CN109199427A - 一种用于pet系统的分布式高压供电架构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于PET系统的分布式高压供电架构包括：位于PET系统内的两个以上的高压组件，每一个高压组件连接所述PET系统内的部分探测器模组；与所述每一个高压组件连接的位于所述PET系统外的低压电源模块以及中央控制板，每一个高压组件依据所述中央控制板的控制指令将所述低压电源模块提供的电压转换为探测器模组所需的高压。本发明功耗低，高压输出噪声小，系统集成度和安全性高，高压参数实现差异化准确控制和动态调整，系统维护简捷。
Description
技术领域
本发明涉及医学成像领域，具体涉及一种用于PET系统的分布式高压供电架构。
背景技术
正电子发射断层(Positron Emission Tomography)作为一种影像学检查、辅助癌症肿瘤诊断和疗效评估技术，它利用光电倍增管(PMT,Photomultiplier Tube)组成的探测器捕获放射光子，实现生理组织和各个器官的功能成像。单个探测器需要千伏级别的供电电压，整个PET系统包含数百个探测器，其构成模组型环状结构；各个探测器模组增益各异，对高压的需求也存在差异化；高压电源的供电质量，直接决定影像质量的优劣。
目前已有的PET系统高压供电结构，采用集中式、单一大功率高压电源对系统进行级联式高压供电，利用各分路串联电阻的方式满足高压模组的差异化高压需求。这种单一大功率高压供电方式，系统功耗高、成本高、安全性低、能量集中对散热要求高、模组间高压相互串扰、高压线路径长，存在不固定线损，从而得不到准确的高压值，无法实现最佳状态成像。
因此，亟需一种能够实现更加稳定和优异的差异化高压输出的用于PET系统的多路高压供电结构。
发明内容
(一)发明目的
为了解决上述问题，本发明提出一种用于PET系统的分布式高压供电架构，能够降低PET系统功耗、提高安全性、提高电源质量，降低串扰、改善散热效果、提升系统集成度、实现高压差异化准确配置、系统动态调整，适用于医学成像领域中需要多路高压供电的应用场合。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一方面，本发明提出一种用于PET系统的分布式高压供电架构，
所述分布式高压供电架构包括：位于PET系统内的两个以上的高压组件2，每一个高压组件2连接所述PET系统内的部分探测器模组7；
与所述每一个高压组件2连接的位于所述PET系统外的低压电源模块3以及中央控制板5，每一个高压组件2依据所述中央控制板5的控制指令将所述低压电源模块3提供的电压转换为探测器模组7所需的高压。
所有的高压组件2分布在所述PET系统的风道12中；或者，
所有的高压组件2呈环形等间隔的分布在所述PET系统的风道12中。
每一个高压组件2的电源输入端通过电源线束4接入低压电源模块3；
每一个高压组件2的输出端并联有多条用于连接所述探测器模组的高压支路11，每一条高压支路11与一个探测器模组7连接；或者，
每一个高压组件2的输出端通过一条高压支路11与一个探测器模组7连接。
每一高压组件包括：依次连接的高压控制板8、高压模块9和高压分配板10；
所述高压控制板8连接所述中央控制板5，根据中央控制板5的控制指令，控制高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压，所述高压分配板10将转换后的高压通过高压支路11输出至探测器模组7。
所述高压控制板8采用独立控制方式控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压；或者是，
所述高压控制板8采用总线控制方式控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压。
所述高压模块9将输入至所述高压分配板10的电压和电流信息借助于所述高压控制板8反馈至所述中央控制板5。
在采用独立控制方式时，所述中央控制板5向所述高压控制板发送高压转换指令，该高压控制板中预先设定的初始高压参数控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压；
在采用总线控制方式时，所述中央控制板5根据预设时间段内高压分配板10反馈的信息，生成携带高压转换参数的电压转换指令，以使以使所述高压控制板基于电压转换指令中的高压转换参数控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压。
所述中央控制板5通过监控总线13与每一个高压组件2中所述高压控制板8的控制端连接；
所述低压电源模块3通过电源线束4与每一个高压组件2中所述高压控制板8的电源输入端连接；
