CN1535099A - 用于冷却支架的冷却系统和冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于冷却支架的冷却系统和冷却方法。这种冷却系统用于对一台带有一个可绕一旋转轴旋转地支承在一支架壳体(2)中的X射线源(4)的计算机断层造影设备(1)的支架(3)进行冷却，其中该支架壳体(2)借助至少一个轴承(12，13)可运动地支承在该计算机断层造影设备(1)的一个固定部件(7)上。该冷却系统具有一个用于在至少这些轴承(12，13)之一的区域将冷却气流(K，W)从该固定部件(7)导送到该支架壳体(2)中和/或从该支架壳体(2)导送到该固定部件(7)中的冷却气体输送装置(14，15，16，17，29，30，31，32)。此外还描述了一种用于冷却支架的相应冷却方法。

Description

用于冷却支架的冷却系统和冷却方法
技术领域
本发明涉及一种用于对一台带有一个可绕一旋转轴旋转地支承在一支架壳体中的X射线源的计算机断层造影设备的支架进行冷却的冷却系统，其中支架壳体借助至少一个轴承可运动地、尤其可摆动地支承在该计算机断层造影设备的一个固定部件上。此外，本发明还涉及一种用于冷却这样一种支架的相应方法。
背景技术
在计算机断层造影设备中借助一种X射线方法来产生一待检查物体内部的三维层析图像。在这里，借助一个具有一通常绕拍摄对象旋转的X射线源和一图像拍摄系统的扫描单元(通常称作支架)产生两维X射线断面图像，由这些两维X射线断面图像重建三维层析图像。在这种情况下，该支架通常位于一个成环状环绕一待检查物体-拍摄腔设置的支架壳体中。此外，在本说明书开始部分所提到的那一类计算机断层造影设备中通过支架壳体或支架的摆动来使图像平面相对于待检查物体倾斜，以便这样实现如一种平行于物体面的断面行进。这样一来例如可以建立任意的冠状断面。
所有X射线设备的一个基本问题在于：在产生X射线时进入X射线源的电能中99％转换成热能。这种在X射线源运行时所产生的热量必须从X射线源散走，以使该X射线源可以在一个较长时间范围内运行而不致过热。如果需要高X射线功率，则尤其对此提出了要求。在本说明书开始部分所提到的那一类计算机断层造影设备中，困难在于X射线源在放射拍摄期间持续地在支架壳体中围绕待检查物体拍摄腔旋转。鉴于这种持续的旋转运动、极高的温度和支架内腔的窄小，已证明将X射线源运行时产生的热量导走是费事的、有问题的。
迄今在这种计算机断层造影设备中装入的冷却系统多半由多台安装在该支架壳体内部的热交换器构成。为了将这些在旋转的X射线源中所产生的热量尽可能有效地从支架和从支架壳体内部导走，通常将一个随同一起转动的热交换器直接紧邻X射线源安装。此第一个热交换器在支架壳体内部将热量传送给支架周围的空气。该在支架四周被加热的空气例如可以通过一个第二热交换器进行冷却，该第二热交换器将从空气那里接受的热量导送到一个位于支架壳体外部的冷却系统中。德国专利申请公开说明书DE199 45 413 A1示出了一种计算机断层造影设备，其中第二热交换器相对于X射线源地点固定地设置在支架壳体中。在运行期间接受的热量通过设置在第二热交换器内的冷却介质管道导送到一个位于支架外部的冷却系统中。在德国专利申请公开说明书DE 198 45 756 A1提供了一种替换方式。在那里所示出的计算机断层造影设备中，第二热交换器随同支架转动地设置在支架壳体中。热量的导出在两次测量之间的支架停机的时间内完成，在那里借助快速耦接将第二热交换器与一个设置在支架外部的水冷回路相接通。
