医疗加速器治疗床以及旋转臂的受力分析

　　1引 言

　　医用加速器是诸多治疗手段中极为重要的一环。近年来，尤其是适形和调强治疗方法使癌症放射治疗的治愈率和有效控制率明显提高，放射治疗使某些早期局部性肿瘤获得根治。治疗床是医用加速器的重要组成部分，它用于支撑病人，包含多个运动自由度，能最大限度地实现对病人的摆位要求，方便医生将病人的病灶置于辐射区内进行治疗。治疗床整体绕等中心的公转运动与主机架的旋转运动相结合，使得辐射束可以从任何方向射入病灶，配合多叶光栅实现适形和调强治疗。

　　治疗床的升降运动、纵向运动、横向运动、公转运动均具有手动和电动两种工作方式。它既要方便患者上下床又应使患者的病灶能准确地进入机器的射线束辐射区(以机器的固定的等中心点为中心的一个区域)。为了使治疗床完成预定的功能，国际标准IEC和国家标准对治疗床规定了近二十项技术标准，包括：运动精度、刚度、强度等要求。

　　2 分析过程

　　ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer，NASTRAN,SolidWorks，I-DEAS，AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。

　　分析过程分为：建模、划分网格、求解、后处理等过程，前两步是将实际问题转化为计算机模型的重要步骤，也是分析成败的关键。在建模中，直接将SolidWorks绘制的三维模型导入到Ansys中进行分析，这样做可以在保建模准确的同时，节省分析时间。由于实际的旋转臂及治疗床的载荷分别为医疗加速器治疗头、病员，存在形状复杂，而且其外形对分析结果影响较小，因此，在将SolidWorks 模型导入后，在 Ansys 中采用简化模型代替实际的载荷。分析中采用 SOLID187 单元，在分析中全部载荷是以重力形式出现，而在 Ansys 中重力是作为惯性力处理，因此通过定义向上的加速度的方法实现载荷的加载。在网格划分中，为了获得较高的网格质量的同时，减少分析计算的时间，对应力集中区域的网格进行了加密。

　　3形变分析

　　除了公转外，任何一个方向的运动在有载荷情况下都会产生弹性变形，且其变形相当大。治疗床的纵向刚度涉及到治疗床的各个子系统--公转运动系统、升降运动系统、横向浅运动系统、纵向运动系统和床面系统，也就是说这些系统都在影响着治疗床的纵向刚度。治疗床的纵向刚度的计算如下：

　　采用 Ansys 有限元模型进行计算，按极端的情况考虑，等效的模型如图1所示。