所述PET系统内所有的监控总线13和电源线束4均位于风道中，且通过系统底板6上的一个密封孔穿出。
所述低压电源模块3和中央控制板5位于PET系统外的固定支架1上。
另一方面，本发明提出一种PET系统，包括上述供电架构，所述架构中的高压组件为所述PET系统内的探测器模组供电。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
系统功耗和成本降低：与传统的统一、单个高压值输出供电方式相比，本发明所述机构能够实现差异化多模块配置，探测器模组不需要配置分压电阻，减少了分压电阻产生的功耗，降低了系统功耗，同时高压模块的总体成本也降低；
安全性增强：高压组件模块化、小型化，单个高压组件的输出功率数量级减小，避免了能量集中造成的局部热度高的问题，对设备、操作人员而言，安全性提高；
系统集成度提高：高压电源模块化、小型化之后，将其放置于PET系统内部，集成度提高；
散热效果提升：分布式、模块化、小型化高压电源之后，集成于PET系统内部，增加了散热面积，且置于系统内部风道中，散热效果更好；
高压串扰降低：高压组件分布式、并联方式供电降低了探测器模组间的相互串扰影响；
高压电源质量提升：分布式供电架构缩短了高压输出到探测器负载的距离，高压线拾取系统噪声更低，高压电源质量更好，从而保证影像质量；
兼容性提升：实现差异化高压值输出之后，不同探测器模组对高压需求的自由度更大，PET系统的兼容性增强，有利于生产效率提升；
监控方式灵活：总线式和独立分布控制方式灵活切换，使PET系统在不同时期、不同环境状况下，可以实现动态调整，发挥系统最佳性能；
参数固化存储：高压输出对应的高压参数固化存储，通电即可输出最近一次系统最佳状态的高压值，不需要监控总线下载初始参数，快速方便。
附图说明
图1为本发明高压供电架构的结构示意图；
图2为本发明高压组件结构示意图；
图3为本发明高压供电架构内各个部分的互联关系图。
【附图标记】
1.固定支架；2.高压组件；3.低压电源模块；4.电源线束；5.中央控制板；6.系统底板；7：探测器模组；8：高压控制板；9：高压模块；10：高压分配板；11：高压支路；12：系统风道；13.监控总线。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种用于PET系统的分布式高压供电架构的结构，包括：
位于PET系统内的两个以上的高压组件2，以及与所述每一个高压组件2连接的位于所述PET系统外的低压电源模块3以及中央控制板5。
每一个高压组件2连接所述PET系统内的部分探测器模组7；
所述低压电源模块3为高压组件2提供低压电源支持，每一个高压组件2依据所述中央控制板5的控制指令将所述低压电源模块3提供的电压转换为探测器模组7所需的高压。
与传统的统一、单个高压值输出供电方式相比，本发明所述机构不需要配置分压电阻，减少了分压电阻产生的功耗，降低了系统功耗，同时，单个组件的功率需求数量级降低，避免了能量集中造成的局部热度高的问题，提升了PET系统的安全性。
至少有两个高压组件2分别与PET系统内的各不相同的部分探测器模组相连接，为各不相同的部分探测器模组提供高压电源支持。每个探测器模组包括至少一个由光电倍增管组成的探测器模块，每个探测器模块包括至少一个探测器。
在实际应用中，PET系统包括数百个探测器，数百个探测器组成若干个探测器模组，每个高压组件则分别为其中的部分探测器模组提供高压电源支持。例如，高压供电架构包括十个高压组件，每个高压组件分别为十个探测器模组提供高压电源支持。
高压组件相互独立对应一组探测器模组，分布式、并联的方式降低了高压模组内模组间的相互串扰影响。
中央控制板5作为控制中枢，对PET系统的探测器模组7的输出高压进行差异化配置、监测和动态调整。
中央控制板5根据探测器模组7的电压需求，对不同的高压组件2的输出电压进行差异化配置，并发出不同的控制指令，发送至高压组件2。同时，中央控制板5可以获取高压组件2实际输出高压，对实际高压值与预设值做比对，并调整输出电压指令。
通过中央控制板5对输出电压的差异化配置，可以满足不同探测器模组负载的需求，实现差异化多模块配置，不同模组对高压需求的自由度更大，单个系统的兼容性增强，有利于生产效率提升。
基于图1所示结构，PET系统所有的探测器模组环形分布位于PET系统的系统底板6上。对应的，所有的高压组件2呈环形等间隔的分布在所述PET系统的系统底板6上，高压组件2模块化，小型化，集成于PET系统内，提高系统集成度，同时，高压组件2与探测器模组均位于PET系统中，缩短了高压输出到负载的距离，高压线拾取系统噪声更低，高压电源质量更好，从而保证影像质量。
可选地，所述低压电源模块3、中央控制板5置于PET系统外的固定支架1上。
