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文檔簡介
1、<p> 碩 士 學(xué) 位 論 文</p><p> MASTER’S DISSERTATION</p><p><b> 論文題目</b></p><p> 新型 G 形臂 X 光機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析</p><
2、;p><b> 作者姓名</b></p><p><b> 學(xué)位類別</b></p><p><b> 指導(dǎo)教師</b></p><p><b> 郜鵬</b></p><p><b> 工程碩士</b></p&
3、gt;<p><b> 曾達幸 副教授</b></p><p> 2016 年 12 月</p><p> 中圖分類號:TH774</p><p><b> UDC:621</b></p><p> 學(xué)校代碼:10216</p&g
4、t;<p><b> 密級: 公開</b></p><p><b> 工程碩士學(xué)位論文</b></p><p><b> ?。☉?yīng)用研究型)</b></p><p> 新型 G 形臂 X 光機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析</p>&
5、lt;p> 碩 士 研 究 生: 郜鵬</p><p><b> 導(dǎo)</b></p><p> 師: 曾達幸 副教授</p><p><b> 副</b></p><p><b> 導(dǎo)</b>
6、</p><p><b> 師</b></p><p><b> 楊小川 高級工程師</b></p><p> 申 請 學(xué) 位: 工程碩士</p><p> 工 程 領(lǐng) 域: 機械工程</p>
7、;<p> 所 屬 學(xué) 院: 機械工程學(xué)院</p><p> 答 辯 日 期: 2016 年 12 月</p><p> 授 予 學(xué) 位 單 位: 燕山大學(xué)</p><p>
8、A Dissertation in Mechanical Engineering</p><p> STRUCTURE DESIGN AND ANALYSIS OF A NEW</p><p> G-ARM X-RAY APPARATUS</p><
9、;p> by Gao Peng</p><p> Supervisor: Associate professor Zeng Daxing</p><p> Yanshan University</p><p><b> Dec, 2016</b><
10、;/p><p> 燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</p><p> 本人鄭重聲明:此處所提交的碩士學(xué)位論文《新型 G 形臂 X 光機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與</p><p> 分析》,是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下,在燕山大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間獨立進行研究工作所取</p><p> 得的成果。論文中除已注明部分外不包含他人已
11、發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文</p><p> 的研究工作做出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式注明。本聲明的法</p><p> 律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)。</p><p><b> 作者簽字:</b></p><p><b> 日期:</b></p><p&g
12、t;<b> 年</b></p><p><b> 月</b></p><p><b> 日</b></p><p> 燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書</p><p> 《新型 G 形臂 X 光機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析》系本人在燕山大
13、學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間</p><p> 在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的碩士學(xué)位論文。本論文的研究成果歸燕山大學(xué)及本人共有,本</p><p> 論文的研究內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門送交</p><p> 論文的復(fù)印件和電子版本,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)燕山大學(xué),可以采用</p><p> 影印、縮印或其它復(fù)制手
14、段保存論文,可以公布論文的部分內(nèi)容。</p><p><b> 保密□,在</b></p><p><b> 本學(xué)位論文屬于</b></p><p><b> 不保密□。</b></p><p> (請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”)</p><p>
15、 年解密后適用本授權(quán)書。</p><p><b> 作者簽名:</b></p><p><b> 導(dǎo)師簽名:</b></p><p><b> 日期:</b></p><p><b> 日期:</b></p><p>&l
16、t;b> 年</b></p><p><b> 年</b></p><p><b> 月</b></p><p><b> 月</b></p><p><b> 日</b></p><p><b&g
17、t; 日</b></p><p><b> 摘要</b></p><p><b> 摘</b></p><p><b> 要</b></p><p> X 光機已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)院手術(shù)室中不可或缺的臨床醫(yī)療設(shè)備,但目前應(yīng)用于臨</p>
18、<p> 床的 X 光機還存在運動自由度少、工作空間小、移動不便、立體成像效率低等不足,</p><p> 為解決現(xiàn)有 X 光機存在的上述弊端,本文對臨床 X 光機提出了新的、更高的技術(shù)要</p><p> 求。通過調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的本體結(jié)構(gòu),本文在分析了現(xiàn)有臨床 X 光機優(yōu)缺點的</
19、p><p> 基礎(chǔ)上,設(shè)計了新型 G 形臂 X 光機的本體結(jié)構(gòu),并應(yīng)用相關(guān)軟件完成了關(guān)鍵零部件</p><p> 的靜力學(xué)與運動學(xué)仿真。新型 G 形臂 X 光機克服了傳統(tǒng) C 形臂 X 光機和單 G 形臂</p><p> X
20、 光機的缺點,增大了臨床 X 光機工作空間、能夠顯著提高手術(shù)的效率和質(zhì)量,為</p><p> 臨床 X 光機的發(fā)展提供了新的方向。</p><p> 本文首先系統(tǒng)地調(diào)研了國內(nèi)外現(xiàn)有的 C 形臂 X 光機和單 G 形臂 X 光機的本體</p>
