CN1623510A - 医学成像系统的冷却和电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种辅助模块(24)，其配置为冷却医学成像装置的成像元件和供给额外的电力到医学成像装置。该辅助模块(24)包括升压电池组(34)，其中，该升压电池组(34)配置为电连接到医学成像系统(10)，以便提供额外的电力到医学成像系统(10)。该辅助模块(24)还包括冷却单元(32)，其配置为循环冷却液体到成像元件和从成像元件循环冷却液体，其中，冷却液体吸收由成像元件产生的热。
Description
技术领域
本发明的实施例总地涉及医学成像系统的冷却和/或电源系统，更具体的，涉及一种用于冷却x射线成像系统和/或给x射线成像系统提供电力的辅助模块。
背景技术
x射线成像系统通常包括x射线管、检测器和定位臂，诸如C形臂，其支撑x射线管和检测器。在操作中，其上定位病人的成像台位于x射线管和检测器之间。x射线管通常朝着病人发射辐射，诸如x射线。该辐射通常通过定位在成像台上的病人，撞击在检测器上。由于辐射通过病人，病人内的解剖结构引起在检测器处接收的辐射的空间变化。然后，检测器将该辐射变化转化为图像，其可以用于临床评价。
当高速电子突然减速时，例如，当金属靶由通过几千伏的电位差加速的电子撞击时，产生x射线。通常x射线发射器包括可以是固定的或者可旋转的阳极，以及阴极。如果阳极可旋转，那么阳极可以以高速旋转，以便在x射线发射过程期间处理由阴极在靶上得到的热。
有些过程要求延长的成像周期，诸如通过x射线，以便正确诊断、治疗和/或评定病人的条件。通常，在延长的成像期间，诸如x射线管之类的成像元件过热，使得操作者不得不中断成像过程，以便允许成像元件冷却。尤其是在可移动x射线系统中，x射线管中的风扇和旋转元件可能不能充分散发由x射线管产生的热。这样，成像可能中断持续延长的时间周期。此外，在延长成像期间，成像系统可能不能由足够的电力供给。也就是，在延长成像期间，成像装置内的电源电平可能耗尽到不能进一步成像的状态。
这样，需要一种更加有效的冷却医学成像系统的成像元件的系统和方法。另外，需要一种在高密(intense)成像和/或延长成像期间为医学成像系统提供额外电力的系统和方法。
发明内容
本发明的实施例提供了一种医学成像系统，其包括具有主体和成像元件的医学成像装置，以及具有冷却单元的辅助模块，该冷却单元构造为循环冷却液体到成像元件和从成像元件循环冷却液体。当冷却液体围绕成像元件循环或者通过时，冷却液体吸收在成像过程期间由成像元件产生的热。该成像元件可以是包括在可移动x射线C形臂装置内的x射线管。
冷却管道围绕成像元件的至少一部分。该冷却管道包括流体入口和流体出口，其分别与流体输入管线(或者供给管)和流体返回管线(或者返回管)流体连通。冷却液体从冷却单元通过流体输入管线供给到冷却管道。冷却液体通过流体返回管线返回到冷却单元。该冷却单元包括泵，或者其它这样的部件，其作用为在冷却单元和冷却管道之间循环冷却液体。
冷却管道可以持久地或者可拆卸地连接到成像元件。例如，冷却管道可以配置为在成像期间定位在成像元件上；但是当成像装置不工作时，冷却管道可以从成像元件卸下，且以辅助模块存储。辅助模块可以是可移动的和/或远离成像装置定位。例如，辅助模块可以包括具有轮子(例如，脚轮组件)的车，其允许辅助模块方便地在各个位置之间移动。可选的，辅助模块可以持久地固定到成像装置，或者另一个结构，诸如壁、地或者另一个固定结构。
辅助模块还可以包括升压电池组，其配置为电连接到医学成像装置，以便在高密和/或延长成像期间提供额外的电力到医学成像装置。成像装置的主体包括电连接到成像装置内的电源系统的电源升压插座。电连接到升压电池组的电力电缆可以可拆卸地连接(例如，插头和插座的关系)到电源升压插座，以便电源系统可以从升压电池组汲取电力。
本发明的实施例还提供一种可操作地支撑诸如可移动x射线装置之类的成像装置的方法。该方法包括可操作地将具有冷却单元的辅助模块连接到成像装置，用冷却单元来冷却液体，从而产生冷却液体，从冷却单元将冷却液体传送到成像装置的诸如x射线管之类的成像元件，以及围绕成像元件的至少一部分循环冷却液体，以便冷却液体吸收由成像元件在成像过程期间产生的热。
