CN107102012B - 用于计算机断层扫描系统的开放式鼓形机架 - Google Patents
用于计算机断层扫描系统的开放式鼓形机架 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于机架计算机断层扫描（CT）系统的机架轨包括：旋转变压器的次级侧，以及具有环形滚动表面和环形滑环表面的环形体。环形体与机架CT系统的纵向轴正交对准。环形滚动表面具有径向向外延伸并且与纵向轴正交的法向量。环形滑环表面限定与纵向轴正交的平面，并且包括被部署在滑环表面中的槽。槽被配置成接合旋转变压器的次级侧。
Description
技术领域
本公开的领域一般涉及计算机断层扫描（computed tomography）（CT）系统，并且更特别地涉及用于机架CT系统的开放式鼓形机架（open drum gantry）。
背景技术
一般地，CT机架系统包括：被称为定子的固定部分，以及围绕定子旋转的机架。机架容纳X射线源和X射线检测器组件。定子通过滑环向机架递送电力以操作CT机架系统。
可以使用各种技术将用于操作CT机架系统的电力从定子传送到机架。一种技术利用在定子与机架之间建立机械导电桥的接触滑环。机械导电桥典型地由滑动接触物（诸如例如导电刷）形成。替选地，可以利用被称为旋转变压器的非接触滑环。旋转变压器利用高频电磁场来将定子耦合到机架，用于电力传输。
发明内容
在一个方面中，提供一种用于机架计算机断层扫描（CT）系统的机架轨。该机架轨包括：旋转变压器的次级侧，以及具有环形滚动表面和环形滑环表面的环形体。环形体与机架CT系统的纵向轴正交对准。环形滚动表面具有径向向外延伸并且与纵向轴正交的法向量。环形滑环表面限定与纵向轴正交的平面，并且包括被部署（dispose）在滑环表面中的槽。槽被配置成接合旋转变压器的次级侧。
在另一个方面中，提供一种操作机架CT系统的方法。该方法包括：使用旋转变压器的次级侧为开放式鼓形机架上的X射线源和X射线检测器供电。次级侧被部署在开放式鼓形机架的机架轨的滑环表面的槽中。该方法进一步包括：通过开放式鼓形机架的内部朝向X射线检测器发射X射线信号。该方法进一步包括：使用接合机架轨的滚子（roller）表面的轴承来旋转开放式鼓形机架。
在又另一个方面中，提供一种用于机架CT系统的开放式鼓形机架。该开放式鼓形机架包括：X射线源，X射线检测器，旋转变压器的次级侧，以及机架轨。X射线源被配置成通过开放式鼓形机架的内部发射X射线信号。X射线检测器被配置成接收X射线信号。旋转变压器的次级侧被配置成向X射线源和X射线检测器提供电力。机架轨被部署在开放式鼓形机架的第一端处。机架轨包括环形滚动表面和环形滑环表面。环形滚动表面被配置成接合轴承以支撑开放式鼓形机架。环形滑环表面包括用以接合旋转变压器的次级侧的槽。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所述附图中同样的字符贯穿绘图表示同样的部分，其中：
图1是示例性机架CT系统的框图；
图2是用于供在图1中示出的机架CT系统中使用的旋转变压器的示例性芯的横截面图；
图3是图1中示出的机架CT系统的透视图；
图4是图1中示出的机架CT系统的另一个透视图；
图5是图3和4中示出的机架CT系统的前透视图；
图6是图3和4中示出的机架CT系统的横截面图；
图7是图6中示出的机架CT系统的机架轨的详细横截面图；
图8是图7中示出的机架轨的透视图；以及
图9是操作图1-8中示出的机架CT系统的示例性方法的流程图。
除非另外指示，否则在本文中提供的绘图打算图示本公开的实施例的特征。相信这些特征可应用在包括本公开的一个或多个实施例的各种各样的系统中。照此，绘图不打算包括对于实践在本文中公开的实施例所需要的由本领域普通技术人员已知的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，引用具有以下含义的许多术语。
除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数参考。
“可选的”或“可选地”意味着随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括其中事件发生的实例以及其中它不发生的实例。
可以应用如在本文中贯穿说明书和权利要求所使用的近似语言来修饰任何定量表示，其可能获准变更，而不导致它所相关的基本功能中的改变。相应地，由诸如“大约”、“近似”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值将不限于规定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及贯穿说明书和权利要求，可以组合和/或互换范围限制。这样的范围被标识，并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指示。
