專利名稱：醫學成像系統的冷卻和電源系統的制作方法
技術領域：
本發明的實施例總地涉及醫學成像系統的冷卻和/或電源系統，更具體的，涉及一種用于冷卻x射線成像系統和/或給x射線成像系統提供電力的輔助模塊。
背景技術：
x射線成像系統通常包括x射線管、檢測器和定位臂，諸如C形臂，其支撐x射線管和檢測器。在操作中，其上定位病人的成像臺位于x射線管和檢測器之間。x射線管通常朝著病人發射輻射，諸如x射線。該輻射通常通過定位在成像臺上的病人，撞擊在檢測器上。由于輻射通過病人，病人內的解剖結構引起在檢測器處接收的輻射的空間變化。然后，檢測器將該輻射變化轉化為圖像，其可以用于臨床評價。
當高速電子突然減速時，例如，當金屬靶由通過幾千伏的電位差加速的電子撞擊時，產生x射線。通常x射線發射器包括可以是固定的或者可旋轉的陽極，以及陰極。如果陽極可旋轉，那么陽極可以以高速旋轉，以便在x射線發射過程期間處理由陰極在靶上得到的熱。
有些過程要求延長的成像周期，諸如通過x射線，以便正確診斷、治療和/或評定病人的條件。通常，在延長的成像期間，諸如x射線管之類的成像元件過熱，使得操作者不得不中斷成像過程，以便允許成像元件冷卻。尤其是在可移動x射線系統中，x射線管中的風扇和旋轉元件可能不能充分散發由x射線管產生的熱。這樣，成像可能中斷持續延長的時間周期。此外，在延長成像期間，成像系統可能不能由足夠的電力供給。也就是，在延長成像期間，成像裝置內的電源電平可能耗盡到不能進一步成像的狀態。
這樣，需要一種更加有效的冷卻醫學成像系統的成像元件的系統和方法。另外，需要一種在高密(intense)成像和/或延長成像期間為醫學成像系統提供額外電力的系統和方法。
發明內容
本發明的實施例提供了一種醫學成像系統，其包括具有主體和成像元件的醫學成像裝置，以及具有冷卻單元的輔助模塊，該冷卻單元構造為循環冷卻液體到成像元件和從成像元件循環冷卻液體。當冷卻液體圍繞成像元件循環或者通過時，冷卻液體吸收在成像過程期間由成像元件產生的熱。該成像元件可以是包括在可移動x射線C形臂裝置內的x射線管。
冷卻管道圍繞成像元件的至少一部分。該冷卻管道包括流體入口和流體出口，其分別與流體輸入管線(或者供給管)和流體返回管線(或者返回管)流體連通。冷卻液體從冷卻單元通過流體輸入管線供給到冷卻管道。冷卻液體通過流體返回管線返回到冷卻單元。該冷卻單元包括泵，或者其它這樣的部件，其作用為在冷卻單元和冷卻管道之間循環冷卻液體。
冷卻管道可以持久地或者可拆卸地連接到成像元件。例如，冷卻管道可以配置為在成像期間定位在成像元件上；但是當成像裝置不工作時，冷卻管道可以從成像元件卸下，且以輔助模塊存儲。輔助模塊可以是可移動的和/或遠離成像裝置定位。例如，輔助模塊可以包括具有輪子(例如，腳輪組件)的車，其允許輔助模塊方便地在各個位置之間移動。可選的，輔助模塊可以持久地固定到成像裝置，或者另一個結構，諸如壁、地或者另一個固定結構。
輔助模塊還可以包括升壓電池組，其配置為電連接到醫學成像裝置，以便在高密和/或延長成像期間提供額外的電力到醫學成像裝置。成像裝置的主體包括電連接到成像裝置內的電源系統的電源升壓插座。電連接到升壓電池組的電力電纜可以可拆卸地連接(例如，插頭和插座的關系)到電源升壓插座，以便電源系統可以從升壓電池組汲取電力。
本發明的實施例還提供一種可操作地支撐諸如可移動x射線裝置之類的成像裝置的方法。該方法包括可操作地將具有冷卻單元的輔助模塊連接到成像裝置，用冷卻單元來冷卻液體，從而產生冷卻液體，從冷卻單元將冷卻液體傳送到成像裝置的諸如x射線管之類的成像元件，以及圍繞成像元件的至少一部分循環冷卻液體，以便冷卻液體吸收由成像元件在成像過程期間產生的熱。