在所提到的冷却系统中已证实，不利的是需要多个精密的机械和电子部件，这些部件鉴于其功能是易磨损的，相应地必须进行维护。另一个缺点是，鉴于所要求的热交换器的尺寸，支架壳体必须具有相应大的体积。采用最后所描述的那种变化结构，虽然可得到十分优良的冷却效率，但是此时的缺点是冷却介质的冷却仅在具有足够的停机时间时才有可能。此外，由于要求与一个外部冷却介质回路相耦接，加大了实现支架壳体摆动的难度。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种构造简单、成本低廉、且在支架壳体中占有小空间的冷却系统。
为解决上述技术问题，本发明在本说明书开始部分所提到的冷却系统中为冷却支架装入了一个用于在轴承区域将冷却气流从该固定部件(通常也称作支架底座)导送到该支架壳体中和/或从该支架壳体导送到该支架底座中的冷却气体输送装置。出于成本原因和简单化，多半情况优选采用单一的空气作为冷却气体。因而，下面对冷却气体和空气的概念常常用作同义词。但是本发明不局限于利用空气作为冷却气体。
本发明冷却系统的优点在于：既不必在支架壳体中集成用于接收支架部件(尤其是X射线源)发出的热量并将其从支架壳体排走的强制散热器，也不要求用于导走热量的支架停机间歇，因为一种冷却气体通过支架壳体持续地从支架底座流出和流回到支架底座，并有效地冷却位于其中的部件及X射线源。
从属权利要求包含了本发明特别优选的构造和改进结构。
在目前通用的计算机断层造影设备中，支架壳体借助两个同轴设置的、即设置在支架壳体两对置侧处摆动轴上的摆动轴承以可绕摆动轴摆动的方式支承在支架底座上。
在这样的设备中，本发明的冷却系统的第一种优选变化结构这样构成，使得冷却气体在摆动轴承之一的区域流入到该支架壳体中，流经该支架壳体，再在第二摆动轴承的区域流回到支架底座。
在本发明的这种变化结构中，冷却气体在一个封闭的回路中流动。在这种情况下，冷却气体保持在支架壳体或固定部件内部，从而不必与患者检查室进行交换。如果需要一种无菌环境，这样一种结构形式特别有利。
在一种替换的开式系统中，被加热的冷却气体可以通过计算机断层造影设备的支架底座中的流出口流出或导出。在这种情况下，一种特别优选的变化结构为：将被加热的空气通过排出管道从患者检查室向外排走，以减少患者检查室空调设备的负荷。为此，在支架底座上优选连接有例如与检查室适用的排气装置相连的相应排出管或排出软管。
在本发明的另一种开式变化结构中，支架壳体这样构造，使得支架壳体的外壁本身具有至少一个流出口。在这种变化结构中，冷却气体在一个轴承区域从支架底座导送到支架壳体中。然而冷却气体在这里直接从支架壳体的流出口选出，而不是首先导送回支架底座中。该流出口可以是一个或多个较大的孔。然而优选该壳体在一个确定的区域径向向外(即离开检查对象)打孔。在这种变化结构中，尤其优选冷却系统这样构成，使得空气在两个摆动轴承区域流入到支架壳体中。这样一来提高了冷却气体的通过能力。
在前面所描述的没有封闭的冷却气体回路的实施方式中，本发明的冷却系统优选这样构成，空气从患者检查室或外部通过管道系统或软管系统经固定部件的至少一个流入口吸入。为了防止支架壳体中的构件被吸入的冷却空气污染，优选在支架壳体之前的冷却空气流中设置一个过滤器或类似部件，以将灰尘和其他颗粒滤掉。
冷却气体流入到和/或回流到支架壳体中优选借助至少一个设置在支架底座中的通风机来实现。在这种情况下，这样的通风机尤其优选在位于轴承附近。
为将冷却气体从支架底座输送或导送到支架壳体和进行回送，在轴承区域给出了各种可能性。
本发明的一种变化结构为：冷却气体通过一个沿着通过轴承走向的通流孔从固定部件流入到支架壳体和/或从支架壳体中流回到固定部件中。为此，该轴承例如设计成轴承环或轴承管。在这种情况下，该开口净截面(即轴承环内径或轴承管内径)应当尽可能大，以便可以尽量无阻碍地进行空气交换。
