CN108272465A - 一种成像设备的冷却水箱 - Google Patents
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Abstract
一种成像设备的冷却水箱，用于PET系统中探测器模块的冷却，包括连通设置的一进液室与一出液室，进液室与进液室均为环形结构，二者的内径均不小于成像设备的扫描通道的孔径设置；进液室包括一进液腔、设置在进液腔上的至少一组第一类进液口与至少一组第一类出液口，第一类进液口与外部连通以用于冷却液的引入；出液室包括一出液腔、以及设置在出液腔上的至少一组第二类进液口与至少一组第二类出液口，第二类出液口与外部连通以用于冷却液的流出；第一类出液口与第二类进液口分别与全部探测器模块连通设置，进液腔中的冷却液经第一类出液口流经全部探测器模块后，经由第二类进液口流入至出液腔中。可在对探测器模块有效散热的同时，节约安装空间。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种PET成像设备的冷却系统。
背景技术
在现代核医学中，PET设备(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)，是一种比较先进的临床检查影像设备，其通常与其他医疗影像设备组合使用，比如PET设备与CT设备(Computed Tomography)组合形成PET/CT设备,PET设备与MR 设备(Magnetic Resonance，磁共振扫描)组合形成PET/MR设备。以PET/CT为例，其是一种将PET(功能代谢显像)和CT(解剖结构显像)两种先进的影像技术有机地结合在一起的新型的影像设备。它将微量的正电子核素示踪剂注射到人体内，然后采用特殊的体外探测器探测这些正电子核素人体各脏器的分布情况，通过计算机断层显像的方法显示人体的主要器官的生理代谢功能，同时应用CT技术为这些核素分布情况进行精确定位，使这台机器同时具有 PET和CT的优点，发挥出各自的最大优势。
PET/CT设备包括机架，所述机架形成有用于容纳患者的扫描通道，其中PET部分包括位于所述扫描通道内设置环绕人体的探测器，从而可获取人体病变组织多角度的成像图片，进而以获取更为准备的病变信息。PET临床显像过程如下：将发射正电子的放射性核素(如F－ 18等)标记到能够参与人体组织血流或代谢过程的化合物上，将标有带正电子化合物的放射性核素注射到受检者体内。让受检者在PET的有效视野范围内进行PET扫描。放射核素发射出的正电子在体内移动大约1mm后与组织中的负电子结合发生湮灭辐射，产生两个能量相等 (511KeV)、方向相反的γ光子。利用PET系统的探测装置，可以探测该γ光子对，进而分析正电子的存在，并重建反映生物体各组织代谢情况的PET图像，获得示踪剂在受检生物体内的浓度分布，医生可以据此判断癌症等疾病的病灶。
为了获得清晰稳定的扫描图像，PET设备中的探测器和电子学电路需要工作在合适且稳定的温度环境下。温度升高会显著增加系统噪声，温度波动会引起系统漂移，从而降低图像质量。因此冷却系统是保证PET设备高质量成像的关键之一。通常冷却系统设置于PET设备与CT设备之间，以方便PET设备及CT设备的安装与维护。由于现有的PET/CT设备中PET设备和CT 设备两者在空间上形成串联形式，组成两大影像系统的机械结构在工作状态下紧密结合，且两者相对位置关系存在严格的要求，留给冷却系统的安装空间非常有限，故如何设置冷却系统以使得其在有限的安装空间中充分实现PET设备的冷却，是关系到PET设备性能的重要问题之一。
发明内容
本发明公开了一种成像设备的冷却水箱，可在对探测器模块有效散热的同时，节约安装空间，且不影响PET与其他影像设备的安装与维护。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