另外，該方法還可以包括圍繞x射線管的至少一部分提供冷卻管道，以便該傳送包括從冷卻單元通過與冷卻單元和冷卻管道流體連通的第一管子將冷卻液體傳送到x射線管，以及通過與冷卻單元和冷卻管道流體連通的第二管子將冷卻液體返回到冷卻單元。
該方法還可以包括在輔助模塊中提供升壓電池組，以及將升壓電池組電連接到x射線裝置，以便x射線裝置從升壓電池組汲取電力。
圖1示出了根據本發明的實施例的醫學成像系統。
圖2示出了根據本發明的實施例的x射線管的內部側視圖。
圖3示出了根據本發明的替代實施例的輔助模塊。
圖4示出了根據本發明的另一個替代實施例的輔助模塊。
當結合附圖閱讀時，可以更好地理解前述的發明內容以及下面的本發明的具體實施方式
。為了說明本發明，在附圖中顯示某些實施例。然而，應該理解，本發明不限于在附圖中顯示的裝置和手段。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的實施例的醫學成像系統10。該醫學成像系統10包括x射線裝置11，其包括具有輪子14(例如，腳輪組件)的基部部件12、主體16、諸如C形臂之類的定位臂18、x射線管20和檢測器22。該醫學成像系統10還包括輔助模塊，諸如遠程冷卻和電源系統24，以及工作站25，其可操作地連接到x射線裝置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支撐x射線裝置11的整個結構。基部部件12一體連接到主體16，主體16又連接到定位臂，或者C形臂18。該x射線管20定位在第一叉26的遠端，而檢測器22定位在第二叉28的遠端。該x射線管20和檢測器22定向為使得x射線管20朝著檢測器22發射輻射。在題為“Mobile bi-planar fluoroscopic imagingapparatus”的美國專利No.6104780，題為“One piece C-arm for x-raydiagnostic equipment”的美國專利No.5802719，以及題為“Mini C-armassembly for mobile x-ray imaging system”的美國專利No.5627873中進一步描述x射線C形臂的例子，其整個都通過引證在此引入。
該x射線裝置11還可操作地連接到工作站25。工作站25可以是可移動工作站，以便其可以在各個位置之間移動。工作站25包括支撐中央處理器(CPU)29的殼體27、輸入裝置31(諸如鍵盤、鼠標或者觸敏顯示器)，以及顯示單元33。輸入裝置31和顯示單元33與CPU29電連通。工作站25允許使用者操作x射線裝置11，以及監控其操作。
在操作中，病人定位在x射線管20和x射線檢測器22之間的x射線定位臺(沒有顯示)上。在病人定位以后，成像過程可以開始。為了開始成像過程，啟動x射線管20。在成像期間，x射線管20發射輻射，該輻射通過病人，且由檢測器22接收。
輔助模塊24包括容納冷卻單元32和升壓電池組34的車30。冷卻單元32可以是冷卻板、冰容器、諸如在空調和/或制冷單元中的流體凝結/蒸發系統、一系列傳熱管子和導管、熱離子冷卻裝置，或者能夠冷卻和循環流體的各種其它已知的冷卻系統。車30由輪子36，例如腳輪組件支撐，以便輔助模塊24可以方便地移動到各個成像或者操作環境，以及從各個成像或者操作環境移動。可操作地連接到電力電纜40的電力輸入件38給冷卻單元32(以便操作冷卻單元32)和升壓電池組34(以便用電力對升壓電池組34充電)提供電力。電力電纜40可以可拆卸地連接到電源，諸如標準的交流電壁輸入件。可選的，電力電纜40可以可拆卸地連接到本領域中已知的各種其它已知的電源。