另外，该方法还可以包括围绕x射线管的至少一部分提供冷却管道，以便该传送包括从冷却单元通过与冷却单元和冷却管道流体连通的第一管子将冷却液体传送到x射线管，以及通过与冷却单元和冷却管道流体连通的第二管子将冷却液体返回到冷却单元。
该方法还可以包括在辅助模块中提供升压电池组，以及将升压电池组电连接到x射线装置，以便x射线装置从升压电池组汲取电力。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的医学成像系统。
图2示出了根据本发明的实施例的x射线管的内部侧视图。
图3示出了根据本发明的替代实施例的辅助模块。
图4示出了根据本发明的另一个替代实施例的辅助模块。
当结合附图阅读时，可以更好地理解前述的发明内容以及下面的本发明的具体实施方式。为了说明本发明，在附图中显示某些实施例。然而，应该理解，本发明不限于在附图中显示的装置和手段。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的医学成像系统10。该医学成像系统10包括x射线装置11，其包括具有轮子14(例如，脚轮组件)的基部部件12、主体16、诸如C形臂之类的定位臂18、x射线管20和检测器22。该医学成像系统10还包括辅助模块，诸如远程冷却和电源系统24，以及工作站25，其可操作地连接到x射线装置11。定位臂18包括第一端或者第一叉26，以及第二端或者第二叉28。
基部部件12支撑x射线装置11的整个结构。基部部件12一体连接到主体16，主体16又连接到定位臂，或者C形臂18。该x射线管20定位在第一叉26的远端，而检测器22定位在第二叉28的远端。该x射线管20和检测器22定向为使得x射线管20朝着检测器22发射辐射。在题为“Mobile bi-planar fluoroscopic imagingapparatus”的美国专利No.6104780，题为“One piece C-arm for x-raydiagnostic equipment”的美国专利No.5802719，以及题为“Mini C-armassembly for mobile x-ray imaging system”的美国专利No.5627873中进一步描述x射线C形臂的例子，其整个都通过引证在此引入。
该x射线装置11还可操作地连接到工作站25。工作站25可以是可移动工作站，以便其可以在各个位置之间移动。工作站25包括支撑中央处理器(CPU)29的壳体27、输入装置31(诸如键盘、鼠标或者触敏显示器)，以及显示单元33。输入装置31和显示单元33与CPU29电连通。工作站25允许使用者操作x射线装置11，以及监控其操作。
在操作中，病人定位在x射线管20和x射线检测器22之间的x射线定位台(没有显示)上。在病人定位以后，成像过程可以开始。为了开始成像过程，启动x射线管20。在成像期间，x射线管20发射辐射，该辐射通过病人，且由检测器22接收。
辅助模块24包括容纳冷却单元32和升压电池组34的车30。冷却单元32可以是冷却板、冰容器、诸如在空调和/或制冷单元中的流体凝结/蒸发系统、一系列传热管子和导管、热离子冷却装置，或者能够冷却和循环流体的各种其它已知的冷却系统。车30由轮子36，例如脚轮组件支撑，以便辅助模块24可以方便地移动到各个成像或者操作环境，以及从各个成像或者操作环境移动。可操作地连接到电力电缆40的电力输入件38给冷却单元32(以便操作冷却单元32)和升压电池组34(以便用电力对升压电池组34充电)提供电力。电力电缆40可以可拆卸地连接到电源，诸如标准的交流电壁输入件。可选的，电力电缆40可以可拆卸地连接到本领域中已知的各种其它已知的电源。
冷却单元32可操作地连接到冷却流体输出件42和返回流体输入件44。冷却单元32构造为通过冷却流体输出件42来从冷却单元32抽取或者另外供给冷却(即，冷的)流体。此外，冷却单元32配置为通过返回流体输入件44接收流体。流体可以是水、油、防冻剂或者各种其它合适的液体，其可以在x射线管20内循环。
