CN112057097A - 一种智能ct球管系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及放射诊断仪器技术领域，具体涉及一种智能CT球管系统。其包括：球管本体；监测组件，设置于球管本体上，用于实时监测球管系统的运行状态；控制平台，与监测组件连接，用于记录监测组件测得的数据，判断所述数据是否处于预设范围，当所述数据超出预设范围时判断发生故障。CT球管系统内的各种运行状态能够被实时监测，并且故障发生时，能对球管进行及时断电保护，保障及时维修，避免故障运行对球管造成不可逆的损坏。

Description

一种智能CT球管系统
技术领域
本发明涉及放射诊断仪器技术领域，具体涉及一种智能CT球管系统。
背景技术
CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点。
CT球管作为CT设备的X射线信号源，是CT设备中最核心的部件之一，它的性能直接影响了CT的图像质量及使用寿命。随着多层螺旋CT的技术发展，要求连续不间断扫描，X线剂量要求越来越大，因而要求CT球管有更高的热容量。热容量的提高要求球管材料，旋转阳极的结构不断的改进和提高。小(微)焦点、大容量、高频高压及其稳定性、高速旋转阳极(噪声小)、灯丝发射一致性等成为球管的发展方向。
CT球管存在失效原因多、容易出现故障、自我保护能力差、寿命不可预知等各种问题。目前CT球管产品不具备各种实时运行状态的监测能力，产品智能化程度很低，不能够实时掌握CT球管内各部件的运行情况，导致只能在CT球管发生故障之后才能知晓，一旦出现故障不仅会有较大的经济损失，而且会由于较长的停机维修时间影响患者治疗。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的CT球管产品不具备各种实时运行状态的监测能力，产品智能化程度很低的缺陷，从而提供一种能够对各运行状态进行实时监测的CT球管系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种智能CT球管系统，包括：球管本体；监测组件，设置于所述球管本体上，用于实时监测所述球管系统的运行状态；控制平台，与所述监测组件连接，用于记录所述监测组件测得的数据，判断所述数据是否处于预设范围，当所述数据超出预设范围时判断发生故障。
作为优选方案，所述监测组件包括温度传感器组件，所述温度传感器组件与所述控制平台连接，用于监测所述球管本体运行的热状态。
作为优选方案，所述球管本体包括管壳，所述管壳上设有透出X射线的窗口，所述温度传感器组件包括安装在所述窗口附近的窗口温度传感器。
作为优选方案，所述球管本体内设有阳极，所述阳极包括靶面，所述靶面设于转轴之上，所述转轴垂直于所述靶面，所述靶面以所述转轴为轴旋转，所述转轴上设有轴承，所述温度传感器组件包括设置于所述轴承处的轴承温度传感器。
作为优选方案，还包括：管套，所述球管本体安装于所述管套内；冷却组件，包括设于所述管套外的散热器，所述散热器连接有冷却液管路，所述冷却液管路用于向所述管套内通入冷却液；所述温度传感器组件还包括设于所述散热器的入口处的进油口温度传感器和设于所述冷却液管路的出口处的出油口温度传感器。
作为优选方案，所述监测组件还包括振动传感器，所述振动传感器与所述控制平台连接，用于监测所述轴承的振动信号、噪音信号或转速信号。
作为优选方案，还包括用于固定所述振动传感器的固定支架，设于所述球管本体的管壳上，所述管壳上设有透出X射线的窗口，所述固定支架避开所述窗口设置。
作为优选方案，所述监测组件还包括真空规，所述真空规安装于所述球管本体内，与所述控制平台连接，用于采集所述球管本体内部的真空度。
作为优选方案，所述球管本体内设有阴极和阳极，所述阳极包括靶面，所述阴极包括发射端，所述发射端向所述靶面发射电子，所述真空规的安装位置避开所述电子的运动路径。
作为优选方案，所述球管本体的管壳设有通孔，所述真空规设于所述管壳内的所述通孔处，所述真空规的电极通过所述通孔引出，所述真空规与所述管壳进行气密连接。
作为优选方案，所述真空规包括量程不同的电阻规和电离规，测量范围是105Pa-10-8Pa。
作为优选方案，所述控制平台还包括报警装置，用于实时判断监测数据是否处于预设范围，若超出预设范围则做出报警提示。
作为优选方案，所述球管本体通过电源供电，所述控制平台与所述电源连接，若所述控制平台判断发生故障时，则控制所述电源断电。
作为优选方案，所述控制平台包括无线数据传输模块，用于将所述监测组件采集的数据传输至云端服务器，并接收云端服务器发出的指令。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的智能CT球管系统，包括：球管本体；监测组件，设置于所述球管本体上，用于实时监测所述球管系统的运行状态；控制平台，与所述监测组件连接，用于记录所述监测组件测得的数据，判断所述数据是否处于预设范围，当所述数据超出预设范围时判断发生故障；提供了一种具备实时监测球管内各种运行状态的智能CT球管系统，克服了现有技术中产品智能化程度很低，无法对球管的各实时运行状态进行监测的缺陷。