21、<p> 結(jié)構(gòu),針對現(xiàn)有設(shè)備存在的問題,提出了一種新型 G 形臂 X 光機,設(shè)計方案主要包</p><p> 含并聯(lián)雙 C 形臂構(gòu)成的 G 形臂機構(gòu)和全向移動載體機構(gòu)。根據(jù)確定的構(gòu)型方案,運</p><p> 用軟件建立新型 G 形臂 X 光機的三維模型,
22、并完成各部分機構(gòu)的工程設(shè)計、選型、</p><p><b> 校核工作。</b></p><p> 然后,分析 G 形臂機構(gòu)的工作空間,通過建立機構(gòu)的靜力學(xué)模型和 ADAMS 虛</p><p> 擬樣機,分析承載車的全向驅(qū)動性能、仿地形驅(qū)動性能、減震性能和整機的平衡穩(wěn)</p><
23、;p> 定性,并制作了承載車的縮小比例樣機。</p><p> 最后,根據(jù)實際受力情況分別對初始姿態(tài)和極限姿態(tài)的豎直 C 形臂、水平 C 形</p><p> 臂進行有限元仿真,對 L 形臂受橫向力最大的狀態(tài)和轉(zhuǎn)軸受扭轉(zhuǎn)力矩最大的狀態(tài)進</p><p> 行有限元仿真,在橫滾臂前移
24、50mm 的狀態(tài)下,對方軸、升降柱和車體底盤進行有</p><p> 限元仿真,仿真結(jié)果表明,零件強度和剛度滿足設(shè)計要求,驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理</p><p><b> 性。</b></p><p> 關(guān)鍵詞:X 光機;G 形臂;全向移動承載車;全向驅(qū)動;仿地形驅(qū)動</p><p>&
25、lt;b> -I-</b></p><p> 燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b> Abstract</b></p><p> X-ray apparatuses have become a requisite part of
26、;modern medical equipments in</p><p> the hospital operation room, but there are some defects in current clinical X-ray</p>
27、<p> apparatuses, like that less degree of freedom, small working space, convenient mobility,</p><p> low stereo imaging efficienc
28、y and so on. In order to solve the defects of the existing</p><p> X-ray apparatuses, updated and higher requirements
29、0;to the clinical X-ray apparatuses are</p><p> put forward. The structure and technology of domestic and foreign related prod
30、ucts are</p><p> investigated in this paper. A new type of G-arm X-ray apparatus is designed after</p><p> analysing
31、the advantages and disadvantages of the existing clinical X-ray apparatuses.</p><p> The static and kinematic simulation of the
32、0;key components are completed by related</p><p> software. The new G-arm X-ray apparatus overcomes the defects of traditional
33、;C-arm</p><p> X-ray apparatuses and single G-arm X-ray apparatuses to increase the X-ray apparatus’s</p><p> working space and
34、 improve the operation efficiency and quality, which providing a new</p><p> direction for the development of clinical X-ray
35、160;apparatuses.</p><p> Firstly the structure of the domestic and foreign technology of C-arm X-ray</p><p> apparatuses and si
36、ngle G-arm X-ray apparatuses is researched systematically. In order to</p><p> solve the problems to the existing X-ray appara
37、tuses, a new G-arm X-ray apparatus is put</p><p> forward, which comprises a G shaped arm mechanism composed by two
38、parallel C</p><p> shaped arms and an omnidirectional mobile vehicle mechanism. According to the</p><p> determined configuration,
39、160;the detailed three-dimensional model is established by related</p><p> software. And the design, selection and check of the
40、0;various parts of the X-ray apparatus</p><p> are completed according to the three-dimensional model.</p><p> Then the working
41、 space of the new G-arm X-ray apparatus is analysed. And the</p><p> omnidirectional driving performance of vehicle, the
42、imitation-terrain performance,</p><p> damping performance and the balanced stability of the whole machine are analysed by</p><p&g
43、t; establishing the static model and ADAMS virtual prototype of the new G-arm X-ray</p><p> apparatus. And one reducing-proportion
44、 prototype of the vehicle has been made.</p><p> Finally according to the actual force condition, the stiffness and stren
45、gth of the</p><p><b> - II -</b></p><p><b> Abstract</b></p><p> vertical C-arm and the horizontal C-arm
46、;are calculated by finite element when they are in</p><p> the initial attitude and ultimate attitude. The stiffness and
47、strength of the L shaped arm</p><p> and the rotating shaft are calculated by finite element when they are under the
48、 maximum</p><p> lateral force or under the maximum moment. The stiffness and strength of the square</p><p> shaft an
49、d the rotating shaft are simulated by finite element when the cross arm moves</p><p> forward 50mm. The simulation result
50、s show that the strength and stiffness of the parts</p><p> meet the design requirements, verifying the rationality of th
51、e structure.</p><p> Keywords: X-ray apparatus; G arm; omnidirectional moving vehicle; omnidirectional</p><p> driving; imitation-terrain
52、;driving</p><p><b> - III -</b></p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 目錄</b></p><p> 摘要 ...............................
53、.................................................................................................... I</p><p> ABSTRACT ............................................................................
54、.............................................II</p><p> 第 1 章 緒論 ....................................................................................................................
55、60;1</p><p> 1.1 課題來源及研究背景 .............................................................................................. 1</p><p> 1.1.1 課題來源 .......................
56、..................................................................................... 1</p><p> 1.1.2 研究背景 ...................................................................................
57、......................... 1</p><p> 1.2 臨床 X 光機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................. 3</p><p> 1.2.1 臂形結(jié)構(gòu)&
58、#160;............................................................................................................ 4</p><p> 1.2.2 載體全向移動結(jié)構(gòu) ...................................................
59、......................................... 8</p><p> 1.2.3 國內(nèi)外 X 光成像技術(shù)發(fā)展前景 ......................................................................11</p><p> 1.3 我國
60、 X 光機面臨的問題及解決方向 ................................................................... 12</p><p> 1.4 研究目的和意義 ....................................................................
61、................................ 12</p><p> 1.5 論文的主要研究內(nèi)容 ............................................................................................ 13</p><p> 第 2
62、 章 新型 G 形臂 X 光機的構(gòu)型分析 ........................................................................ 14</p><p> 2.1 引言 ...........................................
63、............................................................................. 14</p><p> 2.2 G 形臂的構(gòu)型分析 ..................................................................................
64、............... 14</p><p> 2.3 G 形臂 X 光機的原理分析 .................................................................................... 16</p><p> 2.4 基本參數(shù)
65、的確定 ..................................................................................................... 19</p><p> 2.5 G 形臂機構(gòu)工作空間分析 ..............................................
66、....................................... 19</p><p> 2.6 本章小結(jié) ................................................................................................................ 20</p>
67、;<p> 第 3 章 新型 G 形臂 X 光機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................................ 21</p><p> 3.1 引言 .....................
68、................................................................................................... 21</p><p> 3.2 新型 G 形臂 X 光機的設(shè)計原則 .....................................
69、..................................... 21</p><p> 3.3 G 形臂機構(gòu)的設(shè)計 ................................................................................................. 22</p><
70、p> 3.3.1 豎直 C 形臂的設(shè)計 ......................................................................................... 22</p><p> 3.3.2 水平 C 形臂的設(shè)計 ..................
71、....................................................................... 24</p><p> 3.3.3 L 形臂的機構(gòu)設(shè)計............................................................................................
72、 25</p><p> 3.4 載體機構(gòu)的設(shè)計 .................................................................................................... 27</p><p> 3.4.1 橫滾臂機構(gòu)的設(shè)計 .........
73、................................................................................. 27</p><p> 3.4.2 升降柱機構(gòu)的設(shè)計 ..................................................................................
74、........ 28</p><p> 3.4.3 承載車機構(gòu)的設(shè)計 .......................................................................................... 29</p><p> 3.5 整機模型 ..............
75、.................................................................................................. 30</p><p> 3.6 本章小結(jié) .......................................................................
76、......................................... 31</p><p><b> -V-</b></p><p> 燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文</p><p> 第 4 章 傳動系統(tǒng)的計算與選型 ..............................
77、........................................................ 32</p><p> 4.1 引言 ...................................................................................................................
78、..... 32</p><p> 4.2 同步帶的計算與選型 ............................................................................................ 32</p><p> 4.3 伺服電機的計算與選型 ..........
79、.............................................................................. 36</p><p> 4.4 圓錐滾子軸承的選型與校核 ................................................................................
80、60;36</p><p> 4.5 橫滾擺動電機的計算與選型 ................................................................................ 38</p><p> 4.6 轉(zhuǎn)臺軸承選型與校核 ............................
81、................................................................ 39</p><p> 4.7 舉升推桿選型 .......................................................................................................
82、. 43</p><p> 4.8 本章小結(jié) ................................................................................................................ 43</p><p> 第 5 章 新型&
83、#160;G 形臂 X 光機性能分析 ............................................................................ 44</p><p> 5.1 引言 ........................................................
84、................................................................ 44</p><p> 5.2 承載車機構(gòu)全向平動性能分析 ............................................................................ 44</p>
85、<p> 5.3 承載車機構(gòu)仿地形驅(qū)動性能分析 ........................................................................ 47</p><p> 5.4 承載車減震性能分析 ...................................................
86、......................................... 49</p><p> 5.5 整機平衡穩(wěn)定性分析 ............................................................................................ 51</p><p>
87、 5.6 制作承載車樣機 .................................................................................................... 53</p><p> 5.7 本章小結(jié) ..............................................
88、.................................................................. 54</p><p> 第 6 章 關(guān)鍵部件有限元分析 ......................................................................................
89、.... 56</p><p> 6.1 引言 ........................................................................................................................ 56</p><p> 6.2 有限元分析的
90、步驟 ................................................................................................ 56</p><p> 6.3 G 形臂機構(gòu)有限元分析 .....................................................
91、.................................... 57</p><p> 6.3.1 豎直 C 形臂有限元分析 ................................................................................. 58</p><p>
92、6.3.2 水平 C 形臂有限元分析 ................................................................................. 61</p><p> 6.3.3 L 形臂有限元分析...........................................
93、................................................. 63</p><p> 6.4 橫滾臂機構(gòu)有限元分析 ........................................................................................ 65</p><p
94、> 6.4.1 轉(zhuǎn)軸有限元分析 .............................................................................................. 66</p><p> 6.4.2 方軸有限元分析 ........................................
95、...................................................... 67</p><p> 6.5 升降柱有限元分析 ................................................................................................ 68</p
96、><p> 6.6 承載車底盤有限元分析 ........................................................................................ 70</p><p> 6.7 整體撓度分析 .....................................
