Охлаждение портальной рамы - RU2484773C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка относится к портальной раме (гантри) медицинской системы получения изображений и находит конкретное применение в компьютерной томографии (CT). Однако она также имеет отношение к другим медицинским применениям для получения изображений и к не медицинским применениям для получения изображений.

Сканер компьютерной томографии (CT) содержит неподвижную портальную раму и вращающуюся портальную раму. Неподвижная портальная рама является неподвижной в том смысле, что она обычно неподвижна во время сканирования. Однако неподвижная портальная рама может быть выполнена с возможностью наклона и/или какого-либо иного перемещения. Вращающаяся портальная рама соединена с неподвижной портальной рамой с возможностью вращения и вращается вокруг области исследования вокруг продольной оси или оси z. В системе третьего поколения рентгеновская трубка и детекторная матрица обнаружения излучения крепятся к вращающейся портальной раме на противоположных сторонах области исследования и вращаются вместе с вращающейся портальной рамой вокруг области исследования. Излучение, испускаемое рентгеновской трубкой, пересекает область исследования и облучает детекторную матрицу. Другие компоненты для получения изображений и электрические компоненты крепятся к вращающейся портальной раме.

Во время сканирования некоторые компоненты сканера, такие как рентгеновская трубка, выделяют и рассеивают теплоту. Эта теплота может приводить к температурным флюктуациям температуры окружающей среды в сканере. К сожалению, электронные устройства, детекторная матрица и/или другие компоненты сканера могут быть чувствительны к температуре. Также флюктуации температуры окружающей среды в сканере могут неблагоприятным образом влиять на один или более компонентов сканера и, таким образом, на рабочие характеристики сканера. Изменения в комнатной температуре могут аналогично приводить к нежелательным флюктуациям температуры окружающей среды в сканере.

Ранее реализовывались различные способы охлаждения компонентов сканера. Например, к вращающейся портальной раме крепился температурный датчик, рядом с которым сбоку от вращающейся портальной рамы крепился вентилятор. Однако такой вентилятор постоянно перемещает в сканере один и тот же воздух. Как следствие, при увеличении температуры воздуха внутри сканера из-за рассеивания тепла от компонентов, выделяющих тепло, к чувствительному к температуре компоненту снова возвращается горячий воздух.

В другом случае, вентилятор, расположенный в неподвижной портальной раме, засасывает воздух в область вблизи основания сканера, и выходное отверстие позволяет нагретому воздуху выходить в верхней части сканера. К сожалению, это может привести к неравномерному распределению температуры в воздухе внутри сканера. Например, это может привести к более низким температурам вблизи основания сканера и более высоким температурам около верхней части сканера. В результате, вращающиеся компоненты, чувствительные к температуре, по мере их вращения, встречаются с температурой, которая зависит от углового положения вращающегося, чувствительного к температуре компонента. Также температура воздуха у компонента не всегда может быть легко предсказуема.

В другом случае, воздух, имеющий, по существу, постоянную температуру, распределяется по различным областям и компонентам, чувствительным к температуре. К сожалению, для данного давления, поток воздуха к области или к чувствительному к температуре компоненту, в целом, постоянен и теплота может более эффективно рассеиваться другим способом обеспечения потока воздуха.

Аспекты настоящей заявки относятся к упомянутым выше и другим проблемам.

В соответствии с одним аспектом, медицинское устройство получения изображений содержит вращающуюся портальную раму. Вращающаяся портальная рама содержит первую сторону и вторую сторону. Первая и вторая стороны пространственно разнесены друг от друга вдоль продольной оси, определяя, таким образом, пространство между ними. Первая сторона содержит, по меньшей мере, одну пустотелую область. По меньшей мере, одно устройство подачи воздуха, расположенное в пространстве повышенного давления, нагнетает воздух из пространства повышенного давления сторонами, по меньшей мере, через одну пустотелую область.

Согласно другому аспекту, способ получения медицинских изображений содержит засасывание воздуха в пространство повышенного давления вращающейся портальной рамы медицинского устройства получения изображений с помощью устройства подачи воздуха, расположенного в пространстве повышенного давления. Способ дополнительно содержит нагнетание воздуха, содержащегося в пространстве повышенного давления, в область устройства получения медицинских изображений с помощью устройства подачи воздуха.

