王 迪，張瑞俠，李 芬

東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司，沈陽市，110179

一種提高CT診斷床板承載能力的方法與應(yīng)用

【作 者】王 迪，張瑞俠，李 芬

東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司，沈陽市，110179

在CT診斷床板的承載能力試驗中，通過對床板中易產(chǎn)生破壞區(qū)域及相關(guān)測試數(shù)據(jù)的分析，在床板局部區(qū)域采用了簡單的機(jī)械輔助支撐結(jié)構(gòu)方式，解決了床板承載強(qiáng)度不足的問題并在實際產(chǎn)品使用中取得了顯著的成效。

CT診斷床板；床板強(qiáng)度；機(jī)械輔助支撐

0 引言

近年來，隨著醫(yī)療水平提高及人們對自身健康的重視，醫(yī)用檢影設(shè)備的普及率大幅上升。電子技術(shù)、高性能碳纖維復(fù)合材料等制造技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。電子計算機(jī)X射線斷層掃描(CT)機(jī)是目前用于臨床診斷的重要設(shè)備，它可以極大地提高諸多疾病的早期發(fā)現(xiàn)率，對疾病進(jìn)行精確的定量和臨床分析判斷以及準(zhǔn)確的定性診斷等。CT診斷床板是CT掃描機(jī)的重要部件之一，在掃描患者時作為一種主要的承載體來承受患者的體重，其承載的機(jī)械強(qiáng)度不僅直接與患者的生命安全相關(guān)，還會影響到臨床診斷的圖像質(zhì)量。為了保證臨床患者的安全，醫(yī)療行業(yè)安全法規(guī)對支撐患者床板的強(qiáng)度要求很高(規(guī)定其安全系數(shù)一般不小于4)。床板表層中的碳纖維預(yù)浸料的鋪層厚度是保證床板承載能力的關(guān)鍵因素，為了滿足床板的強(qiáng)度，一般來講需要加大碳纖維預(yù)浸料的鋪層厚度來提高其強(qiáng)度，而一味地增加碳纖維預(yù)浸料的鋪層厚度，不僅會導(dǎo)致材料成本的增加，同時也會加大對X-射線的衰減,進(jìn)而影響到臨床診斷的圖像質(zhì)量。因此，在設(shè)計中必須尋找一種可靠的方法來提高床板的強(qiáng)度，使其滿足臨床使用的要求。

本文以一種典型的CT床板承載為例，詳細(xì)介紹了機(jī)械輔助支撐在CT床板上測試和應(yīng)用的過程。通過對床板承載測試結(jié)果的分析，為今后床板的承載能力設(shè)計提供一種理論依據(jù)。

1 床板承載方式

床板伸出長度1 690 mm，兩支點距離416 mm，床板上表面均布作用了7 848 N載荷，如圖1所示。

圖1 床板承載圖Fig.1 Loading diagram of table top

2 床板主要幾何參數(shù)和材料構(gòu)成

床板長度方向為 2 106 mm，上表面寬度為470 mm，床板下表面寬度為 340 mm，床板的最小厚度為45 mm。

床板表面層為24 Ton 碳纖維預(yù)浸料，上、下表層厚度為2 mm，左、右表層厚度為4 mm，中間為51IG-F泡沫。床板斷面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 床板結(jié)構(gòu)、承載受力方式及材料力學(xué)性能的分析

(1) 床板斷面基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)為碳纖維復(fù)合材料泡沫塑料夾芯，輪廓形狀為“倒梯形狀”，該斷面結(jié)構(gòu)本身具有抗彎能力強(qiáng)和受力變形小的特點。

(2) 床板的承載受力方式 由于其固定端與支撐滾輪的距離遠(yuǎn)小于其懸臂的距離，因而，當(dāng)床板表面上作用載荷時，床板在支承滾輪的位置處就會承受著非常大的壓應(yīng)力。

