CN113616227A - 一种探测器温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种探测器温度控制系统及方法，涉及医学设备控制领域，包括：若干探测器模块，每一所述探测器模块均包括PCB板以及闪烁晶体、用于温度监测的热敏电阻、模数转换芯片；所述模数转换芯片具有通过配置寄存器进行更改主时钟频率的功能；散热装置，用于探测器模块的降温；主控制板，设置有主控芯片，用于获取各个探测器模块上的温度数据，并控制所述模数转换芯片和散热装置的工作状态；当模数转换芯片采样频率为定值，主控芯片配置所述模数转换芯片的寄存器调节模数转换芯片的主时钟频率，以控制模数转换芯片加热，可以无需外置加热装置实现探测器模块温度的调节，克服现有探测器温度变化需要依赖外接加热装置的问题。

Description

一种探测器温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及医学设备控制领域，尤其涉及一种探测器温度控制系统及方法。

背景技术

CT(计算机断层扫描)设备是大型的医学诊断仪器，它集计算机，X线机，系统控制和精密机械为一体，通常由高压、球馆、许多机械部件、电子元器件和多种集成电路板组成。高压和球馆产生X射线，经过被成像的物体，由X射线探测器的闪烁晶体接收，再通过光电二极管将晶体接收的光信号转换为电信号，电信号再通过相应的采集电路进行模数转换，传到计算机上通过相应计算成像出图。

其中探测器的增益随环境温度而变化，如果环境温度变化明显或通道之间变化不均匀，可能引起伪像，严重影像图像质量。因此探测器系统都具有温控装置，大部分由加热装置，温度采集装置，和散热装置组成。还有少部分希望通过改变模数转换芯片的采样频率而代替加热装置，但此种方法在成像的过程中，采样频率并不能随意改变，如若工作环境较为苛刻，甚至会严重影像图像质量，故存在缺陷。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种探测器温度控制系统及方法，用于克服现有探测器温度变化需要依赖外接加热装置的问题。

本发明公开了一种探测器温度控制系统，用于CT设备中，包括：

若干探测器模块，每一所述探测器模块均包括PCB板以及设置在所述PCB板上的闪烁晶体、用于温度监测的热敏电阻、模数转换芯片；

所述模数转换芯片具有通过配置寄存器进行更改主时钟频率的功能；

散热装置，沿所述探测器模块的分布方向布置，用于探测器模块的降温；

主控制板，设置有主控芯片，用于获取各个探测器模块上的温度数据，并控制所述模数转换芯片和散热装置的工作状态；

当CT设备进行成像采数时，模数转换芯片采样频率为定值，若此时由热敏电阻监测到探测器模块温度低于阈值并反馈至主控制板，则主控芯片配置所述模数转换芯片的寄存器调节模数转换芯片的主时钟频率，以控制模数转换芯片加热。

优选地，所述主控制板上设有若干接口，用于与各个所述探测器模块和散热装置连接；

所述接口包括：

第一接口，用于配置各个所述探测器模块上模数转换芯片的寄存器，并接收所述模数转换芯片的采集数据；

第二接口，用于与各个所述热敏电阻连接，以获取各个热敏电阻上电阻值；

第三接口，用于与所述散热装置连接，以控制所述散热装置的工作状态。

优选地，所述主控制板上设置有由电源以及时钟下载接口形成的主控芯片的外围电路。

优选地，所述主控制板设置通过惠斯通电桥，同步放大器连接各个模数转换芯片，以形成温度采集电路。

优选地，所述闪烁晶体位于所述PCB板的一侧，用于接收X射线。

优选地，所述PCB板上还设有与所述闪烁晶体连接的光电二极管，用于将所述闪烁晶体输出的光信号转化成电信号。

优选地，所述模数转换芯片设置在所述PCB板上背离所述闪烁晶体的一侧。

优选地，所述模数转换芯片设置为多个且间隔均匀地分布在所述PCB板上。

优选地，所述热敏电阻设置在所述PCB板上背离所述闪烁晶体的一侧的中心位置。

本发明还提供一种探测器温度控制方法，包括以下步骤：

主控芯片以预设间隔调用第二接口获取各个热敏电阻反馈的电阻值，以获取各个检测器模块的温度；

计算所有探测器模块的温度平均值，并获取与目标温度之间的差值；

判断CT设备是否处于成像采数状态下；

若是，则获取采样频率，并基于所述差值和所述采样频率计算出模数转换芯片的主时钟频率；

若否，则根据所述差值计算出模数转换芯片的采样频率和主时钟频率；

主控芯片获取当前模数转换芯片的采样频率和主时钟频率，根据各个检测器模块的温度以及计算出的模数转换芯片的主时钟频率配置所述模数转换芯片的寄存器，控制散热装置的工作状态。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提出的方案中，由热敏电阻监测到探测器模块温度并反馈至主控制板，当CT设备处于成像采数状态下，主控芯片根据目标温度配置所述模数转换芯片的寄存器调节模数转换芯片的主时钟频率，以控制模数转换芯片加热，同步配合主控芯片对散热装置的控制，从而可以在CT设备进行成像采数时无需外置加热装置实现探测器模块温度的调节，克服现有探测器温度变化需要依赖外接加热装置的问题。

