A képalkotó diagnosztika energiafogyasztása

Közösségek - Management | 2020. március 30. 16:18 | Utolsó módosítás dátuma - 2024. október 09. 00:12 | Forrás: Radiology 2020; 00:1–13, https://doi.org/10.1148/radiol.2020192084

Energiamegtakarítás CT és MRI vizsgálatoknál, összefoglaló

Az energiatudatosság egyre jobban növekszik az ipari és lakossági ágazatban, azonban az egészségügyben csak az utóbbi időkben jelent meg. Az Európai Unió kidolgozott egy részletes irányelvet az energiafogyasztó termékek környezetbarát tervezési követelményeinek meghatározására (Európai Bizottság 1275/2008 rendelete). Az irányelv előkészítése során elvégzett tanulmány szerint, a készenléti funkciókkal (stand-by) és a kikapcsolt üzemmód fogyasztásaival az éves villamosenergia-fogyasztás Európában 2005-ben becslések szerint 47 TWh volt, ami 19 megatonna CO2 kibocsátásnak felel meg, az előrejelzések szerint ez az érték növekedni fog 2020-ra 49 TWh-ra. Ebből következik, hogy az elektronikus eszközök energia fogyasztása készenléti üzemmódban is jelentős makroszkopikus szinten.

A munka célja CT és MRI berendezések energia fogyasztásának mérése egy egyetemi kórház radiológiai osztályán, ezek alapján a költségcsökkentési lehetőségek meghatározása.

Ehhez a munkához a szerzők több adatforrást használtak fel, az helyi épület fogyasztásmérési adatok, berendezés napló adatai és a radiológiai információs rendszer (RIS) adatait. Adatgyűjtési intervallum a teljes 2015-ös év. A munka az alábbiak szerint épül fel: (a) CT és MRI készülék energiafogyasztása vizsgálattípusonként, napi, havi és éves, (b) a berendezés energiafogyasztása a különböző üzemi állapotokban (első táblázat), (c) csúcsfogyasztás és halmozott csúcsfogyasztás, (d) CT és MRI működéséhez szükséges hűtőrendszer fogyasztása.

Állapot	Leírás
Net scan	A tényleges scan esemény, a képek megszerzésének produktív szakasza.
Aktív	Az az időtartam, amely alatt a szkennert a páciens vizsgálatához használják, amely magában foglalja a szkennelés előkészítését és megtervezését, a tényleges nettó szkennelést és a nyers adatok rekonstruálását.
Alapjárati (Idle)	Az „aktív” időszakok közötti időtartam a bekapcsolási időszakon belül; ez csak egy meghatározott időintervallum a rendszer bekapcsolt állapotában.
Sys on	A szkenner rendszer állapota a naplófájlból; a rendszer be van kapcsolva, és azonnali szkennelés lehetséges; A net scan, az aktív és az alapjárati rendszerállapot események, amelyek a rendszer bekapcsolt állapotában fordulnak elő
Sys off	A szkenner rendszer állapota a naplófájlból; ebben az állapotban a rendszer kikapcsol, de a kiegészítő rendszerek miatt továbbra is energiát fogyaszthat; az azonnali szkennelés nem lehetséges, és a szkennelés előtt néhány perces bekapcsolási sorrendre van szükség

1. táblázat (Radiology 2020; 00:1–13. https://doi.org/10.1148/radiol.2020192084)

CT és MRI energiafogyasztás mérés

Három CT készülék, melyből két darab a radiológia osztályon található (CT1: dual-source Somatom Definition Flash [2011-es telepítés] és CT2: singe-source Somatom Definition Edge [2014-es telepítés]) és egy készülék a sürgősségi osztályról (ER-CT: singel-source Somatom Definition AS+ [2011-es telepítés]). Az összes CT 128 szeletes, a használt szoftver verzió VA48A. A radiológiai osztályon a munkaidő reggel 7-től délután 5-ig tart, a sürgősségi osztály 24 órás munkaidővel rendelkezik. Három 1,5 T MRI berendezés, MRI-1 (Magnetom Avanto, sw ver. VB17A), gradiense 625A/2000 V, az RF erősítő 22,5 kW csúcsteljesítményű és 2004-es telepítésű, MRI-2a (Magnetom Espree, sw ver. VB17A), 625A/2000 V gradienssel, 22,5 kW csúcsteljesítményű RF erősítővel 2004-es telepítésű és MRI-2b (Magnetom Avanto FIT, sw ver. VB17A), 625A/2000 V gradienssel, 22,5 kW csúcsteljesítményű RF erősítővel 2015-ös telepítés. Két darab 3T egység, Magnetom Verio (sw. ver. VB17A), 900A/2250 V gradienssel, és 37,5 kW csúcsteljesítményű RF erősítővel 2008-as telepítés és Magnetom Skyra (sw. ver. VD13A), 750A/2250 V gradienssel, 37,5 kW csúcsteljesítményű RF erősítővel 2013-as telepítés. Egy 1,5 T MRI berendezést (MRI-2a) kicserélték 2015-ben, 7 havi adatot sikerült a régi készülékkel gyűjteni és 3 hónapot az új berendezéssel (MRI-2b). A rutin MRI vizsgálatok munkanapokon reggel 7-től este 8-ig történtek, szombaton csak két egység (egy 1,5 T és 3 T) üzemelt reggel 8tól délután 5-ig, vasárnap csak sürgősségi vizsgálatok történtek. Az összes MRI és CT berendezést energiafogyasztás mérő szenzorral láttak el, amik 2 Hz-es mintavételezési frekvenciával rendelkeztek.

