesoftX-Software ermöglichte die schnelle Verarbeitung und Filterung der erfassten Daten. Das mit dem Laser-Wegsensor aufgezeichnete Straßenprofil und die GNSS-Daten lieferten zusätzlichen Input, der eine tiefer greifende Datenanalyse und -visualisierung erlaubte.
Die Vielseitigkeit der vorgeschlagenen Messlösung in Kombination mit einer intuitiven Software-Schnittstelle waren Schlüsselfaktoren im Entscheidungsprozess des Kunden.
Referenzen
Khan, Imran: MRI Scanner’s Vibration Isolation: Experimental Measurements, Analysis Techniques, and Analytical Models, January 31, 2017
Weitere Infos:
