放射治疗模拟定位机关键部件的研究与优化

摘要

放射治疗模拟定位机是肿瘤放射治疗中不可缺少的重要设备之一。本研究主要是对模拟定位机的关键部件-支臂部件、准直器井线、准直器防碰装置进行研究和优化设计,从而有效提高模拟定位机的工作精度，提高设备使用的安全性能。
　　支臂部件的刚性变形会影响整机的等中心精度值。本文采用Solidworks自带的SimulationXpress有限元分析插件分析支臂的受力变形，在现用支臂部件的基础上，通过软件的分析计算，来检验支臂的强度和受力变形情况。在此基础上，提出一些改进措施，优化设计支臂的框架结构，减少支臂的变形，增加抗应变的能力。
　　准直器部件是模拟定位机的核心组件。临床大夫依靠准直器井线的投影对肿瘤进行皮肤定位，作为下一步放射治疗的依据。目前的模拟定位机井线传动机构存在运行不可靠，定位精度不准确的问题。本文首先对此机构进行研究，针对存在的问题提出几种方案，对各种方案进行对比分析。然后使用MATLAB优化工具对蜗轮蜗杆进行优化计算，经过优化计算，蜗杆头数变为1，模数减少到0.6，蜗轮齿冠体积减少了30％左右，充分显示出优化设计的应用价值。
　　准直器防碰撞装置位于准直器下方，其作用是防止与准直器正面相撞的治疗患者或物体，但有时也可能是侧面或其他方向的碰撞。需要设计一种机构，感受来自各个方位的碰撞，及时停止机架转动，保护设备和病人的安全。本文将根据设计要求，设计一组防碰撞的构件，同时利用 MATLAB优化工具包对弹簧进行优化。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2放射治疗模拟定位机系统组成

1.3放射治疗模拟定位机的功能

1.4国内外产品现状

1.5存在的问题

1.6本文主要的研究内容

第二章 支臂部件结构分析

2.1模拟定位机机械结构

2.2支臂力学模型的理论基础

2.3支臂的结构分析

2.4矩形截面局部稳定性计算

2.5建立支臂有限元模型

2.6划分网格

2.7软件计算分析

2.8计算结果

2.9改进方案一

2.10 改进方案二

2.11 最终结果分析

第三章 准直器井线运动机构优化

3.1井线的功能

3.2井线的结构

3.3存在问题及分析

3.4解决方案

3.5方案选择

3.6方案比较

3.7蜗轮蜗杆优化设计

第四章 准直器防碰撞组件设计

4.1设计要求

4.2方案设计

4.3弹簧优化设计

第五章 全文总结与展望

参考文献

致谢

在学期间取得的研究成果