接触滑环设备遭受磨损，并且需要频繁的维护或更换。此外，滑动动作导致电刷擦伤，并将微粒污染引入到系统中。替选地，可以在机架CT系统中利用非接触滑环或旋转变压器。非接触滑环需要滑环的两个组件之间的小间隙来有效地传送电力。间隙可以分布在从0.5到5毫米的范围内，并且一般需要两个滑环组件的两个表面的共平面性。在这里认识到：制造和组装用于机架CT系统的这样的非接触滑环典型地是昂贵的，并且此外，维持整个滑环上方的间隙可能是困难的。
图1是具有机架102和定子104的示例性机架CT系统100的框图。定子104包括机架CT系统100的固定组件，其包括为机架CT系统100供电的线路频率电源106。机架102可旋转地耦合到定子104，便于机架102及其组件围绕定子104转动。机架102包括X射线源108和X射线检测器110。X射线源108生成由机架CT系统100用于询问（interrogate）对象的X射线信号。当生成的X射线信号穿过、绕过、反射、偏转或以其它方式与正被询问的对象交互时，X射线检测器110检测所述生成的X射线信号。
X射线源108和X射线检测器110需要电力来操作。一般地，机架102的诸如X射线源108和X射线检测器110之类的组件利用DC或线路频率AC机架电力112。由于机架102与定子104之间的旋转关系，通过滑环114从定子104向机架102递送机架电力112。滑环114使用初级环116和次级环118来提供定子104与机架102之间的电连接。一般地，滑环使用接触连接或非接触连接来提供这样的电连接，这样的滑环分别被称为接触滑环和非接触滑环。在图1的示例性实施例中，滑环114是利用旋转变压器来将机架电力112从初级环116传送到次级环118的非接触滑动环。
图2是用于供在机架CT系统100（图1中示出）中使用的旋转变压器的示例性芯200的横截面图。芯200包括初级芯202和次级芯204。初级芯202和次级芯204由气隙206分离。芯200优选地由具有高相对磁导率的材料制造，诸如例如硅钢、金属玻璃（metglas）、铁、坡莫合金、铁氧体材料或其它合适的材料。芯200包括侧柱208和中心柱210。侧柱208通过气隙212与中心柱210分离，其所有以字母“E”的形式来布置。侧柱208具有1个单位的侧柱宽度214，而中心柱210具有2个单位的中心柱宽度216。分离侧柱208和中心柱210的气隙212具有1个单位的间隙宽度218。芯200具有4个单位的总长度220。在总长度220之中，侧柱208和中心柱210具有3个单位的柱长度222，而背板（backplane）224具有1个单位的背板长度226。芯200的精确尺寸是可伸缩的，因为每个实现需要并且在很大程度上取决于电力需求。至少部分地选择在各种尺寸之间的比率以简化E-芯层压件的制造。
图3和图4是机架CT系统100（图1中示出）的透视图。机架系统100包括到其上安装滚子304的基架（base frame）302。滚子304支撑开放式鼓形机架306。开放式鼓形机架306被配置成在滚子304上旋转。机架CT系统100进一步包括安装到基架302的定子308。定子308包括旋转变压器的初级侧，诸如初级芯202（图2中示出），其被配置成将电力从定子308传送到机架306。在图4中，为了清楚起见，去除定子308。
开放式鼓形机架306包括X射线源310和X射线检测器312。X射线源310被配置成通过开放式鼓形机架306的内部朝向X射线检测器312发射X射线信号。开放式鼓形机架306进一步包括第一机架轨314和第二机架轨316。第一机架轨314和第二机架轨316被部署在开放式鼓形机架306的相对端上。第一机架轨314包括滚子表面318和滑环表面320。第二机架轨316包括滚子表面322。第一和第二机架轨314和316与机架CT系统100的纵向轴323对准。
滑环表面320包括被配置成接合旋转变压器的次级侧324的槽（未示出）。旋转变压器的次级侧324包括次级芯和次级绕组，诸如次级芯204（图2中示出）。次级侧324被配置成在开放式鼓形机架306处接收从定子308和旋转变压器的初级侧传送的电力。次级侧324包括布置成环形形状的多个弧形部分。在替选实施例中，次级侧324包括环形芯和绕组。
滚子表面318和滚子表面322被配置成接合滚子304，使得开放式鼓形机架306可围绕纵向轴323旋转。滚子表面318和滚子表面322被进一步配置成支撑开放式鼓形机架306，使得气隙206（图2中示出）被维持在旋转变压器的初级侧与次级侧324之间。