附图说明

图1本发明所述一种探测器温度控制系统及方法实施例一的结构示意图；

图2本发明所述一种探测器温度控制系统及方法实施例一中探测器模块的俯视结构示意图；

图3本发明所述一种探测器温度控制系统及方法实施例一中探测器模块的侧视结构示意图；

图4本发明所述一种探测器温度控制系统及方法实施例一中模数转换芯片的内部主时钟频率的控制结构示意图。

图5本发明所述一种探测器温度控制系统及方法实施例二的流程图。

附图标记：

101-温度控制系统；102-散热装置；103-主控制板；104-主控芯片；105-探测器模块；201-PCB板；202-闪烁晶体；203-模数转换芯片；204-热敏电阻；401-模数转换芯片主时钟频率控制；402-模数转换芯片采样频率控制；403-模数转换芯片输出数据。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

实施例一：本实施例提供一种探测器温度控制系统101，用于CT设备中参阅图1-图4,，包括以下：

若干探测器模块105，每一所述探测器模块105均包括PCB板201以及设置在所述PCB板201上的闪烁晶体202、模数转换芯片203、用于温度监测的热敏电阻204；作为补充的，闪烁晶体202用于对X射线进行反应，进而实现探测器模块105的探测功能，模数转换(ADC)亦称模拟(CS5530-ISZ)一数字转换，是将连续的模拟量(如象元的灰阶、电压、电流等)通过取样转换成离散的数字量。例如，对图象扫描后，形成象元列阵，把每个象元的亮度(灰阶)转换成相应的数字表示，即经模/数转换后，构成数字图象，该模数转换芯片203具有可以通过配置寄存器进行更改主时钟频率的功能。

作为进一步具体解释模数转换芯片203的，现有操作一般如图4，可通过控制CONV信号402的频率，间接控制模数转换芯片产生不同的热量。但是在CT设备进行成像采数时，CONV信号402的频率为定值，故此段时间不可以控制模数转换芯片产生不同的热量，由此本实施方式中通过控制寄存器ADC_CLOCK_SPEED 401改变主时钟频率，从而使其在CT进行成像采数时，亦能控制模数转换芯片203产生不同的热量，这种方法不会影响到输出数据的403频率，由此在控制转换芯片产生不同热量的同时不会影响数据采集，因此无需加热装置即可实现对探测器模块的加热，与现有技术区别较大，由此解决现有探测器温度变化需要依赖外接加热装置的问题。

散热装置102，包括但不限于是若干散热风扇，散热条等，现有的其他可用于探测器模块105的散热装置也可用于本实施方案中，沿所述探测器模块105的分布方向布置，用于探测器模块105的降温；具体的，各个散热风扇可以对应探测器模块105均匀分布，以便对探测器模块105均匀降温，可以将散热风扇设置在相邻两个探测器模块105之间，也可以与探测器模块105一一对应设置，可根据实际使用场景选择合适的分布方式。

主控制板103，设置有主控芯片104，用于获取各个探测器模块105上的温度数据，并控制所述模数转换芯片203和散热装置102的工作状态；具体的，主控芯片104可选择为FPGA(Field－Programmable Gate Array)，但不限于FPGA作为主控芯片104，用MCU等其他微处理器亦可完成，主要负责探测器模块105上数据的接收，探测器模块105温度的控制等，在本实施方式中，设置主控制板103位于散热装置102和探测器模块105之间，主控制板103也可用作承载各个探测器模块105。

在上述实施方式中，当CT设备进行成像采数时，模数转换芯片203采样频率为定值，若此时由热敏电阻204监测到探测器模块105温度低于阈值并反馈至主控制板，则主控芯片104配置所述模数转换芯片203的寄存器调节模数转换芯片203的主时钟频率，以控制模数转换芯片203加热，如上，配合主控芯片104对散热装置102的控制，从而可以在CT设备进行成像采数时实现探测器模块105温度的调节，且无需外置加热装置即可实现。