Согласно другому аспекту, вращающаяся портальная рама медицинского устройства получения изображений содержит опору и ротор. Вращающаяся портальная рама и опора соединены между собой. Вращающаяся портальная рама и опора пространственно разнесены друг от друга на расстояние, отличное от нуля, определяя, тем самым, внутреннее пространство повышенного давления между ними. Устройство подачи воздуха, расположенное в пространстве повышенного давления, засасывает воздух в пространство повышенного давления и выпускает воздух из пространства повышенного давления.

Изобретение может принимать форму в виде различных компонентов и соединений компонентов в виде различных этапов и соединений этапов. Чертежи служат только для целей демонстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.

Фиг.1 - устройство получения медицинских изображений.

Фиг.2 - первый вид в разрезе устройства получения медицинских изображений.

Фиг.3 - второй вид в разрезе устройства получения медицинских изображений.

Фиг.4, 5 и 6 - виды в разрезе для альтернативных вариантов осуществления.

Первоначально, со ссылкой на фиг.1, сканер 100 компьютерной томографии (CT) содержит неподвижную портальную раму 102, являющуюся неподвижной в том смысле, что она, в целом, является неподвижной во время исследования. Однако неподвижная портальная рама 102 может быть выполнена с возможностью наклона и/или иного перемещения. Неподвижная портальная рама 102 обычно содержит кольцевую апертуру 104.

Сканер 100 также обычно содержит кольцевую вращающуюся портальную раму 106. В показанном на чертеже варианте осуществления вращающаяся портальная рама 106 содержит различные компоненты, такие как ротор 108, контактное кольцо 304 (фиг.3), кольцо 306 сбора данных (фиг.3) и/или другие компоненты. Ротор 108 содержит одну или более пустотелых областей 110₁ … 110_N. Компоненты, выделяющие тепло, и/или компоненты, чувствительные к теплу, такие как радиационный источник 112, детекторная матрица 114, чувствительная к излучению, и/или другие компоненты, крепятся к ротору 108 в местах, вблизи одной или более пустотелых областей 110. Рассматривается также конфигурация СТ четвертого поколения.

Вращающаяся портальная рама 106 соединена с неподвижной портальной рамой 102 с возможностью вращения через опору 302 (фиг.3) и вращается вокруг оси 122 z области 124 исследования. Соответствующая опора содержит механический подшипник, такой как шариковый подшипник с катающимися шарами, помещенными между двумя дорожками качения, гидростатический подшипник, аэростатический подшипник, который обеспечивает воздушный барьер между вращающейся портальной рамой 106 и неподвижной портальной рамой 102 и/или другие подшипники. Пример соответствующего гидростатического подшипника описан в патентной заявке № 09/428, 431, зарегистрированной 27 октября 1999 г. и озаглавленной "Aerostatic CT suspension".

В варианте осуществления, не являющемся ограничением, физическое расположение опоры относительно вращающейся портальной рамы 106 определяет пространство 116 повышенного давления. Как более подробно описано ниже, воздух из пространства 116 повышенного давления проходит через одну или более пустотелых областей 110 ротора 108. Этот воздух, за счет своей температуры, может увеличивать или уменьшать температуру воздуха в сканере 100 и, следовательно, одного или более компонентов сканера 100. В результате, воздух в пространстве 116 повышенного давления может иметь определенную температуру и использоваться для регулирования температуры воздуха и/или компонентов в сканере 100. Для облегчения этого процесса могут использоваться одно или более устройств 126_i и 126_M подачи воздуха, таких как вентиляторы, чтобы выборочно распределять воздух в пространстве 116 повышенного давления через пустотелые области 100 к одному или более компонентам ротора 108 и/или областям сканера 100. Одно или более устройств 126 подачи воздуха могут управляться раздельно. Такое управление может содержать индивидуальное включение и выключение устройства 126 подачи воздуха и/или индивидуальную установку скорости устройства 126 подачи воздуха.

Радиационный источник 112 испускает излучение, проходящее через область 124 исследования. Детекторная матрица 114, чувствительная к излучению, расположенная по дуге на стороне области 124 исследования, противоположной радиационному источнику 112, обнаруживает излучение, проходящее через область 124 исследования. Детекторная матрица 124, чувствительная к излучению, содержит многочисленные ряды чувствительных к излучению детекторных элементов, установленных в направлении оси z, и многочисленные столбцы чувствительных к излучению детекторных элементов, установленных в поперечном направлении. Рассматривается также конфигурация детекторной матрицы излучения с одиночным рядом.

