机械设计制造及其自动化本科毕业设计说明书-螺旋扫描影像系统设计

本科毕业设计（论文）题目 螺旋扫描影像系统设计姓 名 刘XX 专 业 机械设计制造及其自动化学号 20143XXXX指导教师 郭XXXXXX科技学院机械工程学院二一八年五月目录摘要IAbstractII前言第一章序论11.1课题研究背景11.2国内外研究状况与发展趋势11.3课题的设计目的31.4设计的基本要求4第二章螺旋扫描影像系统分析62.1扫描部分62.1.1扫描机架62.1.2高压发生器82.2扫描床82.3计算机部分92.4图像显示及存储部分92.5操作与控制部分102.6其他装置部分102.7系统方案的确定11第三章螺旋扫描影像系统的结构设计133.1结构设计的整体方案133.2扫描系统结构设计133.2扫描床的设计143.3电机的计算选型153.3.1伺服电机简介153.3.2伺服电机工作原理和分类163.3.3伺服电机计算17第四章螺旋扫描影响系统的三维建模224.1简述solidworks三维软件设计技巧224.1.1solidworks草图绘制过程224.1.2 solidworks常用草图实体工具224.1.3草图尺寸标注234.1.4零件基础特征244.1.5标准件的建模254.1.6装配体配合264.2扫描部分三维建模274.3扫描床部分三维建模294.4总装图建模29总论.34致谢31参考文献33螺旋扫描影像系统设计螺旋扫描影像系统设计摘要如今影像和医学技术设备发展迅速，在医学领域中的地位它们已经变得越来越重要，而这两种技术的发展壮大，已在某种层面上领导着医学发展浪潮中的相当流行的走向，并且驱动着医学的大力发展，尤其是放射学的逐步出现，引导了放射学从单一的诊断转变成既有治疗并且有诊断的两重方面，并且在整个医学界中占有了相当重要的地位，逐步成为了与内外妇儿并齐的临床医学科。从21世纪看，影像和医学这两门学科必将得到更全面、更优质及更快捷的发展，也一定会对人类的康健贡献出更优质的服务。尽管CT发展迅速，每代CT都有其各自的特点，但最基本的工作原理部大致相同。都是当X线穿透人体时，因光电吸收和康普顿散射等原因会产生衰减，其衰减程度受密度(原子序数)及厚度等因素影响。对同一厚度而言，则衰减只受被扫描体密度(即原子系数)影响。也就是说，X线经人体衰减(调制)后，携带了人体的密度信息，密度大、衰减多，反之则衰减少。衰减后的X线照射到探测器，再由探测器转变为电信号，信号强弱与X线能量成正比。此论文通过对螺旋扫描影像系统的设计，了解并学习当前螺旋CT机的改革和创新，加上本人已有的相关专业知识，还有针对螺旋扫描影像系统更加进一步的优化创新，使伺服电机带动滚珠丝杆进行运动来进一步实现检测床的位移，而无刷直流电机为大小齿轮提供动力进一步实现球管的320旋转，旋转支架围绕旋转轴也可进行前后的摆动，实现正负30的旋转运动。关键词：螺旋扫描；CT； 影像系统； 医学影像DESIGN OF SPRIAL SCAN IMAGING SYSTEMAbstractWith the development of medical imaging technology and equipment, its position in the medical field is becoming more and more important. The development of medical imaging technology, in a sense, represents a hot trend in the trend of medical development, and promotes the development of medicine, especially the emergence of interventional radiology, which makes the radiation from the simple diagnosis. It has double functions of diagnosis and treatment, and occupies a pivotal position in the field of medicine. It has become a clinical discipline parallel to women and children. Looking forward to twenty-first Century, medical imaging will get faster, better and more comprehensive development. It will make greater contributions to human health. In this paper, through the design of spiral scanning imaging system, we learn