在另一种优选变化结构中，通流孔位于支架壳体和支架底座壳体中彼此对置设置、且与轴承相邻的表面上。在这种变化结构中，通过加大通流孔的面积提高冷却气体的通过能力。为保持冷却气体的压力，通流孔对外密封，从而没有冷却气体可以从支架壳体和支架底座壳体之间的缝隙之间逸出。通流孔可能的形状、开口尺寸和布置将根据壳体的几何形状、壳体的尺寸以及所希望的倾斜角对每个结构系列进行优化。
此外，还可以将前面所提到的两种变化结构进行组合，即一种在轴承内部和各个轴承旁的壳体均设有通流孔的结构。
为提高冷却系统的效率，在本发明的优选实施方式中还在固定部件中安装了热交换器。该热交换器冷却例如进入支架壳体之前的空气、和/或在支架壳体之后排出到患者检查室之前的空气或在一封闭回路中重新从支架壳体回流到支架底座之前的空气。在一种实施方式中，优选将热交换器定位在与通风机相邻的位置。该热交换器可以连接在一个流体冷却器上，如一种简单的水冷冷却器。
支架壳体可以优选这样构成，在支架壳体的内部安装有导流面和/或导流通道，优选径向朝向支架内部。这样一来，有助于冷却气体按所预期的那样流入到支架壳体中。在这种情况下，导流面还可以设置在支架的旋转部件上。
除了已提到的在轴承区域的通风机外，还可以将其他通风机安装到固定部件中，以促进支架底座中的流动。这特别适合于带有一封闭回路的系统。
将冷却系统设计成位于轴承区域的冷却气体输送系统的主要优点在于：支架壳体本身没有必要必须安装多个热交换器。因而，冷却系统是一个相当简单和成本低廉的系统。由于不必在支架壳体内部安装附加的机械部件，一方面已经使制造成本较低。另一方面减少了整个设备的维护费用。此外，冷却系统还有这样的优点：由此就有可能节省费用地设计一个较小的支架壳体。此冷却系统的另一个优点是：不要求在停机间歇期间将一个外部冷却介质泵耦接到支架壳体的外侧。因而，实现支架壳体的摆动变简单了。
本发明的冷却系统也可以按特定的方式特别有利地在一台持续旋转的计算机断层造影设备中采用，也就是在一台如在一个工作班次期间、一个工作日或作多次检查时不中断地工作着的计算机断层造影设备中采用。在这样一种结构中，该可绕系统轴转动的扫描单元的转动可以从对第一检查对象进行检查的起始时刻不中断地进行到对第二检查对象进行检查的结束时刻。在这里，“不中断”不必要求该不中断的转动以恒定的旋转频率来完成。宁可优选扫描单元的旋转频率可以由医生根据所希望进行的检查(例如对一患者的心脏或腹部进行检查)进行不同的调整。一种相应设计的计算机断层造影设备尤其可以这样控制，使得扫描单元在恰好不进行检查时以一个事先设定的转速(备用位置)旋转。此转速例如小于可提供应用的转速，或者位于可提供应用的转速的平均值区域，从而在一次重新应用时转速的变化平均来说是小的。不中断转动的时间周期可以延长为一星期或更长。持续运行的计算机断层造影设备的优点在于：可避免那些迄今例如为在每次重新检查之前总需要对扫描单元重新定位所要求的时间紧张的制动周期或启动周期。此外，在一台持续运行的计算机断层造影设备中改善了整个断层造影设备的温度稳定性和均匀性。这例如还起到了以简化方式来实施冷却系统的作用。
此外，冷却系统还可以用来作为对已公知冷却方法的补充。于是，本发明的空气冷却器优选还可以用于冷却设置在支架中并随着一起转动的热交换器，从而提高了效率。
尤其还可以对已有的计算机断层造影设备进行改装。为此，只需要在支架底座中合适地配置通风机以及在支架壳体中和/或在支架底座壳体中和/或在轴承中设置流入口和流出口即可。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作详细说明。相同的部件在各幅附图中采用相同的附图标记。