97、................................................................... 71</p><p> 6.8 本章小結(jié) ......................................................................................................
98、.......... 72</p><p> 結(jié)論 ................................................................................................................................ 73</p><p> 參考文獻
99、............................................................................................................................ 74</p><p> 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)及主要成果 ......................................
100、...................... 78</p><p> 致謝 ................................................................................................................................ 79</p><p>
101、<b> - VI -</b></p><p><b> 第 1 章 緒論</b></p><p><b> 第 1 章 緒</b></p><p><b> 論</b></p>
102、<p> 1.1 課題來源及研究背景</p><p> 1.1.1 課題來源</p><p> 本課題來源于燕山大學(xué)和北京東方惠爾圖像技術(shù)有限公司的橫向合作研究項</p><p> 目。首先經(jīng)由北京東方惠爾圖像技術(shù)有限公司對國外的一些中高檔私立醫(yī)院和國內(nèi)</p><p> 的三甲醫(yī)院進行廣泛的市場調(diào)
103、查研究,然后統(tǒng)計、分析醫(yī)生對現(xiàn)有臨床 X 光機產(chǎn)品</p><p> 的優(yōu)缺點評價以及他們對未來產(chǎn)品的設(shè)想,之后進行整理和規(guī)劃,提出本課題中新</p><p> 型 X 光機的各項技術(shù)要求,將技術(shù)要求交付燕山大學(xué),并由燕山大學(xué)將概念轉(zhuǎn)化為</p><p> 具體技術(shù)方案,本課題即來源于此校企合作項目。</p>
104、<p> 1.1.2 研究背景</p><p> 在一些骨科矯正和椎弓根螺釘植入手術(shù)中,傳統(tǒng)的手術(shù)條件下,醫(yī)生的裸眼可</p><p> 觀察區(qū)域非常有限,而應(yīng)用傳統(tǒng)臨床 X 光機需要頻繁地采集患處的 X 光圖像,不僅</p><p> 使患者和醫(yī)生受到的 X 光輻射量增加,
105、還延長了手術(shù)時間,使得患者手術(shù)感染的風(fēng)</p><p> 險增加,在此情況下,即便臨床經(jīng)驗豐富的醫(yī)生也難以對最終的手術(shù)質(zhì)量輕易作出</p><p><b> 保證。</b></p><p> 計算機輔助手術(shù)技術(shù)(Computer Aided Surgery Technology,CAST)的出現(xiàn),</p
106、><p> 為這些問題的解決帶來了曙光[1, 2]。CAST 是隨著新一代的計算機智能輔助技術(shù)、醫(yī)</p><p> 療影像學(xué)、計算機圖形圖像技術(shù)、定位跟蹤技術(shù)等的發(fā)展而興起的一門多學(xué)科交叉、</p><p> 多技術(shù)融合的新興學(xué)科[3, 4]。而圖像引導(dǎo)手術(shù)系統(tǒng)(Image-guided Surgery,IGS)是<