2.本发明提供的智能CT球管系统，监测组件包括温度传感器组件，与控制平台连接，用于监测球管本体运行的热状态；由于过载热量集中或者散热不及时将会导致球管出现故障，然而温度传感器能够对球管内可能出现的过温故障模式进行及时准确地判断。
3.本发明提供的智能CT球管系统，球管本体的管壳上设有透出X射线的窗口，温度传感器组件包括安装在所述窗口附近的窗口温度传感器，由于球管散射电子和X射线能量损耗所产生的大量热量均聚集在所述窗口处，窗口温度传感器对窗口进行实时监测，避免窗口散热不及时而造成窗口破裂。
4.本发明提供的智能CT球管系统，球管本体内设有阳极，阳极的靶面垂直设于转轴之上，靶面以转轴为轴旋转，其中轴承安装在转轴上，温度传感器组件包括设置于所述轴承处的轴承温度传感器；轴承过热会影响其寿命，甚至会导致轴承，直接卡死，轴承温度传感器对轴承专用油冷管路进行实时监测，避免所述油冷管路故障使得轴承处过热而造成轴承失效。
5.本发明提供的智能CT球管系统，还包括：管套，球管本体安装于管套内；冷却组件，包括设于管套外的散热器，散热器连接有冷却液管路，所述冷却液管路向管套内通入冷却液；所述温度传感器还包括设于散热器入口的进油口温度传感器和设于冷却液管路出口的出油口温度传感器；通过进油口温度传感器和出油口温度传感器对散热器的运行状态进行实时监测，避免散热器突发故障而影响球管正常工作。
6.本发明提供的智能CT球管系统，监测组件还包括振动传感器，所述振动传感器与控制平台连接，用于监测所述轴承的振动信号、噪音信号或转速信号，避免轴承停转或转速过低的情况下依然使用曝光，导致阳极靶面瞬间熔化蒸发，从而导致球管出现更多引发故障，甚至发生爆裂。
7.本发明提供的智能CT球管系统，还包括固定振动传感器的固定支架，设于球管本体的管壳上，且避开管壳上设有透出X射线的窗口处，避免影响X射线的正常曝光。
8.本发明提供的智能CT球管系统，监测组件还包括真空规，真空规安装于球管本体内，并与控制平台连接，用于采集所述球管本体内部的真空度，实时监测球管内部真空度的动态变化，克服了现有技术中无法实时检测CT球管内部的真空度状态的问题。
9.本发明提供的智能CT球管系统，球管本体内设有阴极和阳极，阳极包括靶面，阴极包括发射端，发射端向靶面发射电子，所述真空规的安装位置避开电子的运动路径，避免影响球管焦点尺寸大小和形状位置。
10.本发明提供的智能CT球管系统，球管本体的管壳设有通孔，真空规设于所述管壳内的通孔处，真空规的电极通过通孔引出，真空规与管壳进行气密连接，由于CT球管内部需要保持绝对气密，这样布置可以使气密的真空系统与外界能够通过电极传输信号。
11.本发明提供的智能CT球管系统，真空规包括量程不同的电阻规和电离规，测量范围是105Pa-10-8Pa，涵盖了球管内可能存在真空度的所有范围，从而有利于掌握相关真空度的各种故障情况。
12.本发明提供的智能CT球管系统，控制平台还包括报警装置，用于实时判断监测数据是否处于预设范围，若超出预设范围则做出报警提示，避免设备或者用户由于球管内真空度下降产生的突发故障带来不可逆损失。
13.本发明提供的智能CT球管系统，球管本体通过电源供电，控制平台与电源连接，若控制平台判断发生故障时，则控制所述电源断电，从而对球管进行及时断电保护，并能及时维修，避免故障运行对球管造成不可逆的损坏。
14.本发明提供的智能CT球管系统，控制平台包括无线数据传输模块，用于将监测组件采集的数据传输至云端服务器，并接收云端服务器发出的指令，若数据传输出现故障时，需维护数据传输模块，能快速找出原因，恢复线路正常运行，使设备维护更容易实现。通过监测数据的采集和失效模型分析判断球管运行状态是否正常，对于可能出现的故障进行提前的预警并及时进行有效的自我保护，并根据运行状态的分析和判断预测球管后续的工作寿命。这些数据的采集以及分析结果对于医院、设备整机厂商以及设备维修保养服务都具有非常重要的价值，能够给用户带来全新的体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的CT球管系统的内部结构示意图。
附图标记说明：
1、散热器；2、振动传感器；3、固定支架；4、窗口温度传感器；5、发射端；6、球管本体；7、进油口温度传感器；8、轴承温度传感器；9、管套；10、轴承；11、转轴；12阳极；13、窗口；14、管壳；15、靶面；16、真空规；17、通孔；18、阴极；19、出油口温度传感器；20、冷却液泵。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供的智能CT球管系统，包括球管本体6、监测组件和控制平台。