and understand the development and innovation of the spiral CT. In addition, we optimize the design of spiral scan imaging system, use the servo motor to drive the wire rod drive to realize the displacement of the detection bed, and use the target ring of the spiral scanning system to realize the 320 degree rotation of the ball. The target ring and bracket can be rotated integrally to achieve positive and negative 30 degree rotation motion.Keywords:spiral scan ；CT imaging system； medical imagingIV前言CT 机从一九七零出现以后,努力研发更为先进的产品成为了世界各国生产厂商持有此专业技术的首要任务,所以致使了产品技术的快速更新,这些年中螺旋式扫描技术,滑环技术，宽探测器多层采集螺旋CT的快速发展,引导了CT技术的测检达到了一个更高层次的境界。其最基础的定义，即是在扫描进行的同时，患者跟着扫描床板进行匀速运动，伺服电动机的转子的功用就等于是探测器及球管组，针对病患的身体器官进行连续并快速的围绕旋转，数字的不间断收集由探测器组负责，而X射线的射出由球管负责。像这样进行了一些周之后的扫描，轨迹的螺旋形状便由球管针对病患表面身体所进行的运动来形成，CT机螺旋容积扫描便由此得来。技术的滑环性质是施行螺旋扫描的重要点，我们已经知道，电缆承担了一般螺旋扫描影像的信号和电力递达，球管在扫描时进行运动的周期重复，而进行缠绕运动则由电缆部位来完成，在提高扫描速度方面，有了很大的限制。同时制约了大规模的数字接收。而先进的技术的滑环性的突破性进展，而且扫描速度大幅度提高，图像质量有了质的飞跃。技术的滑环性质最重要的地方体现在：(1)高压发生器不仅在体积上小巧，而且技术的中频性也有应用的体现，于扫描系统内和C球管一起固定，在运动上和系统同步旋转。(2)另一方面，滑环做快速旋转运动来使负责传送数字的电缆和负责传递电力的系统零件得到了取代。滑环的定义，其形状是同心环。旋转装置的其中一个固定件就有它，而且和机器的控制部分及探测部分，电路的检测控制部分相通。还有，滑道里面会有碳刷，碳刷的定位性会使其和滑环在结合上密不可分，由此扫描运动的进行，会导致系统和滑环同时进行旋转运动，滑环也会接收信号并且数字的运输是由滑环部分中的一面和系统相连的部分来完成。数字的运输任务也会分配到各个滑道。数字会和碳刷中的滑道进行贴合的联系，数据处理系统就会很快的精准接收。因为数字的运输经由的是非电缆渠道并且由闭合环来相契合，技术的滑环性由此而来。1第一章序论1.1课题研究背景在图像设备的早期应用阶段，X射线的优点就有体现。人们一直对自身人体内部结构怀揣好奇心，而X射线正好能够窥探，由此使从事医疗研究的人员看到了希望。九十年代后的一些年里，快速更新的技术有不少，其中就包括使用X射线拍照，还包括拍照使用断层技术等。但是，此类普通X射线的投影成像理论是把三维病患结构成像于二维平面里，所以整个投影系统的功能并不完善。并且对人体的软骨窥探能力也有较大欠缺。自一九五零年后，投影技术在医疗领域高速革新，更为先进的投影技术也先后浮出水面。在一九七零年的前几年，医疗投影技术的顶峰期实际上是被电脑断层技术所引导。截止至一九八零年，更是产生了很多断层投影技术，撇开X射线先不谈，还有例如单光子以及磁共振等。大量先进技术的发现使医学界人员临床面对病患更有信心，并且对病患的病灶部位也窥探的更为清楚。同时医院所有图片里，使用X射线拍的达到了百分之八十，如今医院的图片龙头输出就是它。而一九五零年前，X射线设备实际已经存在了很大的问题，图片的成像率也非常差。但于一九五零年后，在图像的清晰率方面得到了大大提高，至此却造成了另外一个缺点，即病患在辐射量方面得到了限制。而现如今X光电视系统的问世，更是使医疗工作者不用耗费大量精力就能使病患在辐射量方面得到了降低，使病患仅以微小的辐射代价就能收获满意的检查结果。如今在医疗界已普及使用扫描影像系统，一方面使临床工作人员对人体内部结构窥探的更清楚，另一方面也对其治愈病患给予了强大的信心，给医疗界技术人员带来了福音。由此可以看出基于扫描系统的诸多优点，医学界对于扫描影像系统的后续发展将势在必行。1.2国内外研究状况与发展趋势1971年第一台CT机问世，开创了医用影像系统的先河，当时的CT机仅为头颅影像机，在1974年CT机的可检测范围扩大到胸、腹、脊柱等躯体。而且透视CT的壮大历史在持续时间上也相当长，共持续了五代。