图5是机架CT系统100（图3和4中示出）的前视图，所述机架CT系统100包括由接合第二机架轨316的滚子表面322的滚子304和基架302支撑的开放式鼓形机架306。图5进一步图示安装在开放式鼓形机架306上的X射线源310和X射线检测器312。X射线源310被配置成通过开放式鼓形机架306的内部502朝向X射线检测器312发射X射线信号。
图6是沿着线A-A（图5中示出）取得的机架CT系统100（图3和4中示出）的横截面图。图6图示第一机架轨314的滚动表面318和第二机架轨316的滚动表面322。滚动表面318和滚动表面322接合安装在基架302上的滚子304。
图6进一步图示具有初级侧604和次级侧324（图4中示出）的旋转变压器602。旋转变压器602从定子308上的初级侧604向机架306上的次级侧324传送电力。
图6指定机架CT系统100的详细部分606。图7是机架CT系统100的机架轨314的详细部分606的放大横截面图。详细部分606包括支撑定子308的基架302和旋转变压器602的初级侧604。跨气隙206将电力从初级侧604传送到次级侧324。
机架轨314包括环形体702，在图7中图示所述环形体702的横截面。环形体702包括环形滚动表面704和环形滑环表面706。在示例性实施例中，环形滚动表面704具有从环形体702径向延伸（即，垂直于纵向轴323）的法向量708。环形滚动表面704是光滑的，并且被配置成接合安装在基架302上的滚子304。在其它实施例中，环形滚动表面704可以是锥形的，使得当其接通（turn on）滚子304时，开放式鼓形机架306沿着纵向轴323以基架302为中心。
环形滑环表面706包括接合旋转变压器60的次级侧324的槽710。环形滑环表面706平行于与纵向轴323正交的平面712。在某些实施例中，槽710镶衬有绝缘层以将次级侧324与机架轨314电隔离（galvanically isolate）。
图8是用于机架CT系统100（图5和6中示出）的机架轨314（图7中示出）的透视图。环形体702包括环形滚动表面704和环形滑环表面706。如以上所描述的，法向量708其径向延伸（即，与纵向轴323正交）。环形滑环表面706包括槽（未示出），诸如槽710（图7中示出）。该槽接合旋转变压器602的次级侧324。环形滑环表面706平行于平面712。
在某些实施例中，次级侧324包括多个弧形部分而不是连接的环形芯。在这样的实施例中，在环形滑环表面706中的槽可以是连接的槽，以接合次级侧324的多个弧形部分，或者可以包括分别配置成接合次级侧324的多个弧形部分芯的多个弧形部分槽。
图9是操作机架CT系统100（图1-8中示出）的示例性方法900的流程图。方法900在开始步骤910处开始。在供电步骤920处，通过旋转变压器602对开放式鼓形机架306上的X射线源310和X射线传感器312（图3中示出）供电。将电力从初级侧604传送到次级侧324（全部在图6中示出）。次级侧324被部署在机架轨314的滑环表面706上的槽710中（全部在图7中示出）。
在扫描步骤930处，X射线源310通过开放式鼓形机架306的内部502朝向X射线检测器312发射X射线信号。在旋转步骤940处，开放式鼓形机架306围绕内部502旋转。开放式鼓形机架306使用第一机架轨314和第二机架轨316的各自的滚动表面318和322相对于轴承诸如滚子304旋转。该方法在结束步骤950处结束。
在本文中描述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括以下中的至少一个：（a）将滚动表面和旋转变压器的次级侧集成到单个机架轨组件中；（b）通过滚动表面和旋转变压器的集成来简化开放式鼓形机架的制造；（c）在机架轨上提供光滑的加工表面用于接合滚子；以及（d）利用用于滚动的光滑机器表面来维持旋转变压器的初级与次级侧之间的精确的气隙。
用于开放式鼓形机架的方法、系统和装置的示例性实施例不限于在本文中描述的具体实施例，而是系统的组件和/或方法的步骤可以与在本文中描述的其它组件和/或步骤独立且分别地被利用。例如，该方法还可以与其它非常规的开放式鼓形机架组合地使用，并且不限于仅利用如在本文中描述的系统和方法的实践。相反，可以与可以受益于提高的效率、降低的操作成本和降低的资本支出的许多其它应用、装备和系统结合来实现和利用示例性实施例。
尽管可能在一些绘图中而不是在其它中示出本公开的各种实施例的具体特征，但这仅仅是为了方便。根据本公开的原理，绘图的任何特征可以与任何其它绘图的任何特征组合地被引用和/或要求保护。