如图1所示，球管本体6封装在管套9内；球管本体6内设有阴极18和阳极12，阳极12的靶面15垂直设于转轴11之上，且以转轴11为轴旋转，阴极18的发射端5向所述的靶面15发射电子，阳极12的靶面15接受电子轰击产生X射线，X射线从管壳14上设置的窗口13处曝光；由于高能电子轰击靶面15，会产生很高的热量，球管系统布置的冷却管路向管套9内通入冷却液给所述球管系统降温，并且冷却油路连接着散热器1，套管9内的冷却液经管路上的冷却液20抽出进入散热器1进行冷却。
球管本体6会因过载热量集中或散热不及时导致球管故障，诸如轴承10过热导致卡死、X射线的窗口13过热导致破裂、过热导致球管破碎等问题；为了及时有效全面地监测球管内的热状态，根据球管可能出现的不同热故障模式，在球管系统内增加了四路温度传感器，并与控制平台连接，用于监测球管本体6运行的热状态，对球管内可能出现的过温故障模式进行及时准确地判断并采取相应的保护措施。
如图1所示，X射线的窗口13附近的管壳上安装有窗口温度传感器4，用于对窗口专用冷却管路进行实时监测，避免所述冷却管路突发故障使得窗口散热不及时而造成窗口破裂；转轴11上设置的轴承10处安装有轴承温度传感器8，用于对轴承专用冷却管路进行实时监测，避免冷却管路故障使得轴承10过热而造成轴承10失效；散热器1入口处的冷却管路上安装有进油口温度传感器7，还有冷却液管路出口处安装的出油口温度传感器19，通过进油口温度传感器7和出油口温度传感器19对散热器的运行状态进行实时监测，避免散热器突发故障而影响球管正常工作。
在球管工作过程中，轴承10的工作条件非常苛刻，温度达到400℃左右；及时掌握轴承10在工作过程中的磨损、转速下降、突然停止等故障情况，避免故障发生时依然使用曝光，导致阳极12的靶面15瞬间熔化蒸发，严重时甚至导致球管爆裂，引发危险。
如图1所示，管壳14处通过固定支架3安装有振动传感器2，并且避开X射线的窗口13，以免影响X射线正常曝光；同时，振动传感器2与控制平台连接，通过振动频谱进行时域和频域的分析直接反应轴承10的运转状态，即轴承10的振动信号、噪音信号或转速信号；其中振动幅度是识别轴承异常振动的重要参数。利用基于频率的分析，可以通过傅里叶变换(FFT)将随时域振动信号转换为频率分量，振动频谱就是一个典型的CT球管工作的频谱图。典型的主频为50Hz，同时也有相应的各谐波分量。当球管轴承出现转速下降或者轴承异常工作时，在频谱图上会出现主频谱线发生偏移或者出现一些杂散频谱。
X射线产生的整个过程依赖于球管内高真空度环境，真空度的破坏造成灯丝寿命下降甚至烧断，从而使球管失效给用户带来不可逆的损失，固对真空度实时监测显得尤为重要。
如图1所示，真空规16设于管壳14内的通孔17处，真空规16的电极通过通孔17引出，真空规16与管壳14进行气密连接，使真空系统与外界能够通过电极传输信号，其中真空规16的安装位置避开阴极18发射电子的运动路径，避免影响球管焦点尺寸大小和形状位置；另外，真空规16与报警装置连接，用于实时判断真空度信号是否处于预设范围，若超出预设范围则做出报警提示。
真空规16集成了电阻规和电离规两个不同量程的规管，其中电阻规两个电极之间支撑了一个电阻丝，其测量范围是105Pa-10-1Pa；电离规采用B-A规结构，具有阴极、收集极和栅极三个电极，测量范围是10-1Pa～10-8Pa，灯丝置于栅极两侧，对称安装，一根工作，一根作为备用。这样真空规可监测球管从105Pa～10-8Pa整个可能的真空度范围。
在真空规16监测真空度的过程中，电阻规一直处于工作状态，电离规在X射线曝光时处于关闭状态，只有在X射线曝光间隙打开，避免X射线的强能量对电离规测得的微弱离子流的影响，保证电离规测量的准确度。
将窗口温度传感器4、轴承温度传感器8、进油口温度传感器7、出油口温度传感器19、振动传感器2以及真空规16采集到的数据全部传送给主控模块，主控模块对这些数据进行分析，并根据各种不同故障模式对应的报警数据设定值进行判定是否出现故障。如果判断出现故障，通过控制保护模块给电源控制保护信号，及时对于电源进行操作从(如切断灯丝，切断高压供电等)而对球管进行保护。所有采集到的数据信息以及预警信号通过显示终端显示球管运行的实时状态。这些数据同时通过无线数据传输模块，传送到互联网云端服务器。
作为可替代的实施方式，可以利用光电技术传感器对轴承10的转速进行直接计数测量，这种监测也可以一定程度上反应轴承的工作是否正常；还可以采用轴承噪音传感器对轴承10的状态进行间接测量。
作为可替代的实施方式，与电离规复合的规管不仅限于电阻规，规管的测量范围满足105Pa-10-1Pa即可。