第一代采用旋转平移的方式，进行扫描和搜集资料，其X射线发射器较少，其使用效率不高，影响像素也不高，不够清晰，经历一个完整检测时间很长。第二代较第一代改变较小，只是将X射线发生器改为扇形，其数量增加到30个扩大了影响范围，但其画面质量仍然不高。第三代射线发生器数量达到300-800个，并可以和射线管做相对的旋转运动，其效率提高很多。第四代射线发生器数量达到1000-2400个，其工作效率已经很高，且射线管可以围绕患者旋转，增加了透视影响的范围。第五代中来产生射线的部分主要由电子管承担，针对病患心脏进行投影，并且其工作效率也大大提高。我国自七十年代左右自国外引入，可以想象当时CT机在医疗界的稀缺性，自八十年代我国CT设备总数为三十台左右，截止到广泛使用就已经到了九十年代初。到九十年代中期有很多医院为节省开支甚至购买别人使用过的设备，由此导致CT设备在全国大部分地区已广泛应用。由于CT设备在本国使用的长期性，使其对其他医药领域设备的改革创新影响备至。如今CT设备改革创新的速度十分惊人，截止至目前，有四到五类功用等级的型号于本国大量医学院被改良进而达到更高科技化。配备二到五台CT设备在拥有先进医疗设备的医院中已不足为奇。而至九十年代往后，本国才意识到CT设备有可能存在缺陷并且各大医院开始对其进行验查；相关联部门由此实施了三到四次的核对，结果发现缺陷比例确实不小，因为上限已达到百分之九。现在虽然国内医院CT设备配备很多，在范围上也很大，有些医院却还在使用从别处购买的已经别的机构使用很久的CT设备，并且据统计百分率还不小。这样做的结果是影响医疗人员对病患的检查质量，所以改良设备的任务就成了当务之急。透视系统和透视床是一个密不可分的整体，透视床的发展促进了整体透视设备的发展，一个多自由度的透视床可以使透视设备自动化水平更高，所以说一个透视设备的更新换代必须经历透视用床的更新换代。螺旋CT设备过人的优势在于：转动的单向和不间断性是其扫描的独特之处。射线束仍为大扇束。其持续时长一般为1秒，而、但其和多层螺旋设备相比又稍显逊色，因为其时长能快到只有0.37秒，由此可见多层螺旋设备更为超前。令我们料想不到的是：多层螺旋CT其高速的扫描速度只是其优点的其中一个方面，另一方面还体现在其内部零件的制作上，譬如探测器采用了先进的罕有的原材料。首先在扫描机射出的射线束角度和材料方面：多层螺旋CT扫描机和以往的非螺旋CT扫描机相比较虽没有具体的变化却改用了超高速的稀土陶瓷材料来增强有效的射线使用率，在实际效果方面上将射线的有效使用率由比较低的50%渐渐提高到了99%；然后在扫描层面上多层螺旋机更是有着单层螺旋机不可比拟的优势，因为单层螺旋机在扫描过程中仅仅为每次一层，可是在多层螺旋扫描机中每次扫描由4、8、16、64层犹如“指数爆炸”般的增长，大大提高了医疗诊断的准确率；紧接着多层螺旋CT覆盖面积大范围广扫描速度快、能基本胜任人体任何器官的成像要求等显著优点，无论是在技术还是理论层面都远远优于普通的单层螺旋机；最后通过结合扫描层高数量和扫描通道范围大的特点已经基本满足像心肺、心脏等一系列动态人体器官具体成像的要求水平。在CT成像原理和结构以及CT造影剂的药理与应用方面，重点说明CT质量控制要求和扫描的水平。颅脑五官部分包括15章。身体部分包括颈部、腹部、四肢关节软组织、脊柱以及盆腔等共十八章。各个章节重点介绍各系统与器官疾病的CT表现、诊断与鉴别诊断。突出常见病，尽量包括少见、罕见病。随着计算机的发展数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影现阶段，用于数字摄影的探测系统有以下几种:（1）促使增感屏受激发来制作出荧光的拍照设备电脑X射线拍照设备（computer equipment about Xray.）。（2）硒鼓探测器。（3）能够达到蕴藏及递达电荷讯息的探测器装备。（exploring equipment）1.3课题的设计目的布加综合征现阶段大部分是根据影像学方面有关技术来作为检测和确诊的主要手段。在世界范围内以现在公认的“黄金比”准则数字减影血管造影（Digital substraction angiography，DSA）。本文以“DSA”检测结果为主要参考依据，通过对检测方式的优良与不足来具体分析和探讨CT、超声的不同，以达到对BCS的临床诊断治疗工作有着高效具体的指示和显著效果的目的。当今大数据时代，我们通过对比大连医科大学附属第一医院由2002年上旬和中下旬近十个月的数据分析发现：在临床上发现类似患有BCS病人数量为82例，且患例都进行了CT、超声和血管造影方面的检测，由DSA标准确定的患例数量为68例，其中单纯肝静脉型、下腔静脉型和混合型患例数量分别为2例、46例和20例。通过我们对各个病例型态布加综合征的观察和用具体数据的数字减影血管造影的结论为主要参考依据并且参考各个类型病例在超声、CT影像学的临床表现特征，来精确表现出超声、CT检测结果的敏感和特异程度，以及阴阳两性的结果预测率和准确度；我们使用了社会统计学中使用最为广泛的卡方实验（亦称X2实验）的统计学结果对比来具体表现超声、CT的临床诊疗判断的准确率，已通过此准确率来精确比较分析在诊断布加综合征问题上各自的优劣势。