冷卻單元32可操作地連接到冷卻流體輸出件42和返回流體輸入件44。冷卻單元32構造為通過冷卻流體輸出件42來從冷卻單元32抽取或者另外供給冷卻(即，冷的)流體。此外，冷卻單元32配置為通過返回流體輸入件44接收流體。流體可以是水、油、防凍劑或者各種其它合適的液體，其可以在x射線管20內循環。
管子46可操作地連接到在第一端48處的流體輸出件42，以便冷卻流體可以從冷卻單元32通過冷卻流體輸出件42，以及進入管子46。管子46的第二端50通過流體入口54可拆卸地連接到圍繞x射線管20定位的冷卻管道52。冷卻管道52可以是空氣密封/流體密封的管形結構，其覆蓋x射線管20的一部分。可選的，冷卻管道52可以是空氣密封/流體密封的膜、袋或者囊，其圍繞x射線管20的全部或者大致全部。冷卻管道52還包括流體出口56。管子58可拆卸地連接到流體出口56，以允許流體從冷卻管道52通過返回流體輸入件44流回到冷卻單元32。流體出口48、56和流體入口44和54包括諸如止回閥之類的結構，以確保當冷卻單元32不工作和/或當管子46和58沒有連接到其上時流體不逸出。在成像之前，管子46和56分別連接到流體入口54和流體出口56，以便x射線管20可以通過由冷卻單元32循環的冷卻流體來冷卻。
如圖1所示，管子46和58分別在流體入口54和出口56處可拆卸地連接到冷卻管道52。或者，流體入口54和流體出口56可以定位在x射線成像裝置11的主體16上。導管、管道或者其它這樣的結構可以定位在主體12和定位臂18內，以便允許流體從冷卻單元32傳送到冷卻管道52。也就是，x射線成像裝置11可以包括內部導管、管道、通路、通道等，其適于允許流體在冷卻管道52和冷卻單元32之間傳送。此外，或者，x射線成像裝置11可以包括外部導管、管道、通路、通道等，其適于允許流體在冷卻管道52和冷卻單元32之間傳送。這樣，替代構造在x射線成像裝置11內具有通道、管道等的x射線成像裝置11，這些部件可以定位在主體16和定位臂18的外部上。
此外，或者，冷卻管道52可以不是持久地接附到x射線管20。替代地，管子46、56和冷卻管道52可以是單個的、單一的、一體形成的結構。在這樣的情況下，流體入口54和流體出口56是不必要的，由于管子46、58和冷卻管道52是單一結構。由管子46、58和冷卻管道52限定的結構可以配置為可拆卸地包繞、覆蓋或者另外定位在x射線管20上。這樣，當x射線成像裝置11不工作時，冷卻結構從x射線管20卸下。然而，在成像之前，冷卻結構可以可操作地連接到x射線管20(例如，圍繞x射線管20覆蓋、遮蔽、包裹等)。可選的，可拆卸的冷卻結構可以定位在x射線管20內，而另一個可拆卸的冷卻結構可以定位在x射線管20外。此外，可拆卸的冷卻結構可以包括定位在x射線管20內的部分，以及定位在x射線管20外的另一個部分。
該x射線成像裝置11還包括電源升壓插座60。此外，升壓電池組34電連接到從車30延伸的電力電纜62。根據某個成像部分需要的電量，升壓電池組34可以包括各種類型的電池，諸如本領域中已知的。升壓電池組34可以包括一個或者多個主要和/或二級電源。例如，升壓電池組34可以包括一種或者多種以下電池類型鎳金屬氫化物；鎳鎘；鉛酸；鋰離子；鋰聚合物；氯化鈉鎳；鋅-空氣；氧化還原釩；碳-鋅；氯化鋅；堿；氧化汞；溴化鋅；和/或本領域中已知的各種其它電池類型。