Ложе 128 для пациента, такое как кушетка, поддерживает пациента в области 124 исследования. Ложе 128 для пациента может двигаться вдоль оси 122 z в координации с вращением портальной рамы 106, чтобы облегчить спиральные, осевые или другие желательные траектории сканирования.

Устройство 130 реконструктора реконструирует проекционные данные, полученные от детекторов, чтобы создать объемные данные, характерные для внутренней анатомии пациента. Процессор 132 изображений обрабатывает объемные данные изображения, созданные устройством 130 реконструктора для показа в удобной для чтения человеком форме.

Универсальная компьютерная система 134 служит в качестве консоли оператора. Консоль 134 оператора содержит устройства вывода, пригодные для считывания человеком, такие как дисплей и/или принтер, и устройства ввода, такие как клавиатура и/или "мышь". Программное обеспечение, постоянно присутствующее на консоли 134, позволяет оператору управлять работой системы 100, например, давая возможность оператору выбирать протокол сканирования, инициировать сканирование, прекращать сканирование, просматривать и/или манипулировать объемными данными изображения и/или как-либо иначе взаимодействовать с системой 100.

На фиг.2 приведен вид в разрезе по линии А-А сканера 100, показанного на фиг.1. На этом чертеже показаны две дополнительные пустотелые области 110₂ и 110₃. Заметим, что пустотелая область 110₂ расположена в области ротора 108, выполненной с возможностью размещения детекторной матрицы 114, чувствительной к излучению, а пустотелая область 110₃ расположена в области ротора 108, выполненной с возможностью размещения радиационного источника 112.

Показанные на чертеже расположение, размер, форма и количество пустотелых областей 110 приведены для целей объяснения. В других вариантах осуществления расположение, размер, форма и/или количество пустотелых областей 110 могут различаться. Например, в одном, не являющемся ограничением варианте осуществления, расположение, размер и/или форма пустотелой области 110 обеспечивают соответствующий воздушный поток для поддержания или регулирования температуры компонента, расположенного в области, через которую проходит воздух с температурой в заданных пределах.

Впускные воздушные отверстия 202, такие, как приточные каналы, выполнены с возможностью забора воздуха из атмосферы вокруг неподвижной портальной рамы 102. Как показано на чертеже, впускные воздушные отверстия 202 проходят через неподвижную портальную раму 102 к воздушному зазору 204 между неподвижной портальной рамой 102 и вращающейся портальной рамой 106. Аналогично, показанные расположение, размеры, форма и количество впускных воздушных отверстий 202 предназначены для демонстрационных целей и в других вариантах осуществления местоположение, размер, форма и/или количество впускных воздушных отверстий 202 могут отличаться.

Соответствующие фильтры 206 фильтруют воздух, который проходит через впускные воздушные отверстия 202.

Устройство 126₂ подачи воздуха нагнетает воздух, содержащийся в пространстве 116 повышенного давления, через пустотелую область 110₂. Давление воздуха в пространстве 116 повышенного давления нагнетает воздух через пустотелую область 110₃. Устройства 126_i и 126_M подачи воздуха нагнетают воздух, содержащийся в пространстве 116 повышенного давления, через пустотелые области 110_i и 110_N.

Один или более выпусков 208, таких как выпускное отверстие, позволяют воздуху проходить между сканером 100 и атмосферой вокруг сканера 100. Аналогично, показанные расположение, размеры, форма и количество одного или более выпусков 208 представлены для демонстрационных целей и в других вариантах осуществления местоположение, размеры, форма и/или количество одного или более выпусков 208 могут отличаться.

На фиг.3 приведен вид в разрезе вдоль линии B-B сканера 100, показанного на фиг.2. Заметим, что размер некоторых компонентов, показанных на фиг.3, был изменен для демонстрационных целей. В демонстрационном варианте опора 302 имеет, в целом, T-образную форму и соединена с ротором 108 через контактное кольцо 304 и кольцо 306 сбора данных. В других - опора 302 может иметь другую форму и/или опора 302 и ротор 108 могут быть соединены иначе. Как отмечено выше, расположение опоры 302 относительно ротора 108 определяет пространство 116 повышенного давления, например, между ротором 108, являющимся, по меньшей мере, частью стороны внутреннего пространства, и опорой 302, являющейся, по меньшей мере, частью стороны пространства повышенного давления. В показанном на чертеже варианте осуществления T-образная полость на стороне внутреннего пространства 116 является частью пространства 116 повышенного давления.

