輕便多功能X線升降攝影床的研制與應(yīng)用探討

楊志杰，陳 凱，李天然，陳玉輝

輕便多功能X線升降攝影床的研制與應(yīng)用探討

楊志杰，陳 凱，李天然，陳玉輝

目的：研制一種X線攝影床，將其與胸片架整合為一個整體，使無線數(shù)字平板探測器的應(yīng)用范圍從原來的床邊X線攝影擴大到常規(guī)數(shù)字X線攝影領(lǐng)域。方法：采用腳踏卡板方式固定X線攝影床交叉升降結(jié)構(gòu)的高度，采用滑輪與滑軌結(jié)合的方式實現(xiàn)攝影床面水平與垂直狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，采用滑框裝載、滑框與滑軌結(jié)合的方式實現(xiàn)無線數(shù)字平板探測器在攝影床面下的移動，采用固定孔槽的方式固定滑框的位置。并經(jīng)應(yīng)力試驗，分析攝影床的負載穩(wěn)定性。結(jié)果：輕便多功能X線攝影床實現(xiàn)了X線攝影床與胸片架的整合，大幅度提高了床面的升降速度，使無線數(shù)字平板探測器能方便地應(yīng)用于所有常規(guī)X線攝影。結(jié)論：與原有的X線攝影檢查床及升降床對比，實現(xiàn)了攝影床、胸片架、升降床的有機整合，達到了一床多用，大幅提高了無線數(shù)字平板探測器的應(yīng)用范圍及利用率。

X線攝影床；胸片架；無線數(shù)字平板探測器；升降床

0 引言

現(xiàn)有的X線攝影裝置中，攝影床、胸片架均為分離排列，位置固定，占用空間大，出于操作方便考慮，攝影床的最低高度普遍在70 cm左右，不利于搬運患者[1-6]。為了拓展無線數(shù)字平板探測器（以下簡稱探測器）的使用范圍、降低基層醫(yī)院投資數(shù)字化影像設(shè)備的成本，本文特研制一種輕便多功能X線升降攝影床（以下簡稱本裝置）并申請了國家實用新型專利[7]。本裝置采用攝影床與胸片架互相切換的方式充分利用攝影室空間，大幅拓展移動床邊機與無線數(shù)字平板探測器板的使用范圍。

對于基層醫(yī)療單位，具備足夠X線穿透力的床邊X線機與無線通信模式的數(shù)字化X線成像系統(tǒng)及本裝置就可開展包括床旁X線攝影在內(nèi)的所有X線攝影，并適合于有傳染病疫情時在面積較小的臨時隔離機房內(nèi)展開。

1 裝置的構(gòu)造與結(jié)構(gòu)原理

1.1 本裝置的構(gòu)造

本裝置由攝影床面與交叉式升降結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

1.1.1 攝影床床面

攝影床床面由床面、滑軌、滑框、片盒托盤、支撐腳組成。

1.1.2 交叉式升降結(jié)構(gòu)

交叉式升降結(jié)構(gòu)由手搖絲桿交叉式升降擔(dān)架車改裝而成，去除手搖絲桿，改由卡板固定下移動軸的方式固定升降床的高度，在交叉式升降擔(dān)架車載床架的四角加裝4個承重滑輪供床面-滑軌復(fù)合體變換狀態(tài)。

（a）輕便多功能升降X線攝影床托盤側(cè)主視圖

圖1 輕便多功能升降X線攝影床

1.2 結(jié)構(gòu)原理

床面-滑軌復(fù)合體可以在載床架的承重滑輪上向卡板踏相反的一側(cè)滑動，并可以繞一側(cè)的承重滑輪B組做90°旋轉(zhuǎn)，床面可從平行地面水平狀態(tài)變?yōu)榇怪庇诘孛鏍顟B(tài)。滑框通過其下緣的滑輪可在床面與滑軌的間隙內(nèi)沿床面長軸移動，片盒托盤裝載探測器后可插入滑框內(nèi)沿床面短軸移動，采用固定孔槽固定滑框的位置。

1.3 本裝置的使用方法

安裝于交叉式升降床下層的卡板槽在不同的位置卡住升降床的下移動軸可實現(xiàn)床面的高、中、低3個升降高度：將床面降至低位時用于拍攝患者坐或臥于床面時的X線攝影體位；將床面升至中位時用于患者坐于床旁時拍攝上肢的X線攝影體位；將床面升至最高高度，攝影床面從平行地面旋轉(zhuǎn)為垂直于地面成為胸片架，較高的載床架一端可牽引床面-滑軌復(fù)合體增加其作為胸片架的穩(wěn)定性。