升壓電池組34可以通過電力電纜62和電源升壓輸入件60之間的接口來電連接到x射線成像裝置11的主電源系統(沒有顯示)。升壓電池組34配置為供給額外的電力到x射線成像裝置11，用于延長的成像周期和/或特別高密的成像。升壓電池組34適于通過電力電纜40和電源之間的接口，諸如通過標準的交流電壁輸入件來充電和再充電。雖然x射線成像裝置11通常連接到與升壓電池組34分離和不同的電源，但是x射線成像裝置11也可以通過升壓電池組34單獨地供電，以便促進在電力插座不足的環境中的成像(例如，可操作地連接到其它裝置)。此外，升壓電池組34還可以用于供給電力來操作冷卻單元32。
另外，工作站25可以電連接到輔助模塊24，以監控輔助模塊24的特性。例如，CPU29可以配置為從輔助單元24接收有關冷卻液體溫度、電池電平等的數據。然后，CPU29可以在顯示器33上向操作者顯示有關這些特性的信息。此外，CPU29可以根據預定的參數來自動操作輔助單元24。例如，如果輔助模塊24內的冷卻流體溫度低，或者太熱，CPU29可以停止輔助模塊24和/或x射線裝置11的工作。一旦流體級別到達可接受的級別(關于數量和溫度)，CPU29可以啟動輔助模塊24和/或x射線裝置11的使用。
另外，x射線裝置11可以包括傳感器(沒有顯示)，其測量電源電平等。CPU29可以監控感測的電源電平，以確定是否需要來自輔助模塊24的額外電力。CPU29可以自動控制輔助模塊24，以提供額外的電力到x射線裝置11，或者CPU29可以在顯示器33上顯示消息，警告操作者需要額外的電力。類似的，x射線管20的溫度可以通過溫度計(沒有顯示)或者其它這樣的裝置來監控，其與x射線管11本身內的CPU29或者處理單元電連通。有關x射線管溫度的數據可以傳遞到工作站25，其隨后被顯示。
雖然成像系統11顯示為可移動成像系統，但是本發明的實施例還可以用于持久的、不可移動成像系統。例如，輔助模塊24可以用于固定的x射線C形臂成像系統。另外，輔助模塊24不是必須包括冷卻單元32和升壓電池組34兩者。也就是，輔助模塊24可以包括冷卻單元32或者電池組34，而不兩者。可選的，輔助模塊23不是可移動的，而是可以安裝到墻壁、地上或者成像房間內的結構。此外，本發明的實施例可以提供不是可移動的冷卻和/或電源升壓系統。該冷卻和/或電源升壓系統可以固定到主體16或者定位臂18，而不是遠離其定位。
圖2示出了x射線管20的內部側視圖。該x射線管20包括外殼64、形成在外殼64內的輻射發射通道66，以及在x射線管20的與發射通道66相對的側部上的安裝板68。外殼64封閉插入物或者發射器70，其容納x射線管20的內部部件。內部部件包括陽極72、諸如軸之類的延伸桿74、陰極76和真空78內的軸承75。陰極76和陽極72安裝在插入物70的內部。陽極72連接到延伸桿74。延伸桿74的相對端通過軸承75保持。軸承又通過另外的結構保持，諸如安裝在插入物70內的馬達。插入物70又安裝在外殼64內。雖然x射線管20包括可旋轉的陽極72，x射線管20可以替代地包括固定的陽極。
如上所述，當高速電子突然減速時，例如，當金屬靶，即，陽極72由通過超過8萬伏的電位差加速的電子撞擊時，產生x射線。然后，該x射線通過輻射發射通道66朝著檢測器22發射。如上所述，陽極72連接到軸，即，延伸桿74。延伸桿74通過軸承75旋轉，該軸承由馬達啟動。軸承75的旋轉引起延伸桿74旋轉。延伸桿74的旋轉引起陽極72旋轉。軸承75以高速，例如125Hz旋轉陽極72。