图1是带有本发明第一种实施方式冷却系统的计算机断层造影设备的示意断面图。
图2是带有本发明第二种实施方式冷却系统的计算机断层造影设备的示意断面图。
图3是带有本发明第三种实施方式冷却系统的计算机断层造影设备的示意断面图。
图4是带有本发明第四种实施方式冷却系统的计算机断层造影设备的示意断面图。
具体实施方式
图1所示的计算机断层造影设备1具有一个固定的部件7(以下称作支架底座7)和一个可运动地支承在其上、在此构造成大致为环形的(即象一个“汽车轮胎”那样的)支架壳体2作为主要部件。该支架2内安装了一个带有一可沿转动方向R旋转支承的支承环6(也称作转筒6)的支架3，在该支架中彼此对置地设置了一个X射线源4和一个检测器5。在计算机断层造影设备1运行时，转筒6围绕一个卧躺在检查室内一个卧塌28上的待检查对象P(图中为一患者P)转动，其中一束由X射线源4发出的扇形X射线束穿过待检查对象P，投射到检测器5上。从而，获得一幅患者P体内位于该转筒6转动平面上的那一层的层析图像。
在这种情况下，支架壳体2借助两个位于该支架底座7两对置侧的同轴摆动轴承12、13以可围绕摆动轴S摆动的方式支承着。通过使支架壳体2围绕摆动轴S摆动，因而使支架3围绕摆动轴S摆动，实现层析图像平面倾斜。
在图1所示实施方式情况，在该支架壳体2一侧的摆动轴承12区域设置了一个第一通风机14。该通风机14起到将冷却空气流K送入到支架壳体2中的作用。冷却空气流K通过流入口8吸入到支架底座7的壳体内，且通过轴承12中的通流孔29导送到支架壳体2中。然后，借助一个位于该支架底座7内支架壳体2对置侧的第二通风机15再将在支架壳体2中被加热的空气通过相对置的摆动轴承13中的通流孔30从该支架壳体2中抽吸出来。热空气流W最后通过支架底座7的壳体中的流出口10逸出。由于通风机14、15的直径与通流孔29、30的直径不一致，借助一个喇叭形的管道段18、19使它们相适配。
图2示出了一个与图1相类似的实施方式。然而在这里，冷却空气K借助通风机14通过不同的流入口8、9吸入到支架底座7内。此外，这里在该第二通风机15的区域还设置了一个对被加热的空气流W起冷却作用的热交换器22。因而，以这种方式被冷却的空气可以通过支架底座7的壳体中的流出口10逸出到患者检查室内，而不致加大现有空调设备的负荷。
此外，这种实施方式在支架底座7的壳体和支架壳体2的摆动轴承12、13区域(即与摆动轴承12、13相邻的区域)相对置的表面上具有通流孔31、32来代替轴承本身中的通流孔。因而加大了导送到支架壳体2中和再从那里离开的空气流的体积。由于加大了冷却气体体积，进而改善了冷却气体的冷却效果。优选该通流孔31、32设置有环状环绕通流孔31、32走向、且在支架壳体2和支架底座7之间延伸的密封件27，以保持冷却气体的压力。在这里例如可以是波纹状密封件27。
一个在此实施方式中附加安装在从外部吸入冷却空气的通风机14之前的空气过滤器20用来防止由杂质颗粒和灰尘引起的对支架3的污染。
图3示出了一种带有一封闭冷却气体回路的实施方式。在这里，冷的冷却气流K借助一个通风机14鼓送通过一摆动轴承12区域的通流孔31而进入支架壳体2。被加热的冷却气流W再在对置侧借助一个通风机15通过第二摆动轴承13区域的通流孔32吸走。在此实施方式情况，在支架底座7设有一个热交换器22。该热交换器22连接在一水冷回路的冷却管道24中。被加热的冷却气体W在这里由一个沿流动方向可紧接在热交换器22之前设置的通风机16吸入到热交换器22处。然后，被冷却的冷却气体K在那里被另一个紧接在该热交换器22之后的通风机17再向着第一通风机14的方向压送过去，以有助于冷却气体回路的流动。