(3) 床板組成材料的力學(xué)性能 泡沫(51IG-F)與碳纖維預(yù)浸料的力學(xué)性能指標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。泡沫本身的壓縮強(qiáng)度很小，無法承受較大的局部集中載荷，主要還是碳纖維預(yù)浸料起著的承載作用。

圖2 床板的斷面結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The section structure diagram of table top

4 床板破壞過程

從前期做床板承載測試中發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的破壞過程，主要體現(xiàn)在局部集中受壓破壞上，具體表現(xiàn)為：泡沫在受壓點局部變形失穩(wěn)→與表層碳纖維預(yù)浸料逐漸脫開→泡沫繼續(xù)失穩(wěn)破裂→上表層碳纖維預(yù)浸料受拉→下表層碳纖維預(yù)浸料受壓支持載荷→上下表層碳纖維預(yù)浸料失去泡沫支撐而屈曲→分層后斷裂。

從上述床板承載的破壞過程中可以得出：床板承載的關(guān)鍵主要還是取決于泡沫在局部受壓點的強(qiáng)度。因此，在設(shè)計過程中通過在適當(dāng)位置增加簡單的機(jī)械輔助支撐來降低泡沫在局部受壓點的承載力，從而來達(dá)到提高床板的承載能力。

5 測試實驗

把床板安裝在測試平臺的兩個支撐架上，將帶有托輪的施力裝置安裝在床板上同時分別放置兩塊千分表在該施力裝置兩側(cè)的床板上，然后利用施力裝置對床板局部逐漸施加集中壓力載荷。并查看和記錄在兩側(cè)千分表上顯示的變形數(shù)值。

測試工況I 對床板局部直接施加集中載荷，如圖3所示。

圖3 測試工況IFig.3 Test condition I

測試工況II 在測試工況I的條件下增加簡單的機(jī)械輔助支撐，該機(jī)械輔助支撐采用一塊6 mm厚的普通碳鋼板，該鋼板的一面為弧狀面且與床板接觸的底面外輪廓一致；另一面為直面固定到其中一個支撐架上，然后對床板局部施加同樣的集中壓力載荷，如圖4所示。

圖4 測試工況IIFig.4 Test condition II

根據(jù)上述兩種測試工況，利用Microsoft Office Excel 2007軟件繪制施力集中載荷與床板變形的關(guān)系，如圖5所示。

圖5 載荷與變形的關(guān)系圖Fig.5 Relational graph of load and deformation

從圖5中可以看出，床板在同樣的變形條件下，在床板適當(dāng)?shù)奈恢蒙显黾訖C(jī)械輔助支撐后，床板的承載能力明顯有了很大的提高。

6 應(yīng)用效果

在實際產(chǎn)品中，通過床板在前端適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b了機(jī)械輔助支撐機(jī)構(gòu)后，經(jīng)過承載試驗發(fā)現(xiàn)床板的承載能力明顯有了很大的提高，滿足了產(chǎn)品的使用要求。

7 結(jié)束語

通過上述對床板的分析和承載測試實驗可以看出：通過在床板適當(dāng)位置增加簡單的機(jī)械輔助支撐的方式，可以減小其變形量并極大的提高其承載的能力，同時也減少了材料的浪費、降低了產(chǎn)品的成本。

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[2] 陳祥寶, 包建文, 婁葵陽. 樹脂基復(fù)合材料制造技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.

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Method and Application for Improving the Load Capacity of CT Diagnosis Table Top

【 Writers 】Wang Di, Zhang Ruixia, Li Fen
Philips and Neusoft Medical System Co. Ltd., Shenyang, 110179

CT diagnosis table top, table top strength, mechanical auxiliary support

R814.42

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.01.021

1671-7104(2014)02-0152-02

2013-07-05

王迪，E-mail: di.wang@philips.com

【 Abstract 】In the load capacity test of CT diagnosis table top, by analyzing the easy destroy area and related test data for the table top, using a simple mechanical auxiliary support structure in local area of the table top to solve the insuf fi cient loading strength problem of table top and obtain signi fi cant results during the actual product usage.