为了保证PET系统的散热的有效性和一致性，达到更好的散热效果，增加散热面积，具体实施过程中，所有的高压组件2分布在所述PET系统的风道12中。
可选地，所有的高压组件2呈环形等间隔的分布在所述PET系统的风道12中。
结合图2所示，在可能的实施方式中，高压组件2与探测器模组7的连接包括但不限于：
每一个高压组件2的输出端均并联有多条用于连接所述探测器模组的高压支路11，每一条高压支路11与一个探测器模组7连接。
可选地，每一个高压组件2的输出端通过一条高压支路11与一个探测器模组7连接。
高压组件2通过高压支路11连接所述PET系统内的部分探测器模组7，为探测器模组7提供高压电源支持。
所有的高压支路11相互独立、串扰低且支路长度短，拾取系统噪声概率低，分布式、并联方式降低了高压组件内的相互串扰影响。
每一个高压组件2的电源输入端通过电源线束4接入低压电源模块3。每一个高压组件2的控制端通过监控总线接入中央控制板5。
所述电源线束及监控总线，同样置于PET系统的系统底板6上。
结合图1所示，低压电源模块3的电源线束，通过半圆环形走线，保证各个部分供电稳定。例如，低压电源模块3的电源线束，分两个分支，每个分支分布覆盖半个所述PET系统的系统底板6。
优选地，所述PET系统内所有的监控总线13和电源线束4均位于风道中，且通过系统底板6上的一个密封孔穿出。可以缩短走线长度、减小高压间的串扰，保证各个部分供电稳定，同时兼顾成本和走线复杂度。同时缩短了高压输出到探测器模组负载的距离，高压线拾取系统噪声更低，高压电源质量更好，从而保证影像质量。
在可能的实现方式中，如图2所示高压组件2结构图，每一个高压组件2包括：依次连接的高压控制板8、高压模块9和高压分配板10。
所述高压控制板8连接所述中央控制板5，根据中央控制板5的控制指令，控制高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压，所述高压分配板10将转换后的高压通过高压支路11输出至探测器模组7。
每个高压控制板8均连接一个高压模块9，每个高压模块9均连接一个高压分配板10。高压控制板8的输出端与高压模块9的控制端连接，高压模块9的输出端与高压分配板10的输入端连接。高压控制板8的输出端与高压模块9的控制端连接，高压模块9的输出端与高压分配板10的输入端连接。高压分配板10的输出端，接有独立高压支路11，连接所述PET系统中的探测器模组7。
所述高压分配板10的输出端并联有多条用于连接所述探测器模组的高压支路11，每一条高压支路11与一个探测器模组7连接。
例如，高压分配板10将高压通过十条高压支路11分别输出到对应的十个探测器模组7。
在具体的实现过程中，高压分配板10可以将高压直接等值分配输出到各条高压支路，也可以是根据实际需求，将高压差异化的输出到各条支路。
可选地，所述高压分配板10的输出端通过一条高压支路11与一个探测器模组7连接。
所述高压控制板8对高压模块9的控制包括：独立控制方式或者总线控制方式两种控制方式：
所述高压控制板8采用独立控制方式控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压；或者，
所述高压控制板8采用总线控制方式控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压。
所述PET系统针对实际电路需求，对每一个高压控制板2的控制方式进行独立控制/总线控制的切换。
在采用独立控制方式时，所述中央控制板5向所述高压控制板发送高压转换指令，该高压控制板中预先设定的初始高压参数控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压。
在采用总线控制方式时，所述中央控制板5根据预设时间段内高压分配板10反馈的信息，生成携带高压转换参数的电压转换指令，以使以使所述高压控制板基于电压转换指令中的高压转换参数控制所述高压模块9将所述低压电源模块3输入的低压转换为高压。
采用总线控制方式时，所述高压模块9将输入至所述高压分配板10的电压和电流信息借助于所述高压控制板8反馈至所述中央控制板5。
所述高压模块9向高压控制板8反馈的电压和电流信息包括：高压模块9的高压输出设定值、高压模块9向高压分配板10输出的实际高压电压值、实际高压输出电流值。
所述独立控制方式用于出厂设定高压参数，所述总线控制用于PET系统精确调整和维护，保证探测器模组工作状态最优；
总线控制方式可以对PET系统高压参数固化存储，上电即可输出最近一次系统最佳状态的高压值，重建最近一次最佳状态的系统高压参数，不需要监控总线下载初始参数，快速方便。
独立控制方式和总线控制方式在不同时期、不同环境状况下，可以实现动态调整，发挥系统最佳性能。