107、/p><p> CAST 的重要組成部分[5, 6]。IGS 是以 X 光圖像等為載體,運用高精度的定位系統(tǒng)實</p><p> 時跟蹤顯示手術(shù)器械與患處的位置關(guān)系,以幫助醫(yī)生進行手術(shù)操作。早在 1907 年,</p><p> 手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)被 Horsley 和
108、Clarke 用于小動物身上進行實驗研究[7]。采用體外標志</p><p> 點來定位體內(nèi)位置是該項技術(shù)的主要特點,其精度差,因而不適用于人體手術(shù)。而</p><p> 到 1947 年,Spiegal 采用“氣腦造影術(shù)”對軟組織的標志在空間中進行定位,第一</p><p> 次將手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到人體[8]。50
109、160;年代至 60 年代,在丘腦切開手術(shù)中開始普遍</p><p> 應(yīng)用基于平面影像的導(dǎo)航技術(shù)。20 世紀 80 年代末,IGS 技術(shù)首先被應(yīng)用在神經(jīng)外</p><p><b> -1-</b></p><p> 燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文</p><p&g
110、t; 科手術(shù),之后逐漸推廣到整形外科、骨科、耳鼻喉科、脊柱等手術(shù)領(lǐng)域[9,</p><p><b> 10]</b></p><p><b> 。IGS</b></p><p> 技術(shù)的應(yīng)用拓寬了醫(yī)生在手術(shù)中的視野范圍,突破了傳統(tǒng)手術(shù)手段的限制,更新了</p><p> 外科手術(shù)及其器械的
111、概念[11],為醫(yī)生提供了一個先進的平臺,使醫(yī)生能夠更加便利</p><p> 地發(fā)揮自己的專業(yè)水平,這對于提高手術(shù)的定位精度、減少手術(shù)創(chuàng)傷、減短手術(shù)的</p><p> 時間、提高手術(shù)質(zhì)量有十分重要的意義,同時降低了患者所需的治療費用,也為保</p><p> 全患者的生命健康提供了更大的保障[12]。</p><p> 作為
112、60;IGS 的主要組成部分的 C 形臂 X 光機(如圖 1-1 示)和單 G 形臂 X 光機</p><p> ?。ㄈ鐖D 1-2 示)具有使用簡單、移動方便的特點,因而逐漸被廣泛應(yīng)用于臨床診斷</p><p> 和手術(shù)操作中。相對基于 CT
113、0;(Computed Tomography)(如圖 1-4 示)或 MRI (Magnetic</p><p> Resonance Imaging)(如圖 1-5 示)的手術(shù)導(dǎo)航而言,基于 C 形臂 X 光機和單 G 形</p><p> 臂&
114、#160;X 光機的導(dǎo)航系統(tǒng)省略了手術(shù)前的規(guī)劃和術(shù)前、術(shù)中繁瑣的配準過程。CT、MRI</p><p> 提供的是術(shù)前的斷層圖像,而手術(shù)中患處組織難免會發(fā)生變形或位移,導(dǎo)致術(shù)前采</p><p> 集的圖像失去意義,并且 CT 輻射劑量較大[13],而體內(nèi)存在金屬物品的患者不能使</p><p> 用 MRI,基于
115、60;C 形臂 X 光機或單 G 形臂 X 光機的手術(shù)導(dǎo)航則不同,它能夠通過 X</p><p> 光成像系統(tǒng)和光學(xué)定位技術(shù),在手術(shù)過程中實時獲取患處圖像[14],通過圖像直觀形</p><p> 象地幫助醫(yī)生完成手術(shù)工具的精確定位和導(dǎo)向,因此,基于 C 形臂 X 光
116、機或單 G</p><p> 形臂 X 光機的手術(shù)導(dǎo)航被廣泛應(yīng)用于骨科矯正、血管造影、栓塞介入等各類手術(shù)中。</p><p> 對于一些中小型的醫(yī)院,由于技術(shù)和財力的限制,可能不具有安裝 CT、MRI 等昂</p><p> 貴設(shè)備的能力,但通常都會采購 C 形臂 X 光
117、機或單 G 形臂 X 光機,因而,C 形臂</p><p> X 光機和單 G 形臂 X 光機成為醫(yī)院在臨床診斷和手術(shù)導(dǎo)航中應(yīng)用最普遍的設(shè)備之</p><p> 一?;?#160;C 形臂 X 光機的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)如圖 1-5 所示。&l