在基本医疗硬件基础上，传统的CT影像设施一定包含主计算机相互连接的低压电缆、以及和扫描机架外高压相连的高压电缆以及主计算机中含有的数据采样和基本分析系统等一列完整的数据系统。缺点：设备在工作时固定限制了病患；图像的分辨率较低；装置比较麻烦。螺旋CT：使老式落后CT设备进一步先进化，在技术上引进了滑环，把扫描设备内部的部件轻松连接并且完全不需要电缆参与。优点：探测器和X射线球管可自由移动，扫描床也会跟着做匀速直线运动,并且中间过程不会卡壳，扫描时长上也令人较为满意。1.4设计的基本要求（1）学会一个三维制图软件，最简单的有Solid works、Pro-E。（2）对螺旋扫描影像系统进行设计。（3）运用三维绘图软件建立三维模型。（4）画二维整体装配图、论文说明书以及一些细碎的零件图，大体上来说要大于等于三张大小为A0的纸。（5）要了解有关此课题的书籍资源大于或等于二十篇，在此包括外文书籍资源至少五篇；文献综述不少于3000字；外文翻译不少于3000字。（6）并且以流畅专业的语句来做至少两万字的毕业论文。第二章螺旋扫描影像系统分析螺旋CT设备相对于第三代CT设备构造容易，由操作者控制台和扫描床和扫描架构成。扫描架主要负责旋转和固定。扫描床负责对病患进行固定。操作者控制台负责对整体装置的控制和信息的不间断联系。图2.1螺旋CT机的主要组成部分2.1扫描部分2.1.1扫描机架扫描机架的基本运作靠旋转和固定来支撑。它实际上就是由无刷直流伺服电动机来带动，旋转和固定的唯一运作区别在于电机组件的不同。直流电动机以它良好的大范围区间的可调节速度及功能的机动性，所以造就了它在现实生活中的大范围应用。换向器及电刷是普通马达都具有的零部件，普通马达的弊端在于运作时会产生电火花，由此会产生强大的噪音和电流阻碍，并且这样会导致修理不易。扫描机架由无刷直流电动机来带动就规避了以上的这些不便，因为本质上它集成了直流和交流马达的双重特性。所以综无刷直流电动机的运作优点所述，扫描机架就由无刷直流电动机来带动。无刷直流电动机工作原理：无刷直流电动机具体运作原理图见下图2.1-1。它的参加绕组的定子会不止由一相构成，此处就以其参加绕组的定子由三相组成的为例进行说明解释：从下图可以看出三相定子绕组分别指的是AABBCC，和它们连接的是负责开关的V1 V2 V3的三个功率开关管部件，即也被称为功率逻辑单元系统。右下角是成120度布局的三个光电器件，分别是VP1 VP2 VP3。它们主要就是用来控制定子绕组件。图2.2无刷直流电机工作原理图由于电动机转子会带动光电器件的旋转，所以电机转子转动120度也会带动光电器件光电器件旋转120度。导致光电器件VP2输出电压和信息，VP1、VP3此时不输出。这样就接通了负责开关的V2，而V1、V3截止。定子绕组BB开始存在电流，方向为BA的电枢磁场会做出顺时针120度的旋转运动，进而带动转子磁场也做出顺时针120度的旋转运动，此时两磁场会相互影响，结果就是使电机转子做相同运动。经过240度的旋转后，VP3开始输出信息，这样就接通了负责开关的V3，结果定子绕组CC开始存在电流，方向为BA的电枢磁场还是会做出顺时针240度的旋转运动，进而带动转子磁场也做出顺时针240度的旋转运动这样循环往复，当转子磁场做出360度的旋转运动后，回归原点，此过程会不间断进行，进而产生转矩，导致电动机转子朝一定方向做旋转运动。图2.3螺旋扫描机架扫描工作方式2.1.2高压发生器其为X线球管供给了恒定的直流高压，球管系统正常运作大概得被提供一百二十千伏到一百四十千伏的直流高压。由于如今科技进步迅速，所以导致其工作状态非常恒稳，占地面积也很小。旧时的老式CT设备，由于其高压发生器和它的扫描机架(gantry)系统并不是一体的，即两个系统组件处于分开状态，所以对它的占地面积无过分限制。但是螺旋扫描影像系统由于其扫描轨迹的特殊性就对高压发生器的占地面积及输出频率有很高的要求。并且高压发生器承担着CT设备紧要的角色，因为X射线球管接头部分便由其供给。并且清楚恒定的图片效果也对高压发生器限定了高规格的条件，具体就是指高压要恒定以及射线产生数量要充裕，所以此时就需具备专门针对这两方面供需的装置设备，具体就是指发生器的系统控制装置。其最基本的部分涵盖了软件和硬件电路设计这两大主要核心组成。但硬件电路的设计并不容易并且需顾及的因素太多，由此导致一般操作根本就无法完成对系统的控制。而且除了上面提及到的，控制装置实际还承担着其他任务。例如当系统运行时对信息的模拟进行跟踪监控。2.2扫描床扫描床的主要功能在于承受病患并且使其均匀被设备扫描，其运动的方式为一般的平行及垂直，病患接受扫描时，高度的合适是确保扫描成功的关键。人扫描孔是用来让病患进入的，并且让病患正好处于已安排好的扫描地点。