作为可替代的实施方式，关于采集信号的无线传输方式，只描述了无线传输模块，但具体的技术路径可以采用Wifi、蓝牙以及Zigbee等形式。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种智能CT球管系统，其特征在于，包括：
球管本体(6)；
监测组件，设置于所述球管本体(6)上，用于实时监测所述球管系统的运行状态；
控制平台，与所述监测组件连接，用于记录所述监测组件测得的数据，判断所述数据是否处于预设范围，当所述数据超出预设范围时判断发生故障。
2.根据权利要求1所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述监测组件包括温度传感器组件，所述温度传感器组件与所述控制平台连接，用于监测所述球管本体(6)运行的热状态。
3.根据权利要求2所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述球管本体(6)包括管壳(14)，所述管壳(14)上设有透出X射线的窗口(13)，所述温度传感器组件包括安装在所述窗口(13)附近的窗口温度传感器(4)。
4.根据权利要求2所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述球管本体(6)内设有阳极(12)，所述阳极包括靶面(15)，所述靶面(15)设于转轴(11)之上，所述转轴(11)垂直于所述靶面(15)，所述靶面以所述转轴(11)为轴旋转，所述转轴(11)上设有轴承(10)，所述温度传感器组件包括设置于所述轴承(10)处的轴承温度传感器(8)。
5.根据权利要求2所述的智能CT球管系统，其特征在于，还包括：
管套(9)，所述球管本体(6)安装于所述管套(9)内；
冷却组件，包括设于所述管套(9)外的散热器(1)，所述散热器(1)连接有冷却液管路，所述冷却液管路用于向所述管套(9)内通入冷却液；
所述温度传感器组件还包括设于所述散热器(1)的入口处的进油口温度传感器(7)和设于所述冷却液管路的出口处的出油口温度传感器(19)。
6.根据权利要求4所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述监测组件还包括振动传感器(2)，所述振动传感器(2)与所述控制平台连接，用于监测所述轴承(10)的振动信号、噪音信号或转速信号。
7.根据权利要求6所述的智能CT球管系统，其特征在于，还包括用于固定所述振动传感器(2)的固定支架(3)，设于所述球管本体(6)的管壳(14)上，所述管壳(14)上设有透出X射线的窗口(13)，所述固定支架(3)避开所述窗口(13)设置。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述监测组件还包括真空规(16)，所述真空规(16)安装于所述球管本体(6)内，与所述控制平台连接，用于采集所述球管本体(6)内部的真空度。
9.根据权利要求8所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述球管本体(6)内设有阴极(18)和阳极(12)，所述阳极(12)包括靶面(15)，所述阴极(18)包括发射端(5)，所述发射端(5)向所述靶面(15)发射电子，所述真空规(16)的安装位置避开所述电子的运动路径。
10.根据权利要求9所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述球管本体(6)的管壳(14)设有通孔(17)，所述真空规(16)设于所述管壳内的所述通孔(17)处，所述真空规(16)的电极通过所述通孔(17)引出，所述真空规(16)与所述管壳(14)进行气密连接。
11.根据权利要求9所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述真空规(16)包括量程不同的电阻规和电离规，测量范围是105Pa-10-8Pa。
12.根据权利要求1所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述控制平台还包括报警装置，用于实时判断监测数据是否处于预设范围，若超出预设范围则做出报警提示。
13.根据权利要求1所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述球管本体(6)通过电源供电，所述控制平台与所述电源连接，若所述控制平台判断发生故障时，则控制所述电源断电。
14.根据权利要求1所述的智能CT球管系统，其特征在于，所述控制平台包括无线数据传输模块，用于将所述监测组件采集的数据传输至云端服务器，并接收云端服务器发出的指令。
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