118、t;/p><p> 圖 1-1 C 形臂 X 光機</p><p> 圖 1-2 單 G 形臂 X 光機</p><p><b> -2-</b></p><p><b> 第 1
119、0;章 緒論</b></p><p><b> 圖 1-3 CT</b></p><p><b> 光學(xué)定位</b></p><p><b> 參考架</b></p><p><b> 光學(xué)定位系統(tǒng)</b>
120、;</p><p><b> 手術(shù)工具</b></p><p><b> 圖 1-4 MRI</b></p><p><b> 手術(shù)實體在 X 線</b></p><p><b> 圖像中的可視化</b>&l
121、t;/p><p><b> C 形臂校準靶</b></p><p><b> C 形臂</b></p><p><b> 患者</b></p><p> 圖 1-5 C 形臂 X 光機手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)<
122、/p><p> 1.2 臨床 X 光機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p> 臨床 X 光機在使用過程中,針對不同患處需要拍攝不同視向的 X 光圖像,或針</p><p> 對同一患處、相同時間,需要拍攝多張不同視向的圖像,也可以對同一患處、相同</p><p> 視向,拍
123、攝不同時間的圖像,因此要求 X 光機的 C 形臂或 G 形臂能夠以盡可能多</p><p> 的自由度進行轉(zhuǎn)動和移動。X 光機在運輸過程中需要有一定的移動能力,同時也使</p><p> X 光機在手術(shù)開始時能夠及時移動到合適的工作位置,手術(shù)完成后能夠及時撤離,</p><p>
124、因此,要求 X 光機的載體機構(gòu)要具有良好的移動操控性和通過性。本節(jié)對國內(nèi)外 X</p><p><b> -3-</b></p><p> 燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文</p><p> 光機的臂形結(jié)構(gòu)和移動載體結(jié)構(gòu)進行了調(diào)研歸類分析,并做出相應(yīng)介紹。</p><p> 1.2.1
125、60;臂形結(jié)構(gòu)</p><p> (1) C 形臂結(jié)構(gòu)</p><p> 經(jīng)過將近半個世紀的發(fā)展,C 形臂 X 光機的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段:第</p><p> 一代產(chǎn)品大多為頻率低于 400Hz 的工頻機,X 射線穿透能力低(小于 90kV),圖像</p&g
126、t;<p> 分辨率低,體積龐大,視野范圍狹小,僅能夠用于創(chuàng)傷骨科的術(shù)中定位。單相工頻</p><p> X 光機所使用的 X 射線發(fā)生器產(chǎn)生的 X 射線中含有成分較多的軟射線,使病人吸收</p><p> 的射線劑量較大,因此,歐美等發(fā)達國家已經(jīng)明令禁止生產(chǎn)此類設(shè)備。第二代產(chǎn)品</p><p>
127、 多為頻率在 400Hz-20kHz 之間的中頻機,X 射線穿透能力一般小于 110kV,圖像分</p><p> 辨率欠佳,且輻射劑量較大,直接威脅醫(yī)生和患者的生命健康;第三代產(chǎn)品多為視</p><p> 窗化操作的電視系統(tǒng),頻率超過 20kHz,X 射線穿透力較強(不小于 120kV),醫(yī)學(xué)</p>
128、<p> 圖像永久存儲,且能夠做到病案管理、自動透視跟蹤。第四代產(chǎn)品具有高智能全數(shù)</p><p> 字化控制與圖像處理、自動脈沖透視、導(dǎo)航定位等功能,是具有開展微創(chuàng)介入和血</p><p> 管外科手術(shù)能力的世界先進機型。在臨床上醫(yī)用 X 光機的應(yīng)用已經(jīng)非常普及,并成</p><p> 為用于影像診斷和治療最主要的醫(yī)療設(shè)備