当进行其他扫描方式例如以断层的方法实施进行，扫描床此时不能做任何位移，扫描过程肯定会产生间隙并且会发生移动，会移动到下一个扫描地点。但若以螺旋扫描的方法实施进行，能够匀速向前和向后是其另一大优势。对于病患来说良好的体检效果才是他们最关注的，所以扫描床的移动精度划分是否足够细致就成了他们关注的焦点。还有躺上去是否舒服他们也很关心。2.3计算机部分CT设备一般由两个电脑系统来主导其运行，一方面由阵列处理器来主导，另一方面由主电脑部分来主导。而主电脑部分对于机器的重要性不言而喻，主要负责以下几项工作：对于执行扫描时有关程序的引导；信号的接收和处理；图片的再次过滤和图片的再加工。而电脑系统的运行速度和内部容积上优势明显也肯定会对硬件配备方面有益无害，这样会对电脑的成像效果大有裨益。鉴于主电脑系统的重要地位，其和MCU、SCU、HCU三个部件使用了I/O接口，来保证CT设备运行的良好性。其主要功能有：(1)扫描监控，存储扫描所输入的数据；(2)CT值的校正和输人数据的扩展，即进行插值处理；(3)图像的重建控制及图像后处理；(4)CT自身故障诊断。阵列处理器最早可追溯到一九六零年，并且是最早的时间。但是由于CT设备对扫描速度，图片是否清晰和数字传递方面需求不低，所以一般电脑根本无法应对，所以得让数字传递能力高的阵列处理器承担这一重担。其和主电脑系统是联系着的，但阵列处理器要和别的部件一起运作才行。2.4图像显示及存储部分在电脑系统过滤生成的图片下，就可以于显示大屏上被相机捕捉住。对于探测器来讲，由于截止到现在变得越发先进。使CT设备的扫描也变的越来越多样化，有各种各样的扫描方向，直至现如今最为先进的螺旋扫描影像系统。因为现代电脑系统的越发先进性，它在图片的生成速度方面便不必过分担心。而其移动执行速度又非常快，所以可大大减少移动触发的伪影。例如，病患会进行呼吸，这样就能使图片的成像方面大大提高;对病患的病灶部位窥探的也会更加仔细。(1)显示器：主要是使CT设备捕捉到的图片显示出来，截止到当今现代应用的都是先进的分辨力强的显示器，以适应高分辨力图像，有些CT设备甚至用了液晶的材质，这样一来显示器就更方便移动和操作。nhg影像园XCTMR.com(2)存储器：就是用来存储图片的地方，而且存储器只是暂时存储图片的地方，主要用来供医疗人员分析和观察病患的疾病信息。2.5操作与控制部分操作台(operator console，OC)实际上就是医疗人员工作的地方。事实上很多流程均是在这里完成，譬如：针对相关参数编排、设置、工作状态中的视察、参数的仔细分析、病患信息的编辑都是于此处进行。其存在两个显示屏，分别用来成像图片和键盘配备，使医疗人员和机器建立连接，但是当今有些CT设备已经非常先进了，最直观的体现就是所有步骤都能一次性承担。而且存在一些CT设备只配备一个显示屏。CT设备配备的显示屏形式五花八门，但都能完成医疗人员和机器建立连接的使命，进而得到扫描的理想效果，也都能使医疗人员窥探扫描的图片，随时知道操作台的状态，在察觉有问题时可以尽快找出解决措施。1其他任务也能够在控制台上实施，例如在扫描时对于其最佳环境的方法的确定。nhg影像园XCTMR.com2再如图片最后的解决方案，具体就是指医疗人员对图片的阅查还有应对方案，例如2D和3D的建模，病患病灶部位的图片分析和CT的具体数字、波及范围的观察，扫描床合适距离的确定诸如此类。图片的传递甚至也有单独的地点去解决，这个单独工作的地点也会有其它图片的再次审阅，审阅设备会有其他电脑系统。3再如照相系统2.6其他装置部分1.X线球管：主要就是承担射线发生器的责任。在超高压的状态下甚至会使X射线直接击穿物体。其经过的物体越多，被物体吸取的部分越多，此时X射线就会变得越来越弱。此射线的大致原理就是这个样子。这样就能使病患在做扫描检查时，是他的病灶部位发生成像，这样胶卷部位也会有颜色变化；日常生活中拍照店里拍照的大致原理就是这样。但是射线经过物体的能力和其减弱的强度也取决于穿过物体的情况，在图片上呈现出的黑白影的条纹的间隙意味着病灶部位的详细情况，如果间隙稠密，说明射线被大量吸取，如果经过的物体数量稀少，光线几乎就得不到反应，图片上就几乎什么都没有；而如果经过的物体数量非常多，光线的反应此时就非常剧烈，图片上黑白影的条纹间隙就非常稠密，射线的吸收情况就非常良好。当正常的身体器官呈现出的黑白影的条纹的间隙波动，说明正常的身体器官可能已经变得不健康。nhg影像园XCTMR.com2.准直器：其主要用来调整X射线，在此零件内部会有一个专门的窗口，用来专门控制X射线的波及范围，但要使其具有专门的形状。准直器本身就是扫描系统的一个零件，所以它的构造并不复杂，可以说容易理解，在医疗使用上更能应用于加速器系统的零件。也能掌握X射线的射出形状，例如使X射线成扇形树状，不仅如此几乎能掌握X射线射出的任意形状。准直器能使X射线得到充分利用。nhg影像园XCTMR.com3.探测器：就是指当X射线弱化后，就会传递到探测器，而探测器就吧信息改变。目前医学界早已存在更为先进现代化的探测器，并且扫描也非常快速。