在这种实施方式中，尤其提供了借助冷却空气流K来冷却设置在支架底座7中的部件。
图4示出了一种借助两个通风机14、15将冷却空气流K鼓送通过支架壳体2两对置侧处的两个摆动轴承12、13中的通流孔29、30而进入支架壳体2的实施方式。由于支架3的转动和借助设置在支架壳体2内部中的转筒6上的促进流动导向叶片26而更有利于冷却空气的流动。被加热的冷却空气W接着通过向上的流出口11而从支架壳体2中逸出。借助设置在支架底座7内摆动轴承12、13区域的热交换器22、23，将在入口前吸入到支架壳体2中的空气进行冷却，由此来加强空气流的冷却作用。热交换器22、23再次连接在一个冷却回路的冷却管道24、25中。通过在通风机14、15区域附加安装空气过滤器20、21，再次防止由杂质颗粒和灰尘对支架3加大污染。
上面所描述的通风机14、15、16、17和热交换器22、23的布置仅是示例性地给出。因而，例如这些通风机和热交换器按照需要可以布置在支架底座7之中或支架底座7的外部。此外，需要时还可以集成如空气流中的除湿器那样的附加部件。

Claims (22)

1.一种用于对一台带有一个可绕一旋转轴旋转地支承在一支架壳体(2)中的X射线源(4)的计算机断层造影设备(1)的支架(3)进行冷却的冷却系统，其中该支架壳体(2)借助至少一个轴承(12，13)可运动地支承在该计算机断层造影设备(1)的一个固定部件(7)上，其特征在于：其具有一个用于在至少这些轴承(12，13)之一的区域将冷却气流(K，W)从该固定部件(7)导送到该支架壳体(2)中和/或从该支架壳体(2)导送到该固定部件(7)中的冷却气体输送装置(14，15，16，17，29，30，31，32)。
2.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：所述支架壳体(2)借助两个位于所述计算机断层造影设备(1)的固定部件(7)上两对置侧处的同轴摆动轴承(12，13)以可绕一摆动轴(S)摆动的方式支承着，且所述冷却系统这样构成，使得所述冷却气体(K，W)在两摆动轴承的第一摆动轴承(12)区域流入到该支架壳体(2)中，流经该支架壳体(2)，再在两摆动轴承的第二摆动轴承(13)区域从该支架壳体(2)中流出。
3.按照权利要求2所述的冷却系统，其特征在于：具有一个封闭的冷却气流回路。
4.按照权利要求4所述的冷却系统，其特征在于：位于所述计算机断层造影设备(1)的固定部件(7)上的、供冷却气体(W)在流过所述支架壳体(2)后流出或导出的流出口(10)。
5.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：所述支架壳体(2)借助两个位于所述计算机断层造影设备(1)的固定部件(7)上两对置侧处的同轴摆动轴承(12，13)以可绕一摆动轴(S)摆动的方式支承着，且所述冷却系统这样构成，使得冷却气流(K，W)在至少两摆动轴承(12，13)之一的区域流入到该支架壳体(2)中，且通过至少一个流出口(11)从该支架壳体(2)逸出。
6.按照权利要求5所述的冷却系统，其特征在于：所述冷却系统这样构成，使得冷却气体(K)在两个摆动轴承(12，13)区域流入到所述支架壳体(2)中。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的冷却系统，其特征在于：所述冷却气流(K，W)具有一股从所述计算机断层造影设备(1)外部通过至少一个流入口(8，9)吸入的空气流(K)。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于：所述冷却气体输送装置(14，15，16，17，29，30，31，32)具有至少一个通风机(14，15，16，17)