冷卻單元32通過冷卻管道52在箭頭A的方向上循環冷卻流體。如上所述，冷卻流體通過管子46和流體入口54送入冷卻管道52。當流體通過冷卻管道52時，流體吸收在x射線管20內產生的熱。熱從較熱的，即，較高能量的源流到較冷的，即，較低能量的源。這樣，在x射線管20內產生的熱向外朝著冷卻管道52內的冷卻水輻射和/或傳導。由于冷卻流體吸收熱，所以冷卻流體的溫度增加。流體通過冷卻管道52傳送通過流體出口56且進入管子58。然后，流體返回冷卻單元32，冷卻單元再冷卻流體，以便其可以再循環到冷卻管道52中。這樣，本發明的實施例提供了用于冷卻x射線管20的系統和方法。
雖然冷卻管道52顯示為在外殼64的外部，但是冷卻管道52可以可選地位于在外殼64下的x射線管20內部。另外，替代與外殼64直接接觸，冷卻管道52可以直接定位在發射器70或者x射線管20的其它部件上。
圖3示出了根據本發明的替代實施例的輔助模塊80。輔助模塊80包括冷卻單元32，但是沒有升壓電池組。
圖4示出了根據本發明的另一個替代實施例的輔助模塊82。輔助模塊82包括升壓電池組34，但是沒有冷卻單元32。
上述的冷卻和電源升壓系統可以用于其它成像裝置。例如，本發明的實施例可以用于超聲系統，以冷卻超聲探頭，以及為其提供額外的電力。總之，本發明的實施例可以用于熱作為成像過程的副產品產生的任何系統和/或可以從額外的電力獲益的系統。
例如，本發明的實施例可以用于各種成像形式，諸如計算機斷層(CT)、x射線(基于膜的和數字x射線系統)、諸如在整個通過引證在此引入的題為“Data binning method and apparatus for PETtomography including remote services over a network”的美國專利No.6337481中顯示和描述的正電子發射斷層(PET)、諸如在整個通過引證在此引入的題為“SPECT system with reduced radiusdetectors”的美國專利No.6194725中顯示和描述的單光子發射計算機斷層(SPECT)、諸如在整個通過引證在此引入的題為“Fixed septumcollimator for electron beam tomography”的美國專利No.5442673中顯示和描述的電子束斷層(EBT)，和諸如在也整個通過引證在此引入的題為“Magnetic resonance imaging apparatus”的美國專利No.6462544中描述的磁共振(MR)，以及各種其它成像系統。另外，本發明的實施例還可以用于導航和跟蹤系統，諸如那些在題為“Position Tracking and Imaging System for Use in MedicalApplications”的美國專利No.5803089中描述的，其整個通過引證在此引入。
這樣，本發明的實施例提供了一種冷卻成像元件的有效系統和方法。此外，本發明的實施例提供了一種供給額外的電力到成像系統的系統和方法。
雖然已經參考某些實施例描述了本發明，但是本領域中的普通技術人員可以理解，在不偏離本發明的范圍的情況下可以進行各種變化和可以替代等價物。此外，可以進行很多修改，以使具體的情況或者材料適應本發明的教示，而不偏離其范圍。因此，意在使本發明不限于披露的具體實施例，而且本發明包括位于后附的權利要求書范圍內的所有實施例。
部件列表醫學成像系統10x射線裝置11基部部件12輪子14主體16定位臂18x射線管20檢測器22輔助模塊，諸如遠程冷卻和電源系統24工作站25第一叉26第二叉28殼體27中央處理器(CPU)29輸入裝置31顯示單元33車30冷卻單元32升壓電池組34輪子36電力輸入件38電力電纜40冷卻流體輸出件42返回流體輸入件44管子46第一端48第二端50冷卻管道52流體入口54
