Development of compression paddles of mammography device

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Koneensuunnitteluoppi
Mcode
Kon-41
Degree programme
Language
fi
Pages
76 + [2]
Series
Abstract
Mammography is a branch of medicine, which focuses on examining breast tissue for tumours using radiography. During the imaging process, a mechanism in the mammography device flattens the examined breast between a compression paddle and a breast support. Compressions paddles are roughly shovel haped assemblies comprising of mounting, frame and plate parts. Different types of paddles can be mounted on the mammography device depending on the specific imaging situation and needs. The practical part of this research aims at studying the design weaknesses of compression paddles of two currently marketed mammography devices and finding ways to improve their cost effectiveness, quality and reliability through means of design and manufacturing changes. The theoretical part of the study introduces a new simplified and cost-effective design concept in which the flaws of the current generation of compression paddles have been corrected. The aim of the redesign was to reduce the manufacturing costs of two high volume compression paddles of by changing the raw material of their machined aluminium frames from industry standard billets to cast performs. The issues related to durability and image quality of flexible paddles were amended with improvements in the flexible mechanism. In addition, the simplification of the paddle sliding mechanism was investigated using DFMA methodology. Alternative ways to revise plates in order to reduce tendency to crack was studied as well, and the improved models were weighed against the original design using static finite element analysis. The theoretical paddle concept was modelled with mechanical CAD tools and the benefits of the proposal were compared to the mechanical structure of the current paddles. The results of the design process show that the casting conversion resulted in significant cost reduction and, based on preliminary field reports, the problems with flexible paddles have been tackled. As a consequence of the simplification and integration research the part count and assembly time of the sliding mechanism can be reduced by one third. The results of the finite element analyses helped to find ways to relieve the internal stress of plates by redesigning the tips of the mounting flanges in a manner that does not disrupt compatibility with current frame designs. The paddle concept proves that the functionality of the current paddle product range can be achieved with less components and assemblies and at the same time reduce weight and simplify the design of the paddles.

Mammografia on lääketieteen ala, jossa rintakudosta tutkitaan mahdollisten syöpäkasvaimien löytämiseksi röntgensäteillä kuvaamalla. Kuvaustilanteessa mammografialaitteessa oleva koneisto painaa tutkittavaa rintaa puristuskaukalon avulla tasomaiseksi kuvaustelinettä vasten. Puristuskaukalot ovat kiinnitys-, varsi ja lautasosasta koostuvia lapionmallisia ulokkeita, joita voidaan tarvittaessa vaihtaa laitteeseen kuvaustilanteen ja tarkoituksen mukaan. Työn konkreettisen osuuden tavoitteena on tutkia kahden markkinoilla olevan peräkkäistä tuotesukupolvea edustavan laitteen kaukaloiden heikkouksia, sekä kehittää niiden kustannustehokkuutta, laatua ja luotettavuutta valmistus- ja suunnitteluteknisin keinoin. Teoreettisessa osuudessa kehitetään mahdollisimman yksinkertainen ja kustannustehokas kaukalokonsepti, jossa nykyisten kaukaloiden rakenteelle ominaiset ongelmat on ratkaistu. Suunnitteluprosessissa kahden valmistusvolyymiltään suuren kaukalon valmistuskustannuksia pyrittiin alentamaan muuttamalla alumiiniset, levytavarasta koneistetut, runko-osat valuaihiopohjaisiksi. Lisäksi joustavien kaukaloiden kestävyys ja kuvanlaatuongelmia korjattiin kehittämällä joustomekaniikkaa. Kaukaloiden liukumekanismin yksinkertaistamista puolestaan tutkittiin DFMA-metodiikalla. Lautasten halkeiluongelmien hillitsemiseksi kehitettiin vaihtoehtoisesti muotoiltuja kehitysmalleja, joiden eroja alkuperäiseen vertailtiin staattisilla FEM-analyyseillä. Teoreettinen kaukalokonsepti luotiin käyttäen CAD-mallinnustyökaluja, ja ehdotelman tuomia etuja verrattiin nykyisten kaukaloiden mekaaniseen rakenteeseen. Suunnitteluprosessin tulokset osoittavat, että kaukaloiden valumuutoksilla saavutettiin merkittäviä kustannussäästöjä, ja alustavien kenttäraporttien mukaan joustavien kaukaloiden ongelmat ovat myös korjaantuneet. Yksinkertaistamis- ja integroimistoimenpiteiden seurauksena liukumekanismin osien määrää ja kokoonpanoaikaa pystytään teoriassa vähentämään kolmanneksella. FEM-analyysien tulosten perusteella löydettiin tapoja vähentää lautasten sisäisiä jännityksiä muotoilemalla kiinnityslaippojen päitä uudelleen säilyttäen samalla yhteensopivuus nykyisten runko-osien kanssa. Kaukalokonsepti osoittaa kuinka nykyisen kaukalovalikoiman toiminnallisuus voidaan toteuttaa pienemmällä määrällä erilaisia osia ja kokoonpanoja samalla keventäen ja yksinkertaistaen kaukaloiden rakennetta.
Description
Supervisor
Juhanko, Jari
Thesis advisor
Suni, Jarmo
Keywords
mammography, mammografia, compression paddle, puristuskaukalo
Other note
Citation