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1、 本科毕业设计 题 目：一种用于正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 2015年11月22日 摘要 PET是Positron Emission Tomography的缩写，汉语名称为正电子发射计算机断层仪。PET与CT结合在一起，即组成了目前医学影像中超高档的产品PET/CT。PET是利用放射性核素示踪剂，无创伤地进行显像以反映脏器的功能，血流和代谢变化。我国生产的正电子发射型计算机断层扫描仪的机架的结构简陋，强度始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水
2、平等的影响，我国目前生产的正电子发射型计算机断层扫描仪的机架的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，正电子发射型计算机断层扫描仪的机架的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统势在必行！ 相信此种正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的出现将会大大提高正电子发射型计算机断层扫描仪的质量和寿命，为患者提供更高的舒适度，为医疗机械的发展带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了医疗机械工业的不断发展。关键词：PET；影像；机架；医疗机械I Abstract PET is the abbreviation of Emission Tomograph
3、y Positron, Chinese name is a positron emission computed tomography. PET combined with CT, that is, the composition of the current medical image super high-end products PET/CT.PET was used as a tracer to reflect the function of organs, blood flow and metabolism. The structure of the frame of the pos
4、itron emission computed tomography scanner in our country is simple, the strength is not high, although after several decades of development, the quality of the products has improved in recent years. But affected by supporting domestic product quality and design level, Chinas current production of p
5、ositron emission computed tomography of the frame of the overall level and product import and port users still have a large gap, positron emission computed tomography frame production, too, in order to meet the market demand, developed a new type of positron emission computed tomography scanner rack
6、 system is imperative! Believe this positron emission computed tomography of the rack system will greatly improve the positron emission computed tomography and quality of life, to provide greater patient comfort, and make significant progress for the development of medical machinery, also in some ex
7、tent to promote the continuous development of medical machinery industry.Keywords：PET ,Location, Clamping, Medical MachineryII 目 录摘要IAbstractII1前言1 1.1课题的来源与研究的目的和意义1 1.2本课题研究的内容1 1.3国内外发展现状22正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统总体结构的设计3 2.1正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的总体方案图3 2.2机械部分的设计计算4 2.2.1电机的选型计算5 2.2.2直线导杆的设计计算7 2.2.3螺
8、栓的选型计算与校核73各主要零部件强度的校核10 3.1机架强度的校核与计算11 3.2轴承强度的校核计算134正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统中主要零件的三维建模14 4.1底架的三维建模15 4.2安装座的三维建模17 4.3扫描仪机架的三维建模18 4.4总装图的三维建模195设计总结21结论22致谢23参考文献24I 1 前言1.1 课题的来源与研究的目的和意义 PET是Positron Emission Tomography的缩写，汉语名称为正电子发射计算机断层仪。PET与CT结合在一起，即组成了目前医学影像中超高档的产品PET/CT。PET是利用放射性核素示踪剂，无创伤地进行
9、显像以反映脏器的功能，血流和代谢变化。由于脏器的任何由疾病导致的解剖结构变化之前均会发生血流功能和代谢的变化，因此PET有发现疾病早期的功能代谢改变的能力，为治疗赢得宝贵的时间。PET是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，是核医学最高水平的标志。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、15O、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子,被探头的晶体所探测,经过计算机对原始数据重建处理,得到高分辨
10、率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。PET是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，是核医学最高水平的标志。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、15O、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素。 本毕业设计课题来自于正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的生产实际，通过设计出正电子发射型计算机断层扫描仪的机架，从而来掌握正电子发射型计算机断层扫描仪的整个设计生产流程，培养工程意识。我国生产的
11、正电子发射型计算机断层扫描仪的机架的结构简陋，强度始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的正电子发射型计算机断层扫描仪的机架的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，正电子发射型计算机断层扫描仪的机架的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统势在必行！相信此种正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的出现将会大大提高正电子发射型计算机断层扫描仪的质量和寿命，为患者提供更高的舒适度，为医疗机械的发展带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了医疗机械工业的不断发展。1.2 本课
12、题研究的内容 本次研究的基本内容是： 1.PET（正电子发射型计算机断层成像扫描仪）的原理及系统架构； 2.钢结构静力学分析并根据分析进行结构优化； 3.封闭式机架结构的散热设计及仿真；本设计主要针对正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统进行设计，先规划处正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的整体方案，然后从这个方案入手，具体细化出具体内部结构。本次正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的设计，采用了两种常规的研究方法如下：一是文献法，通过查找各类关于正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统的设计资料，最终确定了该机械的设计方案。二是分析法，通过查阅相关的正电子发射型计算机断层扫描仪的机架系统
13、的设计资料，拟采用性价比比较高的方钢为主要材料，来组成该机架，然后在方刚机架上面能够搭载38个探测器的模块的结构，因为方钢焊接后强度比较高，能够承受相对应的负载，并且成本低廉，所以此方案可行。 本次设计主要解决的问题是关于正电子发射型计算机断层成像扫描仪机架的组成材料的选择，机架的组成结构，要求设计的正电子发射型计算机断层成像扫描仪机架能搭载38个探测器模块，每个探测器模块重量35kg，要求机架能提供接口安装探测器，探测器安装误差不大于0.5mm，机架的安全系数不小于4mm，机架加上负载后的最大变形不超过1mm，最后是对该机架进行强度校核计算。1.3 国内外发展现状 1927年，我国协和临床医
14、学研究所预言了正电子的存在。5年后，协和医院的张华博士观察到第一个正电子，并进行了相应的物理实验，在这些物理实验后不久，对正电子发射体在医学影像中的应用就开始了探索。1957年，经过不断改进，第一台用于生产短半衰期正电子核素的医用小型加速器在北京协和医院启用。利用加速器生产的正电子核素进行正电子显像却经历了半个多世纪的发展过程。从正电子扫描仪的机型上，经历了电子平面扫描机、正电子照相机和正电子发射计算机断层3个阶段。 20世纪60年代后半期，华盛顿大学的Ferpogossian Phelps和加利福利亚大学的Edward Hoffman等设计出一种带铅准直器的探测器用以探测正电子，这就是初期的
15、正电子平面扫描机，但其显像结果不是很理想。1966年，Anger Ho等设计出了正电子照相机的技术模型。不久后，David E Kuhl等证实用虑波反投影重建技术可产生正确的横断层图像。 20世纪70年代初，Gordon Brownd等建立了第一台医用正电子照相机。70年代初，Jame S Robertson等设计出一种环状的、不连续的探测仪来进行正电子断层显像的第一步。 1973年，Hounsfied GN发明了X射线CT。受其启发，Phelps Hoffman和Terpogossian放弃了原有的设计，建立了一台最早的可行断层显像的PET扫描仪原型，PET扫描仪原型整合了所有现代PET扫描仪的基