CT és MRI napló adatok

Beolvasták a berendezések naplófájlait, és feldolgozásra kerültek azok az események, melyek tükrözik a berendezés üzemmódját és a vizsgálattal kapcsolatos információkat.

RIS adatok

A RIS adatok olyan információkat tartalmaznak, amelyek leírják a vizsgálat típusát (pl. Mellkas-CT, teljes gerinc MRI), a vizsgálat kezdő és vége időbélyeggel, illetve egyéb paramétereket.

Eredmények

40276 betegvizsgálat összesített energiafogyasztása 614825 kWh, csak hűtésre 492624 kWh fordítódott, ez a teljes energiafogyasztás 44,5 %-a, a teljes fogyasztás 1107450 kWh. Ez megegyezik 852 fő energiafogyasztásával, és a vizsgált kórház összes fogyasztásának 4,0 %-a. Átlag fogyasztás CT vizsgálatonként egy év alatt 1,2 kWh. Egy CT berendezés teljes éves energiafogyasztása 26226 kWh. CT vizsgálatonkénti nettó fogyasztás évente 3580 kWh, ez az érték egy két személyes háztartás fogyasztásával egyezik meg Svájcban. A CT berendezések alapjárati (idle) fogyasztása négyszerese a nettó fogyasztásnak (14289 kWh). Az MRI készülékek éves átlag fogyasztása vizsgálatonként 19,9 kWh. Az éves fogyasztás bekapcsolt állapotban 82174 kWh, a teljes éves fogyasztás 134037 kWh.

CT berendezések

A CT energiafogyasztását, a vizsgálati időtartamot és az energiaköltségeket, valamint a vizsgált régió adatait a második táblázat és a harmadik ábra szemlélteti.

2. táblázat (Radiology 2020; 00:1–13. https://doi.org/10.1148/radiol.2020192084) 

3. ábra (Radiology 2020; 00:1–13. https://doi.org/10.1148/radiol.2020192084) 

Az átlagos energiafogyasztás testrégiónként 1,2 kWh ±0,7 (min 0,4 és max 3,5 kW). A napi energiafogyasztás a radiológián lévő készülékre CT1 92 kWh és CT2 50 kWh, a sürgősségin lévő berendezés 88 kWh átlagos napi energiafogyasztással rendelkezett. Összességében a három CT készülék 10741 kWh fogyasztással rendelkezett az aktuális vizsgálat állapotban, 23797 kWh fogyasztással bírt az aktív időszakban, 42867 kWh volt alapjáraton (idle) a fogyasztás, 66664 kWh a rendszer bekapcsolt állapotában a fogyasztás, a teljes fogyasztás évente 78679 kWh.

MRI készülékek

Az MRI energiafogyasztását, a vizsgálati időtartamot, és a vizsgálatok költségeit a harmadik táblázat tartalmazza. Az átlagos energiafogyasztás 20 kWh ± 5 (tartomány 12-34 kWh). A napi energiafogyasztás munkaidőben (13 óra) 363 kWh a 1,5 T készüléknek, 530 kWh a 3 T készüléknek. A negyedik táblázat és a hetedik ábra mutatja be az energiafogyasztást a berendezés különböző üzemállapotai alapján.

4. táblázat (Radiology 2020; 00:1–13. https://doi.org/10.1148/radiol.2020192084) 

7. ábra (Radiology 2020; 00:1–13. https://doi.org/10.1148/radiol.2020192084) 

Az MRI berendezések éves energiafogyasztása 134037 kWh, a 3 T készüléknek 149655 kWh. A rendszer kikapcsolt állapotában 35478 – 46704 kWh éves fogyasztással rendelkezett, ez a teljes fogyasztás 31,2-38 %-a. A CT készülékekkel összehasonlítva az MRI esetén kevesebb 5,5-13,4 %-kal az alapjárati (idle) fogyasztás.

Konklúzió

A megvizsgált berendezések jelentős energiafelhasználással rendelkeznek, a CT és MRI készülékek éves fogyasztása a kórház összes fogyasztásának 4 %-át teszi ki. Általánosságban elmondható, hogy a dedikált hűtőrendszerek fogyasztása, amely elengedhetetlen a tomográfiás képalkotó berendezések működéséhez, a teljes fogyasztás csaknem felét jelentik. CT esetén a fogyasztás legnagyobb részét (kétharmadát) az üresjárat (idle) tette ki. MRI esetén a fogyasztás egyharmada a rendszer kikapcsolt állapotának tulajdonítható, ami a folyamatos hűtőrendszer működéséhez szükséges. Az eredmények alapján energia megtakarítás érhető el, az alapjárati üzem és a rendszer kikapcsolt állapotának fogyasztás csökkentésével. Ezt elsősorban a gyártók tudják megoldani, alacsony fogyasztású alapjárati üzem és kikapcsolt állapot révén. A fogyasztói elektronikához hasonlóan a kikapcsolt és a készenléti (stand-by) üzemmódok bevezetése jelentős energiamegtakarítást eredményezhet CT készülékek esetén, mivel ebben az esetben a teljes energiafelhasználás kevesebb hányada esik a nem produktív folyamatokra. Ezeket az adott radiológiai osztályok optimalizálni tudják, a betegvizsgálatok megfelelő koordinálásával. Továbbá, mivel a hűtőrendszer energiafogyasztása jelentős, a hulladékhő kezelés alternatív módszereit lehet alkalmazni. Ezek közé tartozik például a különböző hővisszanyerési módszerek, hőcserélők használata vagy hőtároló alkalmazása, ezáltal a hő újrahasznosítható, ahelyett, hogy plusz energiát használnánk fel a fölösleges hő semlegesítésére.

Referálta:

Dankó Zsolt fizikus
DE KEK Központi Radiológiai Diagnosztika