Со ссылкой на фиг.1-3, следует понимать, что размер и/или форма каждой пустотелой области 110 могут изменяться относительно других пустотелых областей 110. В одном случае, размер и/или форма, по меньшей мере, одной из пустотелых областей 100 обеспечивает соответствующее количество воздуха в области, так что температура, по меньшей мере, одного компонента в области поддерживается в пределах заданного диапазона температур. Дополнительно или альтернативно, скорость устройства 126 подачи воздуха обеспечивает подачу соответствующего количества воздуха к области, так, чтобы температура, по меньшей мере, одного компонента в области поддерживалась в пределах заданного диапазона температур.

Снова со ссылкой на фиг.3, неподвижная портальная рама 102 и ротор 108 разделены зазором 204. Неподвижная портальная рама 102 содержит выступ 308, который проходит в направлении пространства 116 повышенного давления на высоту зазора 204 и располагается между опорой 302 и ротором 108. Выступ 308 отделен от ротора 108 вторым зазором 312. Зазоры 204 и 312 объединяются, чтобы определить путь провождения воздуха между пространством 116 повышенного давления и стороной ротора 108, на которую крепятся радиационный источник 112 и детекторная матрица 114. В одном, не создающем ограничения примере, зазор 204 имеет высоту приблизительно пять (5) миллиметров (мм), второй зазор 312 имеет высоту приблизительно один (1) миллиметр (мм) и зазоры 204 и 312 объединяются, чтобы определить путь прохождения воздуха длиной приблизительно девять (9) мм.

Объем воздуха в пространстве 116 повышенного давления, который выходит по пути прохождения воздуха, может изменяться в зависимости от высоты зазоров 204 и 312 и длины, и формы пути прохождения. В показанном на чертеже варианте осуществления высота зазоров 204 и 312, длина и форма пути прохождения таковы, что температура и давление воздуха во внутреннем пространстве 116, по существу, постоянны и прогнозируемы. Высота зазоров 204 и 312, длина и форма пути прохождения воздуха могут также уменьшать объем выходящего воздуха относительно вариантов осуществления, которые не содержат выступ 308. Результат снижения выхода воздуха по пути прохождения создает уменьшенную нагрузку на устройства 126 подачи воздуха относительно, по существу, подобного давления воздуха в пространстве повышенного давления. Другие результаты также рассмотрены.

На фиг.4 и 5 показаны альтернативные варианты осуществления, в которых длина и форма пути прохождения воздуха, определяемого зазорами 204 и 312, могут быть выполнены с возможностью уменьшения прохождения воздуха из пространства 116 повышенного давления. На фиг.4 ротор 108 содержит обычно выступ 402 L-образной формы. Как видно на чертеже, выступ 402 проходит в направлении неподвижной портальной рамы 102 через зазор 204 и располагается между опорой 302 и выступом 308, образуя на пути прохождения два поворота. На фиг.5 ротор 108 содержит выступ 402, неподвижная портальная рама 102 содержит выступ 308 и второй выступ 502, который проходит в сторону пространства 116 повышенного давления через зазор 204 и расположен между опорой 302 и выступом 402 ротора 108. Выступы 308 и 502, в целом, определяют область U-образной формы и ответвление, обычно в виде выступа 402 L-образной формы, находится между ответвлениями U-образной области, образуя путь прохождения с тремя поворотами. Рассматриваются дополнительные выступы.

Описание вариантов

В показанном на чертеже варианте осуществления фильтры 206 содержатся на пути впускного воздушного отверстия 202. В другом варианте осуществления устройство охлаждения воздуха, такое как теплообменник, используется в сочетании с впускными воздушными отверстиями 202. Например, в одном случае, теплообменник помещается на входе впускного воздушного отверстия 202. Также, воздух охлаждается, прежде чем попадет во впускное воздушное отверстие 202. В другом случае, теплообменник может быть размещен внутри канала впускного воздушного отверстия.

В другом варианте осуществления устройство подогрева воздуха, такое как нагреватель, используется в сочетании с впускными воздушными отверстиями 202. Например, в одном случае нагреватель устанавливается на входном отверстии впускного воздушного отверстия 202. Также, воздух подогревается перед тем, как попадет к впускному воздушному отверстию 202. В другом моменте нагреватель может размещаться внутри приточного канала.