本发明提供了一种成像设备的冷却水箱，用于PET系统中探测器模块的冷却，包括连通设置的一进液室与一出液室，所述进液室与所述进液室均为环形结构，二者的内径均不小于所述成像设备的扫描通道的孔径设置；所述进液室包括一进液腔、设置在所述进液腔上的至少一组第一类进液口与至少一组第一类出液口，所述第一类进液口与外部连通以用于冷却液的引入；所述出液室包括一出液腔、以及设置在所述出液腔上的至少一组第二类进液口与至少一组第二类出液口，所述第二类出液口与外部连通以用于冷却液的流出；所述第一类出液口与所述第二类进液口分别与全部所述探测器模块连通设置，所述进液腔中的冷却液经所述第一类出液口流经全部探测器模块后，经由所述第二类进液口流入至所述出液腔中。
作为一优选方案，第一类进液口与第一类出液口设置于进液腔的第一圆形侧壁上；第二类进液口与第二类出液口设置于出液腔的第二圆形侧壁上。
进一步的，第一类出液口与所述第二类进液口并排设置。
优选的，设置一组第一类进液口与一组第二类出液口。
作为一优选方案，所述出液室中还包括一挡隔板，所述挡隔板匹配所述出液腔设置为环形板，所述环形挡隔板设置在所述出液腔内部且平行所述出液腔设置，所述挡隔板将所述出液腔分隔为内层出液腔与外层出液腔，所述环形挡隔板顶部设有缺口以使得所述内层出液腔与所述层侧出液腔顶部位置处连通。
进一步的，所述内层出液腔与外层出液腔同心设置。
进一步的，所述挡隔板底部两端分别设有堵片以将所述出液腔分隔为同心设置内层出液腔与外层出液腔。
进一步的，所述第二类进液口与所述第二类出液口择一设置在所述外层出液腔或所述内层出液腔上。
作为一优选方案，所述第一类进液口口径之和不小于所述第一类出水口口径之和设置，所述第二类出液口口径之和不小于所述第二类进液口口径之和设置，所述第一类进液口口径之和等于所述第二类出水口口径之和设置，所述第一类出液口口径之和等于所述第二类进水口口径之和设置。
作为一优选方案，还包括至少一连接件，所述连接件设置于所述进液腔上，其上设有连接孔，以用于将所述冷却水箱固定于PET系统上。
进一步的，所述连接件为连接板，每组所述连接板为扇环状，其位于在所述进液腔的外边缘上，且平齐所述进液腔与PET系统相连接的端面设置，以用于连接所述进液腔与所述PET 系统。
作为一优选方案，所述进液室与所述出液室的相邻面还设有隔温层。
作为一优选方案，所述冷却水箱为一体成型结构。
作为一优选方案，所述进液腔与所述出液腔的外径不大于所述PET探测器模块的安装面的外径设置。
作为一优选方案，所述进液室设置于所述PET探测器模块的安装面的背向面处。
本发明所示的一种成像设备的冷却水箱，将进液室与出液室设置为环形结构，进液室与出液室同侧相邻设置，其安装在PET探测器安装面的背向面上，外部冷却液通过第一类进液口进入进液腔后，冷却液先对进液腔进行填充，待进液腔填充到一定程度后，由进液腔形成冷却液的缓冲池，从而冷却水箱中存在足够的压力，使得冷却液可经由第一类出液口与第二类出液口流经PET系统内的全部探测器模块，以使得各探测器模块中产生的热量可经由冷却管路带出至出液腔中，最后通过出液腔排出，其中冷却液的流速正比于电子器件总功耗，反比于出口-入口温度差。这样设计，可在发挥冷却水箱有效散热功能的同时，充分利用安装空间，且不影响PET与其他影像设备的安装与维护。
附图说明
图1为本发明所示的冷却水箱一实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例的背向结构示意图；
图3为图1所示实施例中冷却水箱在PET系统上的安装结构示意图；
图4为图3所示实施例中冷却水箱与探测器模块的连接示意图；
图5为图1所示实施例中冷却水箱的剖视图；
图6为图1所示实施例中冷却水箱的后视图；