当射线扫描到探测器时，就会开始辐射，进而传递信息。探测器也并不一定总是得到强的信息，得到的信息是强还是弱，因为病患器官的不同位置就是有差别。4.冷却系统:一般扫描架内有两个冷却电路：即X线管冷却电路和电子线路的冷却电路。无论旋转阳极管还是固定阳极管，在扫描过程中均会产生大量的热。一方面会影响电子的发射，更为严重的是靶面龟裂，影响到X线质量，所以冷却是必须的。 X线管用绝缘油与空气进行热交换，扫描机架静止部分则用风冷或水冷进行热交换。扫描机架与外界是隔绝的，所以只有热交换器控制温度。球管和机架内都有热传感器把信号传给主计算机，当温度过高时，则会产生中断信号，机器停止工作，直到温度降到正常范围才可以重新工作。另外，主计算机根据扫描参数的设定预算热量值，当预算值超过正常范围时，计算机会在屏幕上给出提示，操作者可通过修改扫描方案，如缩短扫描范围，降低毫安、干伏，螺旋CT则还可用增大螺距的方法等，直到计算机认可。扫描机架内部温度的升高会影响到电子电路的热稳定性，因此也必须控制温度，一般在1827度为宜。5.滤过器：具有一定能量的电子接近靶原子核附近时，在核电场力作用下会改变运动的速度和方向，电子会因能量的减小而离开碰撞点，在此过程中，该电子能量的损失变为连续的放射。由于每个电子的能量并不一定相等，碰撞方式也不相同，(有的是发生一次碰撞，有的多次碰撞。)因此转变为光子的能量也不相等，所以X线是不同波长形成连续光谱。而CT扫描必须要求X线束为能量均匀的硬射线，所以从球管发出X线必须进行过滤。滤过器的功能：第一，吸收软射线；第二，使射线束变为能量分布均匀的硬射线。2.7系统方案的确定综上对扫描系统的结构组成部分分析，总结出螺旋扫描系统的原理构造及优点，为本次设计选择螺旋扫描的结构提供有力的依据分析。螺旋扫描的原理构造：(1)探测器的使用类别为纵轴多排：不同螺旋扫描影像系统的拥有的探测器数量是不尽相同的，例如单层和多层系统拥有的数量差别就不是一般的大。前者数量只有一组，后者数量高达64组，甚至排列方式都成阵列，但不管怎样，探测器的内部结构并不是一成不变的，而且相当灵活。对于生产厂商而言，可能一个厂商就有一个探测器的生产思路。nhg影像园XCTMR.com(2)准直器过滤后的X射线形状变化：如果扫描设备是属于单层螺旋的系统，准直器过滤后的x射线形状就变得比较单一，一般其形状还是扇形，但是可能将不会太过于厚重。由于其探测器数量比较单一，在此种情况下，X射线的厚度就等于宽度。如果扫描设备是属于多层螺旋的系统，因为其探测器数量并不单一，X射线的厚度就远远小于其宽度，并且在形状上也不在是扇形，而是演化为了其它形状，但是X射线却得到了充分地应用。nhg影像园XCTMR.com(3)数字收取方法的非单一性：螺旋系统不同，数字收取方法的组数就不同。若螺旋系统为单层，则其数字的收取方法就只存在一组。若螺旋系统为多层，则其数字的收取方法就存在很多组。但是不论有多少组，上限只能至六十四。他们在工作时分工明确，互不干涉。nhg影像园XCTMR.com(4)球管的周期性工作实现了图片的大量捕捉：螺旋系统不同，图片的捕捉能力就有差别，若螺旋系统为单层，其最多只能捕捉一个图片。若螺旋系统为多层，则其图片的捕捉数量就存在很多，但还是同上面数字的收取方法，上限只能至六十四。螺旋扫描系统的优点：(1)实现了图片的大量捕捉：螺旋系统不同，图片的捕捉能力就有差别，若螺旋系统为单层，其最多只能捕捉一个图片。若螺旋系统为多层，则其图片的捕捉数量就存在很多，但还是同上面数字的收取方法，上限只能至六十四。nhg影像园XCTMR.com(2) 数字收取涵盖广阔：螺旋系统为多层，其数字的收取方法就存在很多组。这样数字收取就涵盖的更广阔。医疗人员在对病患做检查时对病灶部位也就窥探的更为仔细。nhg影像园XCTMR.com(3)扫描历经时长更让人满意：多层螺旋扫描系统比单层螺旋扫描系统扫描历经时长更短。而螺旋具有的层数越多，肯定历经时长就相应越短。nhg影像园XCTMR.com(4)扫描层宽度变得非常窄：因为数字的收取方法存在64组，这样就大大提高了扫描的效率，扫描就可以更加快速地去完成。nhg影像园XCTMR.com(5)图片的加工能力更好：多层螺旋扫描系统由于扫描层宽度变得非常窄，就可以一起进行多方向的扫描运动。这样后期医疗人员就能得到更为清晰的图片。第三章螺旋扫描影像系统的结构设计3.1结构设计的整体方案扫描装置采用螺旋扫描的形式，使用无刷直流电机作为主要动力单元，其中大齿轮和小齿轮的内啮合并围绕齿轮轴来实现球管的320度旋转，旋转机架围绕轴旋转并且由旋转装置内部提供动力源，即可实现前后正负30度的摆动，扫描床由伺服电机直接带动丝杆传动，两边由线性滑轨来固定。丝杆螺母装在和床板链接的支撑架上，在丝杆的转动下带动扫描床的直线位移，实现2000mm直线距离的移动。图3-1螺旋扫描影像系统整体方案图3.2扫描系统结构设计扫描架主要就是由无刷直流电动机来带动并且在机架内侧装有大小齿轮，其口碑一般在电动机中比较良好，因为它集合直流和交流电动机的方便特性。