2 本裝置的應(yīng)力分析與傾斜仿真試驗

2.1 本裝置的應(yīng)力分析

如圖2所示，攝像床的主要變形零件為載床架、交叉桿以及交叉桿下移動軸，需對載床架、交叉桿和交叉桿下移動軸分別進行有限元建模分析。

圖2 攝像床高位擋的三維結(jié)構(gòu)模型

攝像床處于高位擋時的材料特性：載床架，選用45號鋼，交叉桿和交叉桿下移動軸為鋁合金，其彈性模量E=70 GPa；泊松比λ=0.3；密度ρ=2.53×

單元劃分：在單元選擇時，載床架選用Solid186網(wǎng)格劃分[8]，交叉桿和交叉桿下移動軸為梁單元（Beam188）[9]。

圖3 交叉桿的應(yīng)力分析圖

載荷分析：在載床架上加載載荷F=1 000 N，取F1=250 N，通過圖3計算得到F2=218.75 N，F(xiàn)3= 121N，F(xiàn)4=105.8N，F(xiàn)5=58.5N。

如圖 4～6所示，載床架的最大應(yīng)變?yōu)?.452mm，中部交叉桿最大應(yīng)變?yōu)?3.2 mm。因為中部交叉桿加有加強連接件，實際應(yīng)變小于3mm，交叉桿下移動軸的最大應(yīng)變?yōu)?.14mm，上述加載應(yīng)變導(dǎo)致的攝像床高度差值可以忽略不計。

圖4 載床架的加載應(yīng)變圖

圖5 中部交叉桿的加載應(yīng)變圖

圖6 交叉桿下移動軸的加載應(yīng)變圖

攝像床處于中位擋時，考慮卡板槽和交叉桿下移動軸的配合間隙取2mm，各塑料連接件的變形為1mm，綜合考慮取2mm，各桿變形取2mm。如圖7所示：未加載時，攝像床高度（不包括頂部的平板床高度和底盤高度）為h=加載載荷F=1 000 N后mm。前后差值為13.4 mm。

圖7 攝像床交叉桿幾何關(guān)系圖

綜上所述，當(dāng)在中、高位擋給攝像床施加載荷時，可因交叉桿與交叉桿下移動軸及連接件因素導(dǎo)致床面位置改變，主要由裝配精度低、連接件的強度不夠造成。

2.2 本裝置的傾斜仿真試驗

本裝置在中位擋及高位擋時存在傾斜現(xiàn)象，因此，對床面一側(cè)分別施加不同質(zhì)量以了解交叉桿的變形與卡槽的不穩(wěn)定性，實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 中、高位擋時床面一側(cè)壓力和對應(yīng)傾斜高度表

通過matlab擬合工具箱[10]獲得壓力和傾斜高度的擬合曲線，如圖8所示。其中曲線為高擋時所測數(shù)值連接得到的曲線曲線為其擬合曲線曲線為中擋時所測數(shù)值連接得到的曲線曲線為其擬合曲線。

圖8 中、高位擋時壓力和傾斜高度的曲線擬合

3 臨床應(yīng)用效果

3.1 低位

攝影床降至與普通護理病床相同的最低高度（54 cm），這時攝影床面雖加載質(zhì)量較大，但床支撐腿立于地面可承擔(dān)全部加載質(zhì)量并使攝影床面處于穩(wěn)定狀態(tài)，可避免因交叉桿、卡板槽空隙等造成的床面沉降、傾斜等不安全因素，方便拍攝坐、臥于攝影床面的攝影體位。

3.2 中位

攝影床處于第二高度（70 cm），床的高度與普通X線攝影床大致相同，這一高度主要用于拍攝患者坐于攝影床邊的椅子，僅將需要拍攝部位置于攝影床上的攝影體位，例如頭顱、上肢等質(zhì)量較輕的部位，其質(zhì)量不會導(dǎo)致交叉桿受壓變形而使攝影床面傾斜。

3.3 高位

攝影床升至最高（76 cm），床面豎起可作胸片架用于拍攝立位的各種攝影體位，高位的載床架可穩(wěn)定豎立的床面，使其不易傾倒。

在X線攝影時，采用本裝置可以通過探測器與X線球管來實現(xiàn)患者在體位不變的情況下完成多部位的檢查，降低患者的二次創(chuàng)傷。本裝置亦可僅作升降床，在低位與中位之間切換以用于在護理病床與X線攝影床之間轉(zhuǎn)移患者。