在上述实施方式中，主控制板103由各种接口，主控芯片104的外围电路，采集温度电路以及主控芯片104构成。主控制板103上设有若干接口，用于与各个所述探测器模块105和散热风扇102连接，以进行数据传输实现对探测器模块105温度的控制；具体的，所述接口包括但不限于以下：第一接口，用于配置各个所述探测器模块105上模数转换芯片203的寄存器，并接收所述模数转换芯片203的采集数据(即上述403的输出数据)；第二接口，用于与各个所述热敏电阻204连接，以获取各个热敏电阻204上电阻值；第三接口，用于与所述散热装置102连接，以控制散热装置102的工作状态。所述主控制板103上设置有由电源以及时钟下载接口形成的主控芯片104的外围电路(图中未示出)，也可根据具体的型号进行选择其他元件加入该外围电路或下述温度采集电路中。所述主控制板103设置通过惠斯通电桥，同步放大器连接各个模数转换芯片203，以形成温度采集电路(图中未示出)。通过该温度采集电路可获取模数转换芯片的实时温度，以及探测器模块105的实时温度，以根据采集到的实时温度对散热装置102和模数转换芯片202的工作状态进行控制，以实现探测器模块105温度达到预设阈值，进而不需要加热装置，就能实现CT探测器进行温度控制，在CT成像，采集有效数据的过程中，依旧可以控制AD芯片产生不同的热量，来调节探测器模块的温度。

在本实施方式中，具体的参阅图2-图3，所述闪烁晶体202位于所述PCB板201的一侧，用于方便接收X射线。所述PCB板201上设有与所述闪烁晶体202连接的光电二极管(图中示出)，用于将所述闪烁晶体输出的光信号转化成电信号，除了上述光电二极管外，其他可用于实现该光信号转化成电信号的原件也可用于此代替光电二极管。在一个较佳的实施方式中，所述模数转换芯片203设置在所述PCB板201上背离所述闪烁晶体202的一侧，且模数转换芯片203作为热源，为了保证温度的均衡，所述模数转换芯片203设置为多个且间隔均匀地分布在所述PCB板201上，在本具体实施时，设置为四个，且分别设置在PCB板201的四角上。进一步的，热敏电阻204用于监测模数转换芯片203及探测器模块105的温度，由此将热敏电阻204设置在所述PCB板201上背离所述闪烁晶体202的一侧的中心位置，即热敏电阻204位于PCB板201与闪烁晶体202相反一侧的正中央。

在本实施方式中，通过控制寄存器ADC_CLOCK_SPEED 401改变模数转换芯片203的主时钟频率，从而使其在CT进行成像采数时，亦能控制模数转换芯片203产生不同的热量，无需加热装置即可实现对探测器模块105的加热，同时也克服由于模数转换芯片203在CT设备成像采样过程中采样频率并不能随意改而导致无法产生不同热量的问题。

即，基于本实施例示出的一种CT探测器温度控制系统，由探测器模块105、主控制板103和散热装置102组成。探测器模块105包括闪烁晶体202、光电二极管、热敏电阻204、模数转换芯片203及其PCB板201上的外围电路及一些接口，主要功能为接收X射线，将其转换为电信号发送出去，并将实时采集到的温度信息发送出去。主控制板103由主控芯片104、若干端口连接模数转换芯片203组成，还连接各个探测器模块105，接收探测器模块105采集的数据，再打包发送出去，模数转换芯片203配合外围电路将各个探测器模块105上热敏电阻204阻值转为数字信号发送给主控芯片104，主控芯片104则通过获取的温度信息，控制散热装置102以及模数转换芯片203的采样频率和工作频率达到温控的目的，散热装置102为多个风扇组成的阵列，风扇可经主控芯片控制转速，从而保证探测器模块105的工作温度稳定。

实施例二：本实施例提供一种探测器温度控制方法，参阅图5，基于实施例一提供的探测器温度控制系统101，执行包括以下步骤：

S100：主控芯片104以预设间隔调用第二接口获取各个热敏电阻204反馈的电阻值，以获取各个检测器模块105的温度；

具体的，在上述步骤中，主控芯片104每隔1微秒获取所有探测器模块105的温度值，具体的，如上述，基于与热敏电阻204连接的第二接口获取当前探测器模块105的温度值，热敏电阻电204阻值随着温度的变化而改变，根据其电阻值读数即可获得当前探测器模块105的温度值。

S200：计算所有探测器模块105的温度平均值，并获取与目标温度之间的差值；

具体的，上述计算所有探测器模块105的温度平均值通过将所有探测器模块105的温度值相加取平均实现，即以此获得探测器整体的温度，进而实现根据目标温度进行探测器温度的调节。

S300：判断CT设备是否处于成像采数状态下；

在上述步骤中，由于在CT设备在成像采数状态下时模数转换芯片203的采样频率不能任意改变，因此当CT设备未处于成像采数状态下时可以直接调整模数转换芯片203的采样频率来调整模数转换芯片203的状态，而在CT设备处于成像采数状态下时则需要通过如实施例一中所述控制寄存器ADC_CLOCK_SPEED 401改变模数转换芯片203的主时钟频率，来控制模数转换芯片203的状态。