即构造不复杂而且运作稳定。其主要驱动力就是马达，但同时也附加有推动装置。事实上无刷电动机的存在历史已经相当久远了，在当时就已经被使用的相当普遍。虽然使用的相当普遍，但是并不意味着无刷电机就不存在缺点，而这种缺点以当时的科学发展难以逾越。而后几十年晶体管就问世了，这种更为先进的科学技术使人们的思想得到了超前的进步，结果就是发明了无刷直流电动机。虽然它是初次产生，但是其还是具有优点。但是扫描架的各个方向活动其实还是被电脑控制着。具体会进行哪个方向的活动电脑会给出具体的活动信息。如果想让无刷直流电动机在运作时更平衡，可以配备相关设备来进行监督。当某一零部件出现问题时，要确保此时电源断开。无刷直流电机在本设计中主要作用就是为大小齿轮的啮合传动提供源源不断的动力，进而实现任务书的要求能够使球管旋转320度。图3.2扫描系统结构图1.靶环支撑 2.靶环3.电刷4.支撑架3.3扫描床的设计扫描床主要实现2000mm的直线位移运动，选用的结构形式是电机带动丝杆做旋转运动，丝杆上装有的丝杆螺母在丝杆旋转力的作用下，实现直线位移运动，其中扫描床和底板的链接处有导轨和滚珠滑块的结构形式，实现床的滑动运动。图3.3扫描床的结构示意图3.4电机的计算选型3.4.1伺服电机简介伺服电机和无刷直流电机一样，都是发动机。它们都是在机器中掌握着零部件的运作。但是前者有着后者不可比拟的优势，因为前者在定位方面很精准，伺服电机对零件的制约引导能力特别突出。因为一旦它接收到了信息，就能在机器中马上控制零部件的运作，所以它的灵活度也特别的高。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。具体如下图所示：3.4伺服电机结构图3.4.2伺服电机工作原理和分类伺服电机能够引导零部件的运动，所以本质上也就是说伺服电机能够针对零部件的所在地点，运动方向和当前状况给定指令，进而使零部件按照预先给出的既定指令进行运动。而判断零部件的具体位置由脉冲来完成。当脉冲信号传至伺服电机时，伺服电机会根据脉冲发出的具体信号信息做出一定的运动，由于伺服电机带有固有的产生脉冲信号的特性，因此其做出运动的次数和其产生脉冲信号的次数是一直成正比的，由此可见两者互相同步，互相依存。伺服电机并不是一种，其有直流和交流之分。当今社会交流类别更受青睐。1、直流伺服直流伺服稍微的优势在于：在机器构造上并不复杂，便于人们操作。一旦运用到系统上，我们就需要顾及现实问题了。比如说其内部有转换方向的零部件，这样就导致直流伺服花钱太多，也不利于后期的定期维修，由于碳刷会附带电火花，这样就会导致存在磁场扰乱。另外碳刷也不能无限制使用，需要定期更换以保证直流伺服电机运作的高效性。转换方向的零部件工作本领强弱，也会对直流伺服运转的快慢有影响。刷子是否存在也是其另外一大亮点。附带刷子的电机可能花费不会太多，在内部构造上也不会太复杂，对速度区间的可选择性也不会小，唯一一点就体现在，还是上面已经提到过的：需要顾及现实问题：比如说其内部有转换方向的零部件，这样就导致直流伺服花钱太多，也不利于后期的定期维修，由于碳刷会附带电火花，这样就会导致存在磁场扰乱。另外碳刷也不能无限制使用，需要定期更换以保证直流伺服电机运作的高效性。转换方向的零部件工作本领强弱，也会对直流伺服运转的快慢有影响。因此对于低消费的人群可能是较好的选择。不附带刷子的电机往往占地区域不大，比较可观。而且也不会太沉，在旋转时非常有劲，反应也非常灵敏，运动时过渡也比较自然平衡。劣势在于：但并不易使其转换方向。优势在于：维修方面不必考虑，非常省心。工作运转速度方面诗人满意，而且不必担心因过度产热对机器造成负面影响，在使用时间上也不会短，对周边工作条件要求也不高。2、 交流伺服交流伺服存在同步和异步的区别。但毋庸置疑，当今社会同步伺服应用非常普遍，异步伺服少有应用。但不管是同步和异步中的哪种，编码器其精度实际上就和电机的精确度成正相关。特点如下：1、同步电机引导运作的能力相当出色，自开始至要求的速度耗时不到一秒；但一样的环境时异步电机绝对达不到。2、启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。l 3、一样的环境时异步电机占地区域不大、而且不会太沉易于搬运。l 4、运行效率高。l 5、可支持低速长时间运行。l 6、断电无自转现象，可快速控制停止动作。7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。3.4.3伺服电机计算1.电机转矩电机转矩，就是指伺服电机具体在做旋转运动时能够产生有多大的劲。力矩本质上又是转矩的一个分支，其于物理学里说法为：力矩= 力 力臂公式里的力臂，即能理解为系统在电动机的引导下运动时所产生的半径的数值。假设在电动机的引导下运动时所产生的半径的数值不够大，这个系统便无法正常运作，即指电动机所产生的力气太小。