流體出口56管子58電源升壓插座60電力電纜62外殼64輻射發射通道66安裝板68發射器70陽極72延伸桿74陰極76軸承75真空78輔助模塊80輔助模塊8權利要求
1.一種醫學成像系統(10)，其包括具有主體和成像元件的醫學成像裝置；以及具有冷卻單元(32)的輔助模塊(24)，該冷卻單元構造為循環冷卻液體到所述成像元件和從所述成像元件循環冷卻液體，其中，該冷卻液體吸收由所述成像元件產生的熱。
2.如權利要求1所述的醫學成像系統(10)，其特征在于，所述成像元件包括x射線管(20)，其中，所述冷卻單元(32)在所述成像元件上和所述成像元件內中的至少一種情況下循環冷卻液體。
3.如權利要求2所述的醫學成像系統(10)，還包括由所述主體支撐的C形臂(18)，其中，所述x射線管(20)定位在所述C形臂(18)的一端。
4.如權利要求1所述的醫學成像系統(10)，還包括圍繞所述成像元件的至少一部分的冷卻管道(52)，所述冷卻管道(52)具有流體入口(54)和流體出口(56)；與所述冷卻單元(32)和所述流體入口(54)流體連通的流體輸入管線，其中，冷卻液體從所述冷卻單元(32)通過所述流體輸入管線供給到所述冷卻管道(52)；以及與所述冷卻單元(32)和所述流體出口(56)流體連通的流體返回管線，其中，冷卻液體通過所述流體返回管線返回到所述冷卻單元(32)。
5.如權利要求4所述的醫學成像系統(10)，其特征在于，所述冷卻管道(52)可拆卸地連接到所述成像元件。
6.如權利要求1所述的醫學成像系統(10)，其特征在于，所述輔助模塊(24)是可移動的。
7.如權利要求1所述的醫學成像系統(10)，其特征在于，所述輔助模塊(24)持久地固定到醫學成像裝置、地面和墻壁之一。
8.如權利要求1所述的醫學成像系統(10)，其特征在于，所述輔助模塊(24)還包括升壓電池組(34)，其中，所述升壓電池組(34)配置為電連接到所述醫學成像裝置，以便提供額外的電力到所述醫學成像裝置。
9.如權利要求1所述的醫學成像系統(10)，其特征在于，所述輔助模塊(24)遠離所述醫學成像裝置定位。
10.在具有C形臂的可移動x射線裝置中，x射線管定位在C形臂的一端上，檢測器定位在C形臂的另一端上，一種冷卻x射線管的方法，其包括可操作地將具有冷卻單元的輔助模塊連接到可移動x射線裝置；用冷卻單元來冷卻液體，從而產生冷卻液體；從冷卻單元將冷卻液體傳送到x射線管；以及圍繞x射線管的至少一部分循環冷卻液體，以便冷卻液體吸收由x射線管在x射線成像過程期間產生的熱。
11.如權利要求10所述的方法，還包括圍繞x射線管的至少一部分提供冷卻管道，其中，所述傳送包括從冷卻單元通過與冷卻單元和冷卻管道流體連通的第一管子將冷卻液體傳送到x射線管；以及通過與冷卻單元和冷卻管道流體連通的第二管子將冷卻液體返回到冷卻單元。
全文摘要
本發明的實施例提供了一種輔助模塊(24)，其配置為冷卻醫學成像裝置的成像元件和供給額外的電力到醫學成像裝置。該輔助模塊(24)包括升壓電池組(34)，其中，該升壓電池組(34)配置為電連接到醫學成像系統(10)，以便提供額外的電力到醫學成像系統(10)。該輔助模塊(24)還包括冷卻單元(32)，其配置為循環冷卻液體到成像元件和從成像元件循環冷卻液體，其中，冷卻液體吸收由成像元件產生的熱。
文檔編號A61B6/00GK1623510SQ200410098278
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月1日 優先權日2003年12月1日
發明者D·L·鮑威爾 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司