图7为图1所示实施例中冷却水箱的侧向剖视图；
图8为图7中Ⅰ部分的放大示意图；
图9为图7中Ⅱ部分的放大示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明公开了一种成像设备的冷却水箱100，用于PET系统中探测器模块的冷却，包括连通设置的一进液室与一出液室，进液室与进液室均为环形结构，二者的内径均不小于成像设备的扫描通道的孔径设置；其中进液室包括一进液腔110、设置在进液腔上的至少一组第一类进液口111与至少一组第一类出液口112，第一类进液口111与外部连通以用于冷却液的引入；出液室包括一出液腔120、以及设置在出液腔120上的至少一组第二类进液口121与至少一组第二类出液口122，第二类出液口122与外部连通以用于冷却液的流出；第一类出液口111与第二类进液口121分别与全部探测器模块200连通设置，进液腔120中的冷却液经第一类出液口流经全部探测器模块200后，经由第二类进液口121流入至出液腔120中。
进液室与出液室的具体形状可任意设置，例如长方体、正方体等等，主要用于满足冷却液的缓存的作用，考虑到PET设备一般是与其他成像设备组合使用，以更有效发挥其作用，以PET/CT为例，由于现有的PET/CT设备中PET设备和CT设备两者在空间上形成串联形式，组成两大影像系统的机械结构在工作状态下紧密结合，且两者相对位置关系存在严格的要求，留给冷却系统的安装空间非常有限，为充分利用安装空间，如图3和图4所示，本发明所示的冷却水箱，将进液室与出液室设置为环形结构，进液室与出液室同侧相邻设置，外部冷却液通过第一进液口111进入进液腔后，冷却液先对进液腔进行填充，待进液腔填充到一定程度后，由进液腔110形成冷却液的缓冲池，从而冷却水箱中存在足够的压力，使得冷却液可经由第一类出液口112与第二类出液口122以及冷却管路流经PET系统内的全部探测器模块 200，以使得各探测器模块200中产生的热量可经由冷却液带出至出液腔中，最后通过出液腔 120排出，其中冷却液的流速正比于电子器件总功耗，反比于出口-入口温度差。这样设计，确保每个探测器模块200均有冷却液经过，有效实现对每个探测器模块200的降温，以使得探测器模块200处于合适的工作温度下。可在发挥冷却水箱100有效散热功能的同时，充分利用安装空间，且不影响PET与其他影像设备的安装与维护。
在前述冷却水箱结构基础之上，为了便于冷却水箱的加工与安装使用，进一步的，本发明所示的冷却水箱还对其安装位置及连接方式进行设定。
图3为冷却水箱在PET系统上的安装结构示意图，由于冷却水箱的安装空间有限，冷却水箱100固定在探测器模块200安装面的背向面上。这样设置，一方面，冷却水箱与探测器空间位置靠近，可便于冷却水箱与探测器冷却管路的连接；另一方面在进行设备维修时，不会因为冷却水箱的位置对PET或者其他影像设备造成影响。作为一优选方案，本实施例中，进液腔110经由连接件130固定在探测器模块200安装面的背向面上，从而将整个冷却水箱安装在PET系统上，连接件130为连接板，每组连接板为扇环状，每组连接板位于进液腔的外边缘的延伸面上，且平齐进液腔与PET系统相连接的端面设置，此外，连接件130与进液腔110一体成型加工而成。
此外，由于采取此种结构设计，冷却水箱所有构件可整体一体成型加工而成，这样在进行水箱的安装时，可将其整体直接经由连接件固定在PET系统上，而无需另行进行冷却水箱自身的零件组装，安装便捷。
同时，当该环形结构设置于前述安装位置(探测器模块200安装面的背向面上)，进液室与出液室的内径均不小于成像设备的扫描通道的孔径设置时，进液腔110与出液腔120的外径不大于PET探测器模块200的安装面的外径设置以便于PET与其他成像设备的外壳设计与安装。在有效散热的同时，可更充分实现空间的利用。