管子46可操作地连接到在第一端48处的流体输出件42，以便冷却流体可以从冷却单元32通过冷却流体输出件42，以及进入管子46。管子46的第二端50通过流体入口54可拆卸地连接到围绕x射线管20定位的冷却管道52。冷却管道52可以是空气密封/流体密封的管形结构，其覆盖x射线管20的一部分。可选的，冷却管道52可以是空气密封/流体密封的膜、袋或者囊，其围绕x射线管20的全部或者大致全部。冷却管道52还包括流体出口56。管子58可拆卸地连接到流体出口56，以允许流体从冷却管道52通过返回流体输入件44流回到冷却单元32。流体出口48、56和流体入口44和54包括诸如止回阀之类的结构，以确保当冷却单元32不工作和/或当管子46和58没有连接到其上时流体不逸出。在成像之前，管子46和56分别连接到流体入口54和流体出口56，以便x射线管20可以通过由冷却单元32循环的冷却流体来冷却。
如图1所示，管子46和58分别在流体入口54和出口56处可拆卸地连接到冷却管道52。或者，流体入口54和流体出口56可以定位在x射线成像装置11的主体16上。导管、管道或者其它这样的结构可以定位在主体12和定位臂18内，以便允许流体从冷却单元32传送到冷却管道52。也就是，x射线成像装置11可以包括内部导管、管道、通路、通道等，其适于允许流体在冷却管道52和冷却单元32之间传送。此外，或者，x射线成像装置11可以包括外部导管、管道、通路、通道等，其适于允许流体在冷却管道52和冷却单元32之间传送。这样，替代构造在x射线成像装置11内具有通道、管道等的x射线成像装置11，这些部件可以定位在主体16和定位臂18的外部上。
此外，或者，冷却管道52可以不是持久地接附到x射线管20。替代地，管子46、56和冷却管道52可以是单个的、单一的、一体形成的结构。在这样的情况下，流体入口54和流体出口56是不必要的，由于管子46、58和冷却管道52是单一结构。由管子46、58和冷却管道52限定的结构可以配置为可拆卸地包绕、覆盖或者另外定位在x射线管20上。这样，当x射线成像装置11不工作时，冷却结构从x射线管20卸下。然而，在成像之前，冷却结构可以可操作地连接到x射线管20(例如，围绕x射线管20覆盖、遮蔽、包裹等)。可选的，可拆卸的冷却结构可以定位在x射线管20内，而另一个可拆卸的冷却结构可以定位在x射线管20外。此外，可拆卸的冷却结构可以包括定位在x射线管20内的部分，以及定位在x射线管20外的另一个部分。
该x射线成像装置11还包括电源升压插座60。此外，升压电池组34电连接到从车30延伸的电力电缆62。根据某个成像部分需要的电量，升压电池组34可以包括各种类型的电池，诸如本领域中已知的。升压电池组34可以包括一个或者多个主要和/或二级电源。例如，升压电池组34可以包括一种或者多种以下电池类型：镍金属氢化物；镍镉；铅酸；锂离子；锂聚合物；氯化钠镍；锌-空气；氧化还原钒；碳-锌；氯化锌；碱；氧化汞；溴化锌；和/或本领域中已知的各种其它电池类型。
升压电池组34可以通过电力电缆62和电源升压输入件60之间的接口来电连接到x射线成像装置11的主电源系统(没有显示)。升压电池组34配置为供给额外的电力到x射线成像装置11，用于延长的成像周期和/或特别高密的成像。升压电池组34适于通过电力电缆40和电源之间的接口，诸如通过标准的交流电壁输入件来充电和再充电。虽然x射线成像装置11通常连接到与升压电池组34分离和不同的电源，但是x射线成像装置11也可以通过升压电池组34单独地供电，以便促进在电力插座不足的环境中的成像(例如，可操作地连接到其它装置)。此外，升压电池组34还可以用于供给电力来操作冷却单元32。
另外，工作站25可以电连接到辅助模块24，以监控辅助模块24的特性。例如，CPU29可以配置为从辅助单元24接收有关冷却液体温度、电池电平等的数据。然后，CPU29可以在显示器33上向操作者显示有关这些特性的信息。此外，CPU29可以根据预定的参数来自动操作辅助单元24。例如，如果辅助模块24内的冷却流体温度低，或者太热，CPU29可以停止辅助模块24和/或x射线装置11的工作。一旦流体级别到达可接受的级别(关于数量和温度)，CPU29可以启动辅助模块24和/或x射线装置11的使用。
另外，x射线装置11可以包括传感器(没有显示)，其测量电源电平等。CPU29可以监控感测的电源电平，以确定是否需要来自辅助模块24的额外电力。CPU29可以自动控制辅助模块24，以提供额外的电力到x射线装置11，或者CPU29可以在显示器33上显示消息，警告操作者需要额外的电力。类似的，x射线管20的温度可以通过温度计(没有显示)或者其它这样的装置来监控，其与x射线管11本身内的CPU29或者处理单元电连通。有关x射线管温度的数据可以传递到工作站25，其随后被显示。