9.按照权利要求8所述的冷却系统，其特征在于：所述通风机(14，15，16，17)位于所述计算机断层造影设备(1)的固定部件(7)中。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的冷却系统，其特征在于：至少所述两轴承(12，13)之一具有一个沿着通过轴承走向的通流孔(29，30)，所述冷却气体(K，W)通过此通流孔从所述固定部件(7)流入到所述支架壳体(2)或从所述支架壳体(2)中流入到所述固定部件(7)中。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的冷却系统，其特征在于：所述支架壳体(2)和所述固定部件(7)的壳体中相互对置设置、且至少与两轴承(12，13)之一相邻的表面上具有供冷却气体(K，W)从该固定部件(7)流入到该支架壳体(2)或从该支架壳体(2)中流入到该固定部件(7)中的通流孔(31，32)。
12.按照权利要求11所述的冷却系统，其特征在于：具有安装在所述支架壳体(2)和/或所述固定部件(7)上环绕所述通流孔(31，32)的密封件(27)。
13.按照权利要求1至12中任一项所述的冷却系统，其特征在于：至少一个设置在冷却气流(K，W)中的用于对冷却气体进行冷却的热交换器(22，23)。
14.按照权利要求13所述的冷却系统，其特征在于：所述热交换器(22，23)设置在所述固定部件(7)中。
15.按照权利要求1至14中任一项所述的冷却系统，其特征在于：设置在所述支架壳体(2)内部的导流面(26)和/或导流通道。
16.一种带有如权利要求1至15中任一项所述冷却系统的计算机断层造影设备(1)。
17.一种对一台带有一个可绕一旋转轴旋转地支承在一支架壳体(2)中的X射线源(4)的计算机断层造影设备(1)的支架(3)进行冷却的冷却方法，其中该支架壳体(2)借助至少一个轴承(12，13)可运动地支承在该计算机断层造影设备(1)的一个固定部件(7)上，其特征在于：将冷却气流(K，W)从该固定部件(7)导送到该支架壳体(2)中和/或从该支架壳体(2)导送到该固定部件(7)中。
18.按照权利要求17所述的冷却方法，其特征在于：所述支架壳体(2)借助两个位于所述计算机断层造影设备(1)的固定部件(7)上两对置侧处的同轴摆动轴承(12，13)以可绕一摆动轴(S)摆动的方式支承着，且所述冷却气体在两摆动轴承的第一摆动轴承(12)区域导送到该支架壳体(2)中，通过该支架壳体(2)，再在两摆动轴承的第二摆动轴承(13)区域从该支架壳体(2)中导出。
19.按照权利要求16至18中任一项所述的冷却方法，其特征在于：所述冷却气流(K，W)在一个封闭回路中导送。
20.按照权利要求16至18中任一项所述的冷却方法，其特征在于：所述冷却气体在流过支架壳体(2)后从所述计算机断层造影设备(1)中流出或导出。
21.按照权利要求16或17所述的冷却方法，其特征在于：所述支架壳体(2)借助两个位于所述计算机断层造影设备(1)的固定部件(7)上两对置侧处的同轴摆动轴承(12，13)以可绕一摆动轴(S)摆动的方式支承着，且所述冷却气体在至少两摆动轴承(12，13)之一的区域导送到该支架壳体(2)中，且通过该支架壳体(2)的至少一个流出口(11)导出到周围环境中。
22.按照要得要求16至21中任一项所述的冷却方法，其特征在于：所述冷却气体由至少一个热交换器(22，23)对其进行冷却。
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