第一类进液口111与第一类出液口112设置于进液腔110的第一圆形侧壁上，第二类进液口121与第二类出液口122设置于出液腔120的第二圆形侧壁上，以便于整个冷却水箱与探测器模块200的冷却循环管路连接，同时减少管路布线，节约安装空间。图4为冷却水箱与探测器模块的连接示意图，如图4所示，各组探测器模块200中，相邻探测器模块200的之间，出液管道与进液管道分别经由连接管140(软管)依次连通，以形成串联通路(即冷却循环通路)；第一类出液口与冷却循环通路中位于首端的进液管道经由连接管140连通设置，第二类进液口经由连接管140与冷却循环通路中位于尾端的出液管连通设置。
作为一优选方案，本实施例中，如图3和图9所示，共设置一个第一类进液口111与一个第二类出液口122，其中第二类出液口122设置外层出液腔的侧壁底端，第一类进液口111 设置在进液腔侧壁底端，其平行于第二类出液口122设置，第一类进液口111与第二类出液口122均设置在冷却水箱的底部，可更方便接入与接出管路的连接；
多个第一类出液口112在第一圆形侧壁上均匀分布，多个第二类进液口平行于第一类出液口112设置(第一类出液口与所述第二类进液口并排设置)，在第二圆形侧壁上均匀分布，以方便探测器模块的冷却水路就近与冷却水箱100连接，为探测器模块的冷却水路提供接入与接出的连接口。作为一优选方案，第一类出液口、第二类进液口的数量与冷却循环通路数量一一对应。即各冷却循环通路分别经由不同的第一类出液口与一组第二类进液口分别与进液腔和出液腔连通，为便于管道布线，各第一类出液口与一组第二类进液口分别设置在进液腔110、出液腔120靠近对应的冷却循环通路的进出口位置处。
为防止冷却水箱中出现过压或欠压的状况，位于上部的第一类出液口112中不能及时流入冷却液，导致顶部的探测器模块产生热量不能及时被带出，作为一优选方案，上述所有的第一类进液口111口径之和不小于第一类出液口112口径之和设置，第二类出液口122的口径之和不小于第二类进液口121的口径之和设置，第一类进液口111的口径之和等于第二类出液口122的口径之和设置，第一类出液口112口径之和等于第二类进水口121口径之和设置，从而可确保冷却水箱注入冷却液时，每个第一类出液口112均有冷却液流入。
在上述基础之上，为解决短板效应的问题，进一步平衡进水腔与出水腔内部压力，尽量均衡各探测器模块内部冷却液的流速，本实施例中，如图5所示，在出液室中还设置一挡隔板123，如图6至图9所示，挡隔板123位于出液腔120内部，其匹配出液腔120内部轮廓形状设置且平行出液腔以将出液腔分隔为独立设置的内层出液腔与外层出液腔，同时挡隔板顶部设有缺口以使得内层出液腔与层侧出液腔顶部位置处连通。这样设置，当冷却液经由第二类进液口进入出液腔中，根据第二类进液口的设置位置，冷却液填充内层出液腔或外侧出液腔后，才经由顶部的缺口进入到外侧出液腔或内层出液腔中，从而起到连通器的作用，使得各冷却循环通路中的冷却液流速尽量一致。上述挡隔板还可设置于进液腔中，或同时设置于出液腔与进液腔中，均可起到相同作用。
挡隔板123可沿垂直于冷却水箱轴向的方向设置，从而将出液腔120沿轴向分隔为两层，也可平行于冷却水箱轴向的方向，从而将出液腔120分隔为同心设置的两层，只要满足冷却液填充其中一层后再经由缺口进入另外一层中即可。本实施例中，挡隔板123平行于冷却水箱轴向的方向设置，将出液腔120分隔为同心设置内层出液腔与外层出液腔，具体而言，挡隔板123的轮廓匹配出液腔的内部形状，其顶部设置一缺口以作为内外两层出液腔的流通通道，同时为方便外部管路连接，挡隔板123底部也设有一缺口，且底部缺口两端分别设有堵片，该堵片连接外层出液腔与挡隔板以确保内层出液腔与外层出液腔的独立性，第一类进液口111与第二类出液口122靠近设置，第二类出液口122设置在堵片与外层出液腔所形成的空间处，位于外层出液腔的侧壁上。