虽然成像系统11显示为可移动成像系统，但是本发明的实施例还可以用于持久的、不可移动成像系统。例如，辅助模块24可以用于固定的x射线C形臂成像系统。另外，辅助模块24不是必须包括冷却单元32和升压电池组34两者。也就是，辅助模块24可以包括冷却单元32或者电池组34，而不两者。可选的，辅助模块23不是可移动的，而是可以安装到墙壁、地上或者成像房间内的结构。此外，本发明的实施例可以提供不是可移动的冷却和/或电源升压系统。该冷却和/或电源升压系统可以固定到主体16或者定位臂18，而不是远离其定位。
图2示出了x射线管20的内部侧视图。该x射线管20包括外壳64、形成在外壳64内的辐射发射通道66，以及在x射线管20的与发射通道66相对的侧部上的安装板68。外壳64封闭插入物或者发射器70，其容纳x射线管20的内部部件。内部部件包括阳极72、诸如轴之类的延伸杆74、阴极76和真空78内的轴承75。阴极76和阳极72安装在插入物70的内部。阳极72连接到延伸杆74。延伸杆74的相对端通过轴承75保持。轴承又通过另外的结构保持，诸如安装在插入物70内的马达。插入物70又安装在外壳64内。虽然x射线管20包括可旋转的阳极72，x射线管20可以替代地包括固定的阳极。
如上所述，当高速电子突然减速时，例如，当金属靶，即，阳极72由通过超过8万伏的电位差加速的电子撞击时，产生x射线。然后，该x射线通过辐射发射通道66朝着检测器22发射。如上所述，阳极72连接到轴，即，延伸杆74。延伸杆74通过轴承75旋转，该轴承由马达启动。轴承75的旋转引起延伸杆74旋转。延伸杆74的旋转引起阳极72旋转。轴承75以高速，例如125Hz旋转阳极72。
冷却单元32通过冷却管道52在箭头A的方向上循环冷却流体。如上所述，冷却流体通过管子46和流体入口54送入冷却管道52。当流体通过冷却管道52时，流体吸收在x射线管20内产生的热。热从较热的，即，较高能量的源流到较冷的，即，较低能量的源。这样，在x射线管20内产生的热向外朝着冷却管道52内的冷却水辐射和/或传导。由于冷却流体吸收热，所以冷却流体的温度增加。流体通过冷却管道52传送通过流体出口56且进入管子58。然后，流体返回冷却单元32，冷却单元再冷却流体，以便其可以再循环到冷却管道52中。这样，本发明的实施例提供了用于冷却x射线管20的系统和方法。
虽然冷却管道52显示为在外壳64的外部，但是冷却管道52可以可选地位于在外壳64下的x射线管20内部。另外，替代与外壳64直接接触，冷却管道52可以直接定位在发射器70或者x射线管20的其它部件上。
图3示出了根据本发明的替代实施例的辅助模块80。辅助模块80包括冷却单元32，但是没有升压电池组。
图4示出了根据本发明的另一个替代实施例的辅助模块82。辅助模块82包括升压电池组34，但是没有冷却单元32。
上述的冷却和电源升压系统可以用于其它成像装置。例如，本发明的实施例可以用于超声系统，以冷却超声探头，以及为其提供额外的电力。总之，本发明的实施例可以用于热作为成像过程的副产品产生的任何系统和/或可以从额外的电力获益的系统。
例如，本发明的实施例可以用于各种成像形式，诸如计算机断层(CT)、x射线(基于膜的和数字x射线系统)、诸如在整个通过引证在此引入的题为“Data binning method and apparatus for PETtomography including remote services over a network”的美国专利No.6337481中显示和描述的正电子发射断层(PET)、诸如在整个通过引证在此引入的题为“SPECT system with reduced radiusdetectors”的美国专利No.6194725中显示和描述的单光子发射计算机断层(SPECT)、诸如在整个通过引证在此引入的题为“Fixed septumcollimator for electron beam tomography”的美国专利No.5442673中显示和描述的电子束断层(EBT)，和诸如在也整个通过引证在此引入的题为“Magnetic resonance imaging apparatus”的美国专利No.6462544中描述的磁共振(MR)，以及各种其它成像系统。另外，本发明的实施例还可以用于导航和跟踪系统，诸如那些在题为“Position Tracking and Imaging System for Use in MedicalApplications”的美国专利No.5803089中描述的，其整个通过引证在此引入。
