質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架的關(guān)鍵技術(shù)分析.pdf

1、質(zhì)子治療是目前醫(yī)學(xué)物理界的研究前沿和熱點(diǎn)。由于質(zhì)子具有獨(dú)特的布拉格峰特性，和傳統(tǒng)放射治療手段相比有較大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的研究已有幾十年的歷史，我國(guó)起步較晚，近二十年來才對(duì)該領(lǐng)域有所關(guān)注，不過正積極追趕發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步，籌劃建設(shè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的質(zhì)子治療裝置。而旋轉(zhuǎn)機(jī)架是整套裝置中的重要組成部分，具有大慣量、大尺寸、大重量的特點(diǎn)，同時(shí)要求很高的運(yùn)動(dòng)定位精度和可靠性。
　　本文首先介紹了一些國(guó)際知名的質(zhì)子治療設(shè)備制造商的機(jī)架設(shè)計(jì)

2、方案，比較“滾筒式”和“桁架式”兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，分析輸運(yùn)線布局和偏轉(zhuǎn)磁鐵選擇對(duì)于機(jī)架設(shè)計(jì)的影響，總結(jié)當(dāng)前自主設(shè)計(jì)和制造的難點(diǎn)。提出三段滾筒式的設(shè)計(jì)方案，確定了傳動(dòng)方式以及輸運(yùn)線、配重的安裝固定方式。
　　然后采用赫茲彈性接觸理論對(duì)機(jī)架滾輪的接觸應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)架的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行了理論分析和運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)電機(jī)和減速箱進(jìn)行了選型。參照國(guó)外質(zhì)子醫(yī)院的運(yùn)營(yíng)情況，確定了旋轉(zhuǎn)機(jī)架的使用壽命，并以此為依據(jù)校核了機(jī)架齒輪的齒面接觸應(yīng)力和齒根

3、彎曲應(yīng)力，保證使用壽命的要求。根據(jù)滾輪支撐的使用工況確定軸承的類型和軸向布局，對(duì)軸承壽命進(jìn)行了校核。
　　基于Ansys Workbench對(duì)機(jī)架滾輪以及齒輪的接觸應(yīng)力進(jìn)行了有限元計(jì)算，與理論計(jì)算值進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了運(yùn)用有限元方法計(jì)算接觸問題的準(zhǔn)確性和優(yōu)點(diǎn)。使用Solidworks Simulation對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)架本體進(jìn)行了靜力學(xué)分析，分析其在等中心點(diǎn)的變形，對(duì)變形過大原因進(jìn)行了分析，然后進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。使用Solidworks優(yōu)化