S400：若是，则获取采样频率，并基于所述差值和所述采样频率计算出模数转换芯片的主时钟频率；

具体的，上述步骤如上所述的，在CT设备处于成像采数状态下时由于采样频率为定值，因此根据采样频率，即当前的模数转换芯片203温度计算与目标温度之间的差值，从而获得如下述步骤S600中所述的需要配置的模数转换芯片203的寄存器的值。

S500：若否，则根据所述差值计算出模数转换芯片203的采样频率和主时钟频率；

该步骤也如上所述，在CT设备未处于成像采数状态下，即也可直接调整模数转换芯片203的采样频率和主时钟频率，以调整模数转换芯片203是否处于加热状态。

S600：主控芯片104获取当前模数转换芯片203的采样频率和主时钟频率，根据各个检测器模块105的温度以及计算出的模数转换芯片203的主时钟频率配置所述模数转换芯片的寄存器，控制散热风扇的工作状态。

由此，综合上述步骤S100-S500，根据步骤S400或步骤S500获得的需要的模数转换芯片203的采样频率和主时钟频率配置所述模数转换芯片的寄存器或在CT设备未处于成像采数状态下直接调整所述模数转换芯片203的采样频率实现模数转换芯片203加热状态的控制，同时同步根据目标温度利用散热风扇102(即，根据此时温度值，模数转换芯片203此刻和前一刻采样频率和主时钟频率，控制模数转换芯片203的加热和散热风扇的工作状态)，进而达到对探测器模块105温度的控制，在无需外置加热装置的情况下即可实现对探测器模块的加热。

应当注意的是，本发明的实施例有较的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种探测器温度控制系统，其特征在于，用于CT设备中，包括：

若干探测器模块，每一所述探测器模块均包括PCB板以及设置在所述PCB板上的闪烁晶体、用于温度监测的热敏电阻、模数转换芯片；

所述模数转换芯片具有通过配置寄存器进行更改主时钟频率的功能；

散热装置，沿所述探测器模块的分布方向布置，用于探测器模块的降温；

主控制板，设置有主控芯片，用于获取各个探测器模块上的温度数据，并控制所述模数转换芯片和散热装置的工作状态；

当CT设备进行成像采数时，模数转换芯片采样频率为定值，若此时由热敏电阻监测到探测器模块温度低于阈值并反馈至主控制板，则主控芯片配置所述模数转换芯片的寄存器调节模数转换芯片的主时钟频率，以控制模数转换芯片加热。

2.根据权利要求1所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述主控制板上设有若干接口，用于与各个所述探测器模块和散热装置连接；

所述接口包括：

第一接口，用于配置各个所述探测器模块上模数转换芯片的寄存器，并接收所述模数转换芯片的采集数据；

第二接口，用于与各个所述热敏电阻连接，以获取各个热敏电阻上电阻值；

第三接口，用于与所述散热装置连接，以控制所述散热装置的工作状态。

3.根据权利要求1所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述主控制板上设置有由电源以及时钟下载接口形成的主控芯片的外围电路。

4.根据权利要求1所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述主控制板设置通过惠斯通电桥，同步放大器连接各个模数转换芯片，以形成温度采集电路。

5.根据权利要求1所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述闪烁晶体位于所述PCB板的一侧，用于接收X射线。

6.根据权利要求1所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述PCB板上设有与所述闪烁晶体连接的光电二极管，用于将所述闪烁晶体输出的光信号转化成电信号。

7.根据权利要求5所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述模数转换芯片设置在所述PCB板上背离所述闪烁晶体的一侧。

8.根据权利要求7所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述模数转换芯片设置为多个且间隔均匀地分布在所述PCB板上。

9.根据权利要求7所述探测器温度控制系统，其特征在于：

所述热敏电阻设置在所述PCB板上背离所述闪烁晶体的一侧的中心位置。

10.一种探测器温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

主控芯片以预设间隔调用第二接口获取各个热敏电阻反馈的电阻值，以获取各个检测器模块的温度；

计算所有探测器模块的温度平均值，并获取与目标温度之间的差值；

判断CT设备是否处于成像采数状态下；

若是，则获取采样频率，并基于所述差值和所述采样频率计算出模数转换芯片的主时钟频率；

若否，则根据所述差值计算出模数转换芯片的采样频率和主时钟频率；

主控芯片获取当前模数转换芯片的采样频率和主时钟频率，根据各个检测器模块的温度以及计算出的模数转换芯片的主时钟频率配置所述模数转换芯片的寄存器，控制散热装置的工作状态。

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