这样，本发明的实施例提供了一种冷却成像元件的有效系统和方法。此外，本发明的实施例提供了一种供给额外的电力到成像系统的系统和方法。
虽然已经参考某些实施例描述了本发明，但是本领域中的普通技术人员可以理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以进行各种变化和可以替代等价物。此外，可以进行很多修改，以使具体的情况或者材料适应本发明的教示，而不偏离其范围。因此，意在使本发明不限于披露的具体实施例，而且本发明包括位于后附的权利要求书范围内的所有实施例。
部件列表
医学成像系统10
x射线装置11
基部部件12
轮子14
主体16
定位臂18
x射线管20
检测器22
辅助模块，诸如远程冷却和电源系统24
工作站25
第一叉26
第二叉28
壳体27
中央处理器(CPU)29
输入装置31
显示单元33
车30
冷却单元32
升压电池组34
轮子36
电力输入件38
电力电缆40
冷却流体输出件42
返回流体输入件44
管子46
第一端48
第二端50
冷却管道52
流体入口54
流体出口56
管子58
电源升压插座60
电力电缆62
外壳64
辐射发射通道66
安装板68
发射器70
阳极72
延伸杆74
阴极76
轴承75
真空78
辅助模块80
辅助模块82
Claims (11)
1.一种医学成像系统(10)，其包括：
具有主体和成像元件的医学成像装置；以及
具有冷却单元(32)的辅助模块(24)，该冷却单元构造为循环冷却液体到所述成像元件和从所述成像元件循环冷却液体，其中，该冷却液体吸收由所述成像元件产生的热。
2.如权利要求1所述的医学成像系统(10)，其特征在于，所述成像元件包括x射线管(20)，其中，所述冷却单元(32)在所述成像元件上和所述成像元件内中的至少一种情况下循环冷却液体。
3.如权利要求2所述的医学成像系统(10)，还包括由所述主体支撑的C形臂(18)，其中，所述x射线管(20)定位在所述C形臂(18)的一端。
4.如权利要求1所述的医学成像系统(10)，还包括：
围绕所述成像元件的至少一部分的冷却管道(52)，所述冷却管道(52)具有流体入口(54)和流体出口(56)；
与所述冷却单元(32)和所述流体入口(54)流体连通的流体输入管线，其中，冷却液体从所述冷却单元(32)通过所述流体输入管线供给到所述冷却管道(52)；以及
与所述冷却单元(32)和所述流体出口(56)流体连通的流体返回管线，其中，冷却液体通过所述流体返回管线返回到所述冷却单元(32)。
5.如权利要求4所述的医学成像系统(10)，其特征在于，所述冷却管道(52)可拆卸地连接到所述成像元件。
6.如权利要求1所述的医学成像系统(10)，其特征在于，所述辅助模块(24)是可移动的。
7.如权利要求1所述的医学成像系统(10)，其特征在于，所述辅助模块(24)持久地固定到医学成像装置、地面和墙壁之一。
8.如权利要求1所述的医学成像系统(10)，其特征在于，所述辅助模块(24)还包括升压电池组(34)，其中，所述升压电池组(34)配置为电连接到所述医学成像装置，以便提供额外的电力到所述医学成像装置。
9.如权利要求1所述的医学成像系统(10)，其特征在于，所述辅助模块(24)远离所述医学成像装置定位。
10.在具有C形臂的可移动x射线装置中，x射线管定位在C形臂的一端上，检测器定位在C形臂的另一端上，一种冷却x射线管的方法，其包括：
可操作地将具有冷却单元的辅助模块连接到可移动x射线装置；
用冷却单元来冷却液体，从而产生冷却液体；
从冷却单元将冷却液体传送到x射线管；以及
围绕x射线管的至少一部分循环冷却液体，以便冷却液体吸收由x射线管在x射线成像过程期间产生的热。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
围绕x射线管的至少一部分提供冷却管道，其中，所述传送包括从冷却单元通过与冷却单元和冷却管道流体连通的第一管子将冷却液体传送到x射线管；以及
通过与冷却单元和冷却管道流体连通的第二管子将冷却液体返回到冷却单元。
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