假设我们是采用滚珠丝杆使工件做平行移动：假设：负载速度：检测物体质量： 100kg 移动块质量： 25kg滚珠丝杆直径：滚珠丝杆节距：摩擦系数：机械效率：减速比：R=1力矩=力力臂把负载转矩转化到电机轴上的公式为：TL=umg.Pb2=0.2（25+100）9.80.0123.140.9=0.43N.m (3.1)2.负载的转动惯量就是指系统在运动时所产生的惯性：如果惯性小系统的运动状态就非常容易发生变化。同样道理，如果惯性大系统的运动状态就非常不容易发生变化。物体在运动时所产生的惯性直接左右伺服电机的速度大小的情况。物体在运动时所产生的惯性对伺服电机在运动的精确能力，运动是否平衡，做出反应的快慢等等方面均会产生作用。如果惯性非常大，肯定就会不利于控制，在反应速度方面也不会快，在速度非常快时就有很大的噪音，在运动的精确能力，做出反应的快慢等方面肯定也不利。所以不建议物体本身的惯性太大。物体本身的惯性太大只会有适得其反的效果，所以我们实际操作时就要考虑到物体在运动时所产生的惯性对整个系统是否会产生负面作用。这些负面作用是否还在整个系统能承担并使之能正常运作的范围内。负载惯量计算公式：式中：J1-转动惯量m-负载质量（检测物体+载物台）-滚珠丝杆节距代入数据：(3.2)假设：滚珠丝杆转动惯量：联轴节的转动惯量：则总的负载惯量：选择电机时要考虑惯量匹配：即负载惯量不大于转子转动惯量的5倍。3、负载功率负载运行功率：式中：-负载运行功率-额定转速，取3000 rpm-负载转矩代入数据：(3.3)负载加速功率：式中：-加速时的负载功率-额定转速，取3000 rpm-负载的转动惯量-加速时间，取0.1s代入数据：(3.4)4、选型条件1、 惯量匹配2、 转矩3、输出功率根据松下电机伺服样本选择型号为MHMA系列大惯量交流伺服电机。其具体参数如下表：MFMA系列（中惯量） MHMA系列（大惯量）额定功率（KW）0.40.70.511.5234额定转矩（N.M）1.93.577.1511.816.62.3414.318.8最大转矩（N.M）5.310.721.530.444.1614.421.528.542.956.4电机惯量不带制动器2.4551.6142642.96294120带制动器2.710.921.545.355.767.9100126额定转率rpm2000 2000最高转率rpm3000 3000制动器DC24V电源（外备）无极性解码器2500P/R增量式、17位增量式共用使用环境温度（使用时）：0无冰冻；（保存时）：-20无结露。湿度（使用、保存）； 85%RH以下（无结霜）耐震：5G以下防护等级IP65（必须使用防油圆柱插头）表3.1松下伺服电机样本参数表第四章螺旋扫描影响系统的三维建模4.1简述solidworks三维软件设计技巧SolidWorks这种三维设计软件，使越来越多从事机械行业的相关制图人员得到了便利。因为直观简洁操作的特性，一直在整个软件中不停地进行体现。更让人们惊叹叫绝的是：如果3D总装图和零件图已经成功完成的前提条件下，能把3D总装图和零件图一次性转成2D总装图和零件图。我们可以想象这样无疑就为从事机械行业的相关制图人员提供了大大的便利，给他们带来了福音。也使得他们的工作效益增加了不少。SolidWorks建模操作的多样化，甚至会超过制图人员的想象。而在尺寸标注和画图上，更可以以非常快的速度直接生成全面的、合乎情理的图。4.1.1solidworks草图绘制过程（1）进入草图绘制界面单击标准工具栏上的【新建】按钮。新建SolidWorks文件对话框出现。单击【零件】按钮，然后单击【确定】。（2） 确定绘图基准面会有三个画图基准面来供设计者使用和选择，例如右视角、前视角和上视角，设计者可以根据自己的需求使用和选择。（3） 绘制草图单击草图绘制工具栏上的草图实体工具进行草图绘制。（4） 为草图实体标注尺寸。4.1.2solidworks常用草图实体工具图4.1草图实体工具图（1） 草图实体工具直线、圆、椭圆、弧线、矩形、圆角、倒角、多边形、样条曲线（2） 剪裁和延伸：剪裁分为强劲剪裁、边角、在内剪除、在外剪除、剪裁到最近端。延伸可将草图实体实线、中心线或圆弧等延长到指定的元素。（3） 镜像：镜像实际上就是指把草图的需要使用的地方复制至相反的方向，并且这两个地方肯定在平面布局上成轴对称。（4） 草图阵列：实际上还是指把草图的需要使用的地方复制，但这次不是相反的方向了，而是根据设计者的具体需求，把它照着设计者想要的排列方式来布局。（5） 等距实体实际上还是指根据设计者的具体需求把草图上的直线、圆环等图形照着规范好的长度使它们之间长度相等。（6） 转换实体引用主要就是把3D图需要的面进行投影的端面投影，进而就有了投影草图方便设计者使用。4.1.3草图尺寸标注以智能尺寸此指令完成尺寸标注，在此过程中，可也能对尺寸的标注方法进行完善。尺寸的标注方法中就囊括了多种形状。例如线性形状、角度和圆弧形状等等。而对于机械制图人员来讲，画完图后标注尺寸是必然要经历的一步，针对设计者