Optimization of the structures and materials of the tabletop and casing of an operating table

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2005
Major/Subject
Koneensuunnitteluoppi
Mcode
Kon-41
Degree programme
Language
fi
Pages
68
Series
Abstract
This thesis addresses the need to increase the load capacity of operating tables, a significant factor in current market demand. In order for an operating table to compete on today's market, its load capacity needs to be over 200 kg. Load demand will continue rising in the future, and new operating tables should be designed for approximated loads of 300 kg. Another important factor is ease of use, in which the weight of the table and especially the weight of its removable sections play a significant role. One of the reasons why hospitals are paying more attention to the weight of removable parts is the growing proportion of female personnel. The first target was to determine what kind of basic constructions and materials are needed for increasing the load capacity from 180 kg to 300 kg without increasing the weight of the table top at the same time. The second goal was to find out what kind of materials and manufacturing techniques are most suitable and economically feasible for the casing. The first phase of research involved analysing the structures and materials of three operating tables, which revealed that optimization of the strength/weight-ratio of the table top modules, had not been a key priority in their design. A major discovery in the analysis of the casings was that the cheapest and least sophisticated operating table actually had the most expensive casing. As it is impossible to create a completely weightless table top for an operating table, it was necessary to specify a maximum weight for removable sections. Module weights were specified based on calculations of mechanical strengths for new table top sections. Material options were clearly limited by the fact that it must be possible to carry out X-ray imaging through the table top. The comparison of material and manufacturing alternatives for the casing concentrated on cost factors and suitability for small-scale production. New basic structure and material suggestions were proposed for the table top sections based on the results of this analysis. The proposed materials are largely the same as those used in today's tables. The thesis explores the option of using new composite materials, which are well suited in terms of their mechanical qualities, but the material and production costs would be too high for the time being. The chosen structure does not differ notably from today's tables, but the weight can be reduced with a more delicate structure, which was the cornerstone of the design proposed here. As for the casing, today's state-of-the-art table materials are very suitable. This thesis suggests that the manufacturing technique for the table's base casing should be changed to one better suited to small-scale production.

Tämän työn lähtökohtana oli tarve korottaa leikkauspöydän potilaskantavuutta. Suureneva vaatimus potilaskantavuudelle on tällä hetkellä yksi leikkauspöytämarkkinoiden kilpailutekijöistä. Jotta leikkauspöytä olisi tällä hetkellä kilpailukykyinen, sen potilaskantavuuden tulee olla yli 200 kg. Potilaskantavuusvaatimuksen nousua silmällä pitäen uudet leikkauspöydät tulee mitoittaa noin 300 kg kantavuuksille. Toinen leikkauspöydän yhä merkityksellisemmäksi nouseva ominaisuus on käsiteltävyyden helppous. Siihen liittyy olennaisesti leikkauspöydän ja erityisesti sen irrotettavien osien, kuten tasomoduulien, paino. Eräs syy, miksi sairaaloissa kiinnitetään entistä enemmän huomiota käsiteltäviin taakkoihin, on henkilökunnan naisistuminen. Työn ensimmäisenä tavoitteena oli selvittää, minkälaisilla peruskonstruktioilla ja materiaaleilla leikkauspöydän potilaskantavuuden nosto nykyisestä 180 kg:sta noin 300 kg:aan on mahdollista leikkaustason oman painon nousematta. Työn toinen tavoite oli selvittää ominaisuuksiltaan ja kustannuksiltaan sopivat materiaalit ja valmistusmenetelmät leikkauspöydän koteloinnille. Työ aloitettiin kolmen nykyisen leikkauspöydän rakenteiden ja materiaalien analysoinneilla. Ilmeni, että leikkaustasomoduulien lujuus/paino-suhteen optimointi niiden suunnittelussa on ollut pienemmällä huomiolla. Kotelointien analyysin selkein havainto oli, että halvimman ja toiminnoiltaan vaatimattomimman leikkauspöydän kotelointi oli kallein. Koska lähes massatonta leikkaustasoa on mahdotonta valmistaa, oli aiheellista määrittää tavoitteellinen maksimipaino leikkauspöydän irrotettaville osille. Leikkaustason uusien rakenteiden ja materiaalien vertailun lähtökohtana oli lujuuslaskenta. Koska röntgenkuvauksen tulee olla mahdollista tasomoduulin läpi, se rajasi selkeästi materiaalivaihtoehtoja. Koteloinnin materiaali- ja valmistusmenetelmävaihtoehtojen vertailu keskittyi kunkin menetelmän kustannuksiin ja soveltuvuuteen piensarjatuotantoon. Työn tuloksena saatiin leikkaustasolle peruskonstruktio- ja materiaaliehdotukset, joilla saavutetaan työn ensimmäinen tavoite. Materiaaleissa päädyttiin lähes samoihin ratkaisuihin kuin nykyisin käytettävät. Uusiin komposiittimateriaaleihin kohdistui työn aikana odotuksia. Mekaanisilta ominaisuuksiltaan ne olisivat tähän käyttöön hyvin soveltuvia, mutta materiaali- ja valmistuskustannukset kohoavat vielä liian suuriksi. Valittu rakenne ei ulkonäöllisesti juuri eroa nykyisestä, mutta suunnittelun lähtökohtana olevalla tarkemmalla lujuusoptimoinnilla siitä saadaan nykyistä kevyempi. Koteloinnin osalta varmistui, että nykyisen huippupoydän materiaalit ovat hyvin sopivia tarkoitukseensa. Leikkauspöydän jalustan koteloinnin valmistusmenetelmä kuitenkin ehdotetaan vaihdettavaksi paremmin piensarjatuotantoon sopivaan menetelmään.
Description
Supervisor
Ekman, Kalevi
Thesis advisor
Koski-Laulaja, Arto
Keywords
Other note
Citation