进一步的，考虑到与进液腔110中的冷却液相比，出液腔120中的冷却液温度相对较高，为避免进液腔110中的冷却液被加热，减少热传递的，如图8和图9所示，在进液室与出液室的之间还设置隔温层150。本实施例中，所述隔温层150为空气隔温层，该空气隔温层设置在进液室与出液室的之间，与进液室与出液室一体成型加工而成。
此外，尽管未图示出，但还可以预见到提供主动阀门控制，例如可以从外部控制的或温度反馈控制的阀门控制，来调节进入冷却路径的相对流速，上述冷却液为水或者其他冷却剂流体，例如致冷剂、液态氮流体冷却剂，应当理解的是，本申请中使用的“流体”包括所有这些。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种成像设备的冷却水箱，用于PET系统中探测器模块的冷却，其特征在于：包括连通设置的一进液室与一出液室，
所述进液室与所述进液室均为环形结构，二者的内径均不小于所述成像设备的扫描通道的孔径设置；所述进液室包括一进液腔、设置在所述进液腔上的至少一组第一类进液口与至少一组第一类出液口，所述第一类进液口与外部连通以用于冷却液的引入；
所述出液室包括一出液腔、以及设置在所述出液腔上的至少一组第二类进液口与至少一组第二类出液口，所述第二类出液口与外部连通以用于冷却液的流出；
所述第一类出液口与所述第二类进液口分别与全部所述探测器模块连通设置，所述进液腔中的冷却液经所述第一类出液口流经全部探测器模块后，经由所述第二类进液口流入至所述出液腔中。
2.根据权利要求1所述的冷却水箱，其特征在于：第一类进液口与第一类出液口设置于进液腔的第一圆形侧壁上；第二类进液口与第二类出液口设置于出液腔的第二圆形侧壁上。
3.根据权利要求1或2所述的成像设备冷却水箱，第一类出液口与所述第二类进液口并排设置；
优选的，设置一组第一类进液口与一组第二类出液口。
4.根据权利要求1所述的冷却水箱，其特征在于：所述出液室中还包括一挡隔板，所述挡隔板匹配所述出液腔设置为环形板，所述环形挡隔板设置在所述出液腔内部且平行所述出液腔设置，所述挡隔板将所述出液腔分隔为内层出液腔与外层出液腔，所述环形挡隔板顶部设有缺口以使得所述内层出液腔与所述层侧出液腔顶部位置处连通。
5.根据权利要求4所述的成像设备冷却水箱，其特征在于：所述内层出液腔与外层出液腔同心设置；
优选的，所述挡隔板底部两端分别设有堵片以将所述出液腔分隔为同心设置内层出液腔与外层出液腔；
优选的，所述第二类进液口与所述第二类出液口择一设置在所述外层出液腔或所述内层出液腔上。
6.根据权利要求1或2所述的成像设备冷却水箱，其特征在于：所述第一类进液口口径之和不小于所述第一类出水口口径之和设置，所述第二类出液口口径之和不小于所述第二类进液口口径之和设置，所述第一类进液口口径之和等于所述第二类出水口口径之和设置，所述第一类出液口口径之和等于所述第二类进水口口径之和设置。
7.根据权利要求1所述的冷却水箱，其特征在于：还包括至少一连接件，所述连接件设置于所述进液腔上，其上设有连接孔，以用于将所述冷却水箱固定于PET系统上；
优选的，所述连接件为连接板，每组所述连接板为扇环状，其位于在所述进液腔的外边缘上，且平齐所述进液腔与PET系统相连接的端面设置，以用于连接所述进液腔与所述PET系统。
8.根据权利要求1所述的冷却水箱，其特征在于：所述进液室与所述出液室的相邻面还设有隔温层。
9.根据权利要求1所述的冷却水箱，其特征在于：所述冷却水箱为一体成型结构。
10.根据权利要求1所述的冷却水箱，其特征在于：所述进液腔与所述出液腔的外径不大于所述PET探测器模块的安装面的外径设置；
优选的，所述进液室设置于所述PET探测器模块的安装面的背向面处。
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