В демонстрируемом варианте осуществления устройства 126 подачи воздуха расположены между опорой 302 и ротором 108. В другом варианте осуществления, по меньшей мере, одно из устройств 126 подачи воздуха расположено на стороне ротора 108 снаружи пространства 116 повышенного давления. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере, одно из устройств 126 подачи воздуха располагается в канале, по меньшей мере, одного из впускных воздушных отверстий 202. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере, одно устройство подачи воздуха используется для вытяжки воздуха из сканера 100 через выпуск 208.

В другом варианте осуществления контроллер сканера 100 используется для управления одним или более устройствами 126 подачи воздуха. В одном случае, контроллер управляет, по меньшей мере, одним устройством 126 подачи воздуха, основываясь на параметрах сканирования. Например, основываясь на мощности рентгеновской трубки, предполагаемой продолжительности времени сканирования и/или других параметрах, контроллер оценивает температуру в сканере 100 и управляет скоростью устройств подачи воздуха для поддержания заданного в сканере 100 температурного диапазона.

В другом варианте осуществления система измерения температуры измеряет температуру воздуха в сканере 100 и контроллер управляет одним или более устройствами 126 подачи воздуха, основываясь на измеренной температуре воздуха. Такое измерение может выполняться непрерывно, периодически, а периодически или как-либо иначе.

В другом варианте осуществления система измерения температуры может дополнительно или альтернативно измерять температуру воздуха одного или более компонентов и контроллер управляет одним или более устройствами 126 подачи воздуха, основываясь на измеренной температуре(-ах). Опять же, такое измерение может выполняться непрерывно, периодически, апериодически или как-либо иначе.

На фиг.2-5 показана разомкнутая система, в которой воздух из атмосферы вокруг сканера 100 поступает во впускные воздушные отверстия 202 и воздух в сканере 100 выходит из сканера 100 через один или более выпусков 208. На фиг.6 показана замкнутая система. Как видно на чертеже, при замкнутой системе воздух, пройдя сканер 100, возвращается обратно через впускное воздушное отверстие 202, а не выбрасывается наружу в окружающую атмосферу сканера 100.

Во время работы одно или более устройств 126 подачи воздуха включены. Это может быть сделано до, во время и/или после выполнения сканирования. Кроме того, количество включенных устройств 126 подачи воздуха и/или скорость, с которой индивидуально работают устройства 126 подачи воздуха, могут основываться на различных факторах, как обсуждалось выше. Эти устройства 126 подачи воздуха создают всасывание в пространстве 116 повышенного давления, которое засасывает воздух со всего периметра сканера 100 во впуски 202. Воздух кондиционируется и проходит от впускных воздушных отверстий 202 к зазору 402. Затем воздух поступает в пространство 116 повышенного давления. Включенные устройства подачи воздуха нагнетают воздух из пространства повышенного давления в различные области сканера, основываясь на расположении пустотелых областей 110 в роторе 108. Нагнетаемый воздух облегчает поддержание заданного диапазона температур сканера 100. Например, нагнетаемый воздух может передавать теплоту от различных компонент или к различным компонентам сканера 100, в зависимости от того, является ли нагнетаемый воздух более холодным или более горячим, чем температура в сканере 100. Воздух покидает сканер 100 через выпуск 208.

Приведенные здесь варианты осуществления были описаны в связи с применениями для получения медицинских изображений с помощью компьютерной томографии. Однако следует понимать, что изобретение может дополнительно или альтернативно использоваться в других применениях для получения медицинских изображений и/или применений для получения не медицинских изображений, при которых желательно регулировать температуру.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и понимания предшествующего подробного описания специалистам могут прийти в голову различные модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение выполнено с возможностью содержания в нем всех таких модификаций и изменений, настолько, насколько они попадают в объем приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.

Реферат

Группа изобретений относится к медицинской технике. Вращающаяся портальная рама медицинского устройства получения изображений содержит ротор и опору. Первая сторона ротора и вторая сторона опоры пространственно разнесены друг от друга вдоль продольной оси области исследования и определяют таким образом пространство повышенного давления между ними. Первая сторона ротора содержит пустотелую область и устройство подачи воздуха, расположенное в пространстве повышенного давления. Устройство подачи воздуха нагнетает воздух в пространство повышенного давления через пустотелую область. При охлаждении вращающейся портальной рамы засасывают воздух в пространство повышенного давления с помощью устройства подачи воздуха, закачивают воздух из внутреннего пространства повышенного давления в многочисленные области устройства получения изображений с помощью устройства подачи воздуха. Применение группы изобретений позволит повысить эффективность рассеяния тепла в сканере. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула