静态数字乳腺断层成像系统结构设计与仿真研究

发布时间：2017-05-24 11:08

  本文关键词：静态数字乳腺断层成像系统结构设计与仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：乳腺癌是当前中国女性最常见的癌症。我国乳腺癌死亡率一直居高不下,而降低乳腺癌死亡率的关键是早期发现、早期诊断、早期治疗。数字乳腺断层成像系统的应用,在提高早期乳腺癌检出率方面有了明显提升。当前系统的扫描方式是将单一热阴极X射线源固定在旋转机架上,沿设定的圆形轨迹运动来实现多角度X射线扫描。系统运行中由机械运动产生的运动伪影,会降低图像的空间分辨率,不利于图像重建；热阴极X射线源发射机制的延时性,会延长扫描时间,增加病人所受辐射剂量。本文针对当前数字乳腺断层成像系统的扫描方式进行改进,采用基于碳纳米管阴极的多光束场发射X射线源代替单一热阴极X射线源。多光束场发射X射线源具有结构紧凑、瞬时响应等优势,通过可编程控制不同分布位置X射线源的静态扫描方式取代多角度运动扫描方式,可以消除运动伪影,提高时间分辨率,从而降低辐射剂量。本文研究的主要内容有：(1)针对静态数字乳腺断层成像系统工作原理,采用虚拟样机方法并结合人机工程学设计了新型乳腺压迫器,完成静态数字乳腺断层成像系统结构设计、传动系统方案设计及选型计算。(2)采用三维电磁仿真软件CST粒子工作室进行单光束X射线源仿真,获得了最优聚焦极1孔结构、孔径尺寸、厚度及阳极电压下适合乳腺拍摄的X射线焦点面积。参照单光束仿真结果,确定相邻两X射源间的最优间距,研制出多光束场发射X射线源电子枪。(3)应用有限元分析软件ANSYS对立柱结构的力学性能及动态特性进行研究。使用点质量处理法,对系统的高度调节工况进行验证。结果表明,立柱结构强度及固有频率满足系统运行要求。(4)基于拓扑优化设计方法,对立柱结构进行材料去除。二次设计的立柱质量减小18.61%,各阶固有频率均有提高,达到立柱的轻量化设计目标。(5)对静态数字乳腺断层成像系统模型进行有限元分析,分析结果表明该系统结构满足设计要求。
【关键词】：静态数字乳腺断层成像系统 多光束 场发射 有限元分析 点质量
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;R737.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题的背景及意义13-18
• 1.1.1 乳腺X射线机13-14
• 1.1.2 数字乳腺断层成像系统14-15
• 1.1.3 X射线原理15-16
• 1.1.4 场发射理论16-17
• 1.1.5 碳纳米管阴极X射线源17-18
• 1.1.6 静态数字乳腺断层成像系统18
• 1.2 国内外研究现状18-19
• 1.3 课题来源19
• 1.4 课题主要研究内容19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 静态数字乳腺断层成像系统总体设计20-32
• 2.1 静态数字乳腺断层成像系统原理20
• 2.2 多光束场发射X射线源20-21
• 2.3 数字平板探测器21-23
• 2.4 乳腺压迫器23-24
• 2.5 确定关键参数24-26
• 2.5.1 确定立柱几何参数24-25
• 2.5.2 确定扫描方式25
• 2.5.3 确定高度参数25-26
• 2.6 系统整体结构设计26-27
• 2.7 传动系统方案设计27-31
• 2.7.1 确定传动方式27-28
• 2.7.2 选型计算28-31
• 2.8 本章小结31-32
• 第三章 多光束场发射x射线源CST仿真及结构设计32-48
• 3.1 X射线焦点面积意义32-33
• 3.2 固定阳极成像条件33
• 3.3 CST粒子工作室简介33-35
• 3.4 单光束仿真35-44
• 3.4.1 聚焦极1孔结构分析35-39
• 3.4.2 聚焦极1孔径尺寸分析39-41
• 3.4.3 聚焦极1厚度分析41-42
• 3.4.4 阳极电压分析42-44
• 3.5 多光束仿真44-46
• 3.6 多光束场发射X射线源结构设计46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 立柱有限元分析48-59
• 4.1 有限元分析理论48-51
• 4.1.1 结构静力学分析48-49
• 4.1.2 结构动力学分析49-51
• 4.2 立柱有限元分析51-55
• 4.2.1 静力学分析51-53
• 4.2.2 模态分析53-55
• 4.3 工况验证55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 立柱拓扑优化设计59-66
• 5.1 拓扑优化理论概述59
• 5.2 拓扑优化设计数学模型59-60
• 5.3 基于ANSYS的拓扑优化方法60-61
• 5.4 立柱拓扑优化设计61-62
• 5.5 改进立柱分析62-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 静态数字乳腺断层成像系统有限元分析66-69
• 6.1 静力学分析66-67
• 6.2 模态分析67-68
• 6.3 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 参考文献71-74
• 攻读学位期间的学术成果74-76
• 致谢76

【参考文献】

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1 甄龙信;滕晓雷;;矿用自卸车车架有限元点质量分析方法[J];机械设计与制造;2013年08期

2 陈W

本文编号：390583