4 討論

本裝置由X線攝影檢查專用自鎖式升降床[2-3]、增強型X線攝影檢查專用自鎖式升降床[4]改裝，將升降床、攝影床與胸片架整合為一體，使探測器的應(yīng)用范圍從原來的床邊X線攝影擴大到所有常規(guī)數(shù)字X線的攝影領(lǐng)域。在升降裝置上保留了原床卡口控制升降床高度的設(shè)計原則，將卡口的位置從下移動軸的兩側(cè)移至中間，較原裝置更簡單、輕便。

圖2～7的應(yīng)力分析與加載應(yīng)變圖顯示，當(dāng)升至高位擋時，載床架、中部交叉桿、下移動軸的加載應(yīng)變導(dǎo)致的攝像床高度差值可以忽略不計；當(dāng)床升至中位擋時，上述零件的加載應(yīng)變導(dǎo)致的攝像床高度差值亦僅為13.4mm，均不影響X線攝影及患者移床操作。

因床面的長度及寬度均大于載床架的相應(yīng)尺寸，當(dāng)施加質(zhì)量于一側(cè)長軸的床緣時，床面會發(fā)生傾斜，但攝影床升至中位擋時，該床面高度只用于上肢骨的檢查，其部位的質(zhì)量大部分低于100 N。從表1及圖3的傾斜仿真試驗可以看出，如對床緣施加小于100 N時，床面傾斜僅在1 cm以下，可以忽略不計；床面升至高位擋時，床面豎起作胸片架用，載床架可牽拉床面使其不會傾倒；當(dāng)需要拍攝患者坐、臥于床面時，攝影床面降至低位擋，有4個支撐腳支撐于地面，故低、中、高擋位均不會出現(xiàn)影響床面穩(wěn)定性的問題。需移動空床時，操作者可在高位擋推動本裝置，不必俯下身體，并且較長的床面與較短的載床架不會阻礙操作者的腿部運動。

當(dāng)本裝置僅作升降床使用時，將患者從攝影床移向位于中位擋的升降床時，兩床面靠攏可能會出現(xiàn)因床面高度不同而產(chǎn)生13.4mm的微小臺階，可將過床易[5]置于兩床之間，一名操作者扶住升降床一端，另一操作者拖動患者所臥的床單，可將患者拖至升降床，其勞動強度大大低于原來需要3名操作人員俯下身托起患者的操作。

5 結(jié)論

本裝置實現(xiàn)了攝影床、胸片架、升降床的有機整合，既可與床旁DR進行整合，在不占用更多空間、不大量增加使用成本的前提下充分提高移動DR板的使用率，亦可僅作為升降床使用，其靈活性及多功能性充分體現(xiàn)了本裝置作為一種影像科備用工具的優(yōu)勢。

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[10]陳楊，陳榮娟.MATLAB 6.X圖形編程與圖像處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

（收稿：2014-01-12 修回：2014-05-25）

Development and application of lightweight multifunction hoist bed used in X-ray exam ination

YANG Zhi-jie1,CHEN Kai1,LITian-ran1,CHEN Yu-hui2
(1.Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Area Command, Putian 351100,Fujian Province,China;2.Center for Physical Examination,the First Affiliated Hospital of Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Area Command,Putian 351100,Fujian Province,China)

Objective To develop a X-ray photograph table integrated with a chest film rack,so as the application of wireless digital flat-panel detector extended to conventional X-ray photograph.Methods The footboard was used to fix the height of the cross lifting structure of the X-ray photograph table,and a pulley combined with a slide rail was applied for the transformation of the table between horizontal state and vertical one.The slip frame integration and the combination of slip frame and slide rail were used to facilitate the wireless digital flat-panel detectormovement under the table.The hole slot was involved in the fixing of the slip frame.Stress test was performed to analyze the load stability of the table.Results The table integrated with the chest film rack had the lifting speed of the table board enhanced greatly, and wireless digital flat-panel detector applied for conventional X-ray photograph.Conclusion The X-ray photograph table realizes the integration with the chest film rack and lifting table,and promotes the application range and utilization rate of the wireless digital flat-panel detector.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：4-7]

X-ray photography table;chest film rack;bedside DR panelwith wireless communications(Wi-Fi);lifting bed

R318.6；TH774

A

1003-8868（2014）08-0004-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.004

南京軍區(qū)醫(yī)藥衛(wèi)生科研基金面上項目（10MA115）

楊志杰（1987—），男，技師，主要從事磁共振序列優(yōu)化及設(shè)計方面的研究工作，E-mail：yzj13860937637@163.com。

351100福建莆田，南京軍區(qū)福州總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院放射科（楊志杰，陳 凱，李天然），體檢中心（陳玉輝）