如图3所示本发明实施例的电气互联图。
所述中央控制板5通过监控总线13与每一个高压组件2中所述高压控制板8的控制端连接。
所述低压电源模块3通过电源线束4与每一个高压组件2中所述高压控制板8的电源输入端连接。
同样的，结合图1所示，所有的监控总线13和电源线束4均位于风道中，且通过系统底板6上的一个密封孔穿出。可以缩短走线长度、减小高压间的串扰，保证各个部分供电稳定，同时兼顾成本和走线复杂度。
低压电源模块3通过电源线束4给高压组件2进行供电，具体地为若干高压控制板8和若干高压模块9供电。
低压电源模块3为高压控制板8提供低压电源；所述高压控制板8为高压模块9提供低压电源并控制高压模块9输出高电压；所述高压模块9将高电压输出到高压分配板10，高压分配板10将高电压分别输出到各个高压支路11，给探测器模组7供电。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种用于PET系统的分布式高压供电架构，其特征在于，
所述分布式高压供电架构包括：位于PET系统内的两个以上的高压组件(2)，每一个高压组件(2)连接所述PET系统内的部分探测器模组(7)；与所述每一个高压组件(2)连接的位于所述PET系统外的低压电源模块(3)以及中央控制板(5)；
每一个高压组件(2)依据所述中央控制板(5)的控制指令将所述低压电源模块(3)提供的电压转换为探测器模组(7)所需的高压。
2.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，
所有的高压组件(2)分布在所述PET系统的风道(12)中；或者，
所有的高压组件(2)呈环形等间隔的分布在所述PET系统的风道(12)中。
3.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，
每一个高压组件(2)的电源输入端通过电源线束(4)接入低压电源模块(3)；
每一个高压组件(2)的输出端并联有多条用于连接所述探测器模组的高压支路(11)，每一条高压支路(11)与一个探测器模组(7)连接；或者，
每一个高压组件(2)的输出端通过一条高压支路(11)与一个探测器模组(7)连接。
4.根据权利要求3所述的供电架构，其特征在于，
每一个高压组件(2)包括：依次连接的高压控制板(8)、高压模块(9)和高压分配板(10)；
所述高压控制板(8)连接所述中央控制板(5)，根据中央控制板(5)的控制指令，控制高压模块(9)将所述低压电源模块(3)输入的低压转换为高压，所述高压分配板(10)将转换后的高压通过高压支路(11)输出至探测器模组(7)。
5.根据权利要求4所述的供电架构，其特征在于，
所述高压控制板(8)采用独立控制方式控制所述高压模块(9)将所述低压电源模块(3)输入的低压转换为高压；或者，
所述高压控制板(8)采用总线控制方式控制所述高压模块(9)将所述低压电源模块(3)输入的低压转换为高压。
6.根据权利要求5所述的供电架构，其特征在于，
所述高压模块(9)将输入至所述高压分配板(10)的电压和/或电流信息借助于所述高压控制板(8)反馈至所述中央控制板(5)。
7.根据权利要求6所述的供电架构，其特征在于，
在采用独立控制方式时，所述中央控制板(5)向所述高压控制板发送高压转换指令，该高压控制板中预先设定的初始高压参数控制所述高压模块(9)将所述低压电源模块(3)输入的低压转换为高压；
在采用总线控制方式时，所述中央控制板(5)根据预设时间段内高压分配板(10)反馈的信息，生成携带高压转换参数的电压转换指令，以使所述高压控制板基于电压转换指令中的高压转换参数控制所述高压模块(9)将所述低压电源模块(3)输入的低压转换为高压。
8.根据权利要求4所述的供电架构，其特征在于，
所述中央控制板(5)通过监控总线(13)与每一个高压组件(2)中所述高压控制板(8)的控制端连接；
所述低压电源模块(3)通过电源线束(4)与每一个高压组件(2)中所述高压控制板(8)的电源输入端连接；
所述PET系统内所有的监控总线(13)和电源线束(4)均位于风道中，且通过系统底板(6)上的一个密封孔穿出。
9.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，
所述低压电源模块(3)和中央控制板(5)位于PET系统外的固定支架(1)上。
10.一种PET系统，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的供电架构，所述架构中的高压组件为所述PET系统内的探测器模组供电。
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