本书面描述使用示例来公开实施例，其包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本公开的可以取得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括由本领域的技术人员想到的其它示例。这样的其它示例意图在权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件的话，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件的话。
Claims (20)
1.一种用于机架计算机断层扫描CT系统的机架轨，所述机架轨包括：
旋转变压器的次级侧，所述次级侧包括次级芯和次级绕组；以及
与机架CT系统的纵向轴正交对准的环形体，所述环形体包括：
环形滚动表面，其法向量径向向外延伸并且与所述纵向轴正交，
环形滑环表面，限定与所述纵向轴正交的平面，以及
槽，被部署在所述滑环表面中并且被配置成接合所述次级侧，其中所述次级侧被部署在所述槽中。
2.权利要求1所述的机架轨，其中所述次级芯为E型芯。
3.权利要求1所述的机架轨，进一步包括：镶衬所述槽以将所述旋转变压器的所述次级侧与所述环形体电隔离的电绝缘体层。
4.权利要求1所述的机架轨，其中所述环形滚动表面被配置成接合可耦合到所述机架CT系统的基架的轴承。
5.权利要求1所述的机架轨，其中所述槽包括环形槽。
6.权利要求1所述的机架轨，其中所述环形体进一步包括：被部署在所述滑环表面中并且被配置成接合所述次级侧的多个弧形部分槽。
7.权利要求1所述的机架轨，其中所述环形体具有矩形横截面。
8.一种操作机架计算机断层扫描CT系统的方法，所述方法包括：
使用旋转变压器的次级侧为开放式鼓形机架上的X射线源和X射线检测器供电，所述次级侧被部署在所述开放式鼓形机架的机架轨的滑环表面的槽中，其中所述次级侧包括次级芯和次级绕组；
通过所述开放式鼓形机架的内部朝向所述X射线检测器发射X射线信号；以及
使用接合所述机架轨的滚子表面的轴承来旋转所述开放式鼓形机架。
9.权利要求8所述的方法，进一步包括：将第二轴承接合到被部署在所述开放式鼓形机架上的第二机架轨的第二滚动表面上。
10.权利要求8所述的方法，进一步包括：维持所述旋转变压器的次级侧与所述旋转变压器的初级侧之间的气隙，所述初级侧耦合到所述机架CT系统的定子。
11.权利要求8所述的方法，进一步包括：将所述旋转变压器的次级侧与所述机架轨电隔离。
12.权利要求8所述的方法，其中使用轴承来接合所述机架轨的滚子表面包括接合安装在所述机架CT系统的基架上的滚子。
13.权利要求8所述的方法，其中使用所述旋转变压器的次级侧来为所述X射线源和所述X射线检测器供电包括：
向所述旋转变压器的初级侧施加电力；
使所述旋转变压器的初级侧和次级侧电磁耦合；以及
向所述X射线源和所述X射线检测器递送电力。
14.权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述机架轨的滚子表面上的锥形体来使所述开放式鼓形机架以所述机架CT系统的基架为中心。
15.一种用于机架计算机断层扫描CT系统的开放式鼓形机架，所述开放式鼓形机架包括：
X射线源，其被配置成通过所述开放式鼓形机架的内部发射X射线信号；
X射线检测器，其被配置成接收X射线信号；
旋转变压器的次级侧，其被配置成向所述X射线源和所述X射线检测器提供电力，其中所述次级侧包括次级芯和次级绕组；
被部署在所述开放式鼓形机架的第一端处的第一机架轨，包括：
环形滚动表面，其被配置成接合轴承以支撑所述开放式鼓形机架，以及
环形滑环表面，其包括用以接合所述旋转变压器的所述次级侧的槽，其中所述次级侧被部署在所述槽中。
16.权利要求15所述的开放式鼓形机架，其中所述环形滚动表面是锥形的以便于在所述环形滚动表面接合所述轴承时对所述开放式鼓形机架进行定心。
17.权利要求15所述的开放式鼓形机架，进一步包括：被部署在所述开放式鼓形机架的第二端处的第二机架轨，所述第二端与所述第一端相对，所述第二机架轨包括第二环形滚动表面，该第二环形滚动表面被配置成接合第二轴承以支撑所述开放式鼓形机架。
18.权利要求15所述的开放式鼓形机架，其中所述旋转变压器的所述次级侧可磁性耦合到所述旋转变压器的初级侧。
19.权利要求18所述的开放式鼓形机架，其中所述旋转变压器的所述初级侧被固定到所述机架CT系统的定子。
20.权利要求19所述的开放式鼓形机架，其中所述环形滚动表面包括加工表面，所述加工表面被配置成维持所述旋转变压器的所述初级侧与所述次级侧之间的气隙。
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