129、。但在國內(nèi)高頻的 X 光機占有率依然非常</p><p> 低,并且依賴進口,工頻機仍然被廣泛地使用。為改善這種狀況,國家非常重視高</p><p> 頻 X 射線發(fā)生器的技術(shù)研制工作,在“七五”“八五”和“九五”期間,均把高頻</p><p> X 光機的技術(shù)研發(fā)工作列入重點科技攻關(guān)項目。</p>
130、<p> C 形臂 X 光機結(jié)構(gòu)簡單、售價較低、操作方便、靜音性好、可靠性高,因此成</p><p> 為普及最廣泛的一種臨床 X 光機。C 形臂又可分為大型 C 形臂和小型 C 形臂。各自</p><p> 都有許多成熟的產(chǎn)品。本文根據(jù)產(chǎn)品價格、品牌信譽、產(chǎn)品可靠性、售
131、后服務(wù)質(zhì)量</p><p> 等情況收集了一些相對較好的國內(nèi)外廠家。國外比較著名的品牌有:GE(通用電氣)、</p><p> TOSHIBA(東芝)、SHIMADZU(島津)、PHILIPS(飛利浦)、HITACHI(日立)、</p><p> ZIEHM(奇目)等,國內(nèi)比較著名的公司有:南京普愛醫(yī)療器械有限公司、卡姆醫(yī)</p><p&g
132、t; 療器械有限公司、北京東方惠爾圖像技術(shù)有限公司、西安杰雄醫(yī)療裝備有限公司、</p><p> 北京大恒醫(yī)療器械有限公司、虎丘影像科技有限公司等。以 Koninklijke Philips</p><p> Electronics N.V.的 FD20 大平板 C 形臂[15, 16]為代表的第四代大型
133、 C 臂 X 光機功率較</p><p> 大,成像清晰,自動化程度高,多用于血管造影、微創(chuàng)介入、心臟搭橋等手術(shù)中,</p><p> 如圖 1-6 所示。</p><p><b> -4-</b></p><p><b> 第 1&
134、#160;章 緒論</b></p><p> 圖 1-6 FD20 大平板 C 形臂 X 光機</p><p> 以 General Electric Company 的 OEC9800 型[17, 18](如圖
135、1-7 所示)為代表的小</p><p> 型 C 形臂 X 光機具有質(zhì)量輕、價格相對便宜、移動方便的特點,因而被廣泛應(yīng)用于</p><p> 骨科矯正、椎弓根螺釘植入等手術(shù)中。但是其位置、角度的調(diào)整,不能通過統(tǒng)一控</p><p> 制界面完成,必須有人協(xié)助操作,在一定程度上延長了手術(shù)時間[19],且功率較小
136、,</p><p> 尚不能滿足長時間、大強度照射的手術(shù)需求。</p><p> 圖 1-7 OEC9800 型 X 光機</p><p> 雖然單 C 形臂具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點,但是在實際應(yīng)用中也暴露出一</p><p> 些問題。由于單 C
137、160;形臂只有一組成像通路,每定位一次,僅能得到一個方向的影像,</p><p><b> -5-</b></p><p> 燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文</p><p> 為了在手術(shù)中實時得到正側(cè)位的影像,醫(yī)生需要頻繁轉(zhuǎn)動 C 形臂,這樣不但拖延手</p><p> 術(shù)時間,還增加了手術(shù)目標位
138、置的不確定性,增大交叉感染的幾率。</p><p> (2) 單 G 形臂結(jié)構(gòu)</p><p> 在一些脊柱手術(shù)中,手術(shù)人員較多,空間緊張,因而不能給 C 形臂留出充裕的</p><p> 的運動空間,而手術(shù)中又不得不實時觀察正側(cè)位兩個視向的 X 光圖像,因此需要采</p>&
139、lt;p> 用兩臺 C 形臂 X 光機在水平方向和豎直方向交叉布置,同時工作,如圖 1-8 所示。</p><p> 以色列的 Y.S. Brin 等[20]研究在股骨轉(zhuǎn)子間骨折手術(shù)中使用雙 C 形臂 X 光機同時透</p><p> 視的作用時,發(fā)
140、現(xiàn)使用兩臺 C 臂 X 光機同時從豎直方向和水平方向透視患處較一臺</p><p> C 臂 X 光機依次從豎直方向和水平方向透視患處可減少 30%的手術(shù)時間和 29%的透</p><p> 視時間。Li 等[21]也認為手術(shù)中同時應(yīng)用兩臺 C 形臂 X
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