一种提高CT诊断床板承载能力的方法与应用

王 迪，张瑞侠，李 芬

东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司，沈阳市，110179

一种提高CT诊断床板承载能力的方法与应用

【作 者】王 迪，张瑞侠，李 芬

东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司，沈阳市，110179

在CT诊断床板的承载能力试验中，通过对床板中易产生破坏区域及相关测试数据的分析，在床板局部区域采用了简单的机械辅助支撑结构方式，解决了床板承载强度不足的问题并在实际产品使用中取得了显著的成效。

CT诊断床板；床板强度；机械辅助支撑

0 引言

近年来，随着医疗水平提高及人们对自身健康的重视，医用检影设备的普及率大幅上升。电子技术、高性能碳纤维复合材料等制造技术被广泛的应用。电子计算机X射线断层扫描(CT)机是目前用于临床诊断的重要设备，它可以极大地提高诸多疾病的早期发现率，对疾病进行精确的定量和临床分析判断以及准确的定性诊断等。CT诊断床板是CT扫描机的重要部件之一，在扫描患者时作为一种主要的承载体来承受患者的体重，其承载的机械强度不仅直接与患者的生命安全相关，还会影响到临床诊断的图像质量。为了保证临床患者的安全，医疗行业安全法规对支撑患者床板的强度要求很高(规定其安全系数一般不小于4)。床板表层中的碳纤维预浸料的铺层厚度是保证床板承载能力的关键因素，为了满足床板的强度，一般来讲需要加大碳纤维预浸料的铺层厚度来提高其强度，而一味地增加碳纤维预浸料的铺层厚度，不仅会导致材料成本的增加，同时也会加大对X-射线的衰减,进而影响到临床诊断的图像质量。因此，在设计中必须寻找一种可靠的方法来提高床板的强度，使其满足临床使用的要求。

本文以一种典型的CT床板承载为例，详细介绍了机械辅助支撑在CT床板上测试和应用的过程。通过对床板承载测试结果的分析，为今后床板的承载能力设计提供一种理论依据。

1 床板承载方式

床板伸出长度1 690 mm，两支点距离416 mm，床板上表面均布作用了7 848 N载荷，如图1所示。

图1 床板承载图Fig.1 Loading diagram of table top

2 床板主要几何参数和材料构成

床板长度方向为 2 106 mm，上表面宽度为470 mm，床板下表面宽度为 340 mm，床板的最小厚度为45 mm。

床板表面层为24 Ton 碳纤维预浸料，上、下表层厚度为2 mm，左、右表层厚度为4 mm，中间为51IG-F泡沫。床板断面结构如图2所示。

3 床板结构、承载受力方式及材料力学性能的分析

(1) 床板断面基本结构 结构为碳纤维复合材料泡沫塑料夹芯，轮廓形状为“倒梯形状”，该断面结构本身具有抗弯能力强和受力变形小的特点。

(2) 床板的承载受力方式 由于其固定端与支撑滚轮的距离远小于其悬臂的距离，因而，当床板表面上作用载荷时，床板在支承滚轮的位置处就会承受着非常大的压应力。

(3) 床板组成材料的力学性能 泡沫(51IG-F)与碳纤维预浸料的力学性能指标相差甚远。泡沫本身的压缩强度很小，无法承受较大的局部集中载荷，主要还是碳纤维预浸料起着的承载作用。

图2 床板的断面结构图Fig.2 The section structure diagram of table top

4 床板破坏过程

从前期做床板承载测试中发现该结构的破坏过程，主要体现在局部集中受压破坏上，具体表现为：泡沫在受压点局部变形失稳→与表层碳纤维预浸料逐渐脱开→泡沫继续失稳破裂→上表层碳纤维预浸料受拉→下表层碳纤维预浸料受压支持载荷→上下表层碳纤维预浸料失去泡沫支撑而屈曲→分层后断裂。

从上述床板承载的破坏过程中可以得出：床板承载的关键主要还是取决于泡沫在局部受压点的强度。因此，在设计过程中通过在适当位置增加简单的机械辅助支撑来降低泡沫在局部受压点的承载力，从而来达到提高床板的承载能力。

5 测试实验

把床板安装在测试平台的两个支撑架上，将带有托轮的施力装置安装在床板上同时分别放置两块千分表在该施力装置两侧的床板上，然后利用施力装置对床板局部逐渐施加集中压力载荷。并查看和记录在两侧千分表上显示的变形数值。

测试工况I 对床板局部直接施加集中载荷，如图3所示。

图3 测试工况IFig.3 Test condition I

测试工况II 在测试工况I的条件下增加简单的机械辅助支撑，该机械辅助支撑采用一块6 mm厚的普通碳钢板，该钢板的一面为弧状面且与床板接触的底面外轮廓一致；另一面为直面固定到其中一个支撑架上，然后对床板局部施加同样的集中压力载荷，如图4所示。

图4 测试工况IIFig.4 Test condition II

根据上述两种测试工况，利用Microsoft Office Excel 2007软件绘制施力集中载荷与床板变形的关系，如图5所示。

图5 载荷与变形的关系图Fig.5 Relational graph of load and deformation

从图5中可以看出，床板在同样的变形条件下，在床板适当的位置上增加机械辅助支撑后，床板的承载能力明显有了很大的提高。

6 应用效果

在实际产品中，通过床板在前端适当的位置安装了机械辅助支撑机构后，经过承载试验发现床板的承载能力明显有了很大的提高，满足了产品的使用要求。

7 结束语

通过上述对床板的分析和承载测试实验可以看出：通过在床板适当位置增加简单的机械辅助支撑的方式，可以减小其变形量并极大的提高其承载的能力，同时也减少了材料的浪费、降低了产品的成本。

[1] 胡培. ROHACELL技术手册[R]. 德固赛中国控股有限公司上海分公司, 2009.

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[3] 成理, 陈蔚, 李涛, 等. 一种CT床面板的研制[J]. 高科技纤维与应用, 2010, 35(03): 44-46.

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.