用于x射线管的液体流量传感器的利记博彩app

专利名称：用于x射线管的液体流量传感器的利记博彩app
本申请涉及x射线管领域。本发明特别适用于检测流到x射线管的冷却液的流量，并将具体参考该应用描述本发明。然而，可以理解，本发明可应用于需要监测流体流量或热学特性的各种流体系统。
X射线管通常包含由金属、陶瓷、或玻璃制成的真空壳体(evacuated envelope)，该真空壳体被支撑在x射线管外壳内。该壳体内容纳有阴极组件和阳极组件。该阴极组件包含阴极灯丝，加热电流流过该阴极灯丝。该电流加热该灯丝，足以使得发射电子云，即发生热电子发射。约为100至200kV的高电势被施加在该阴极组件和阳极组件之间。该电子束以足够的能量轰击靶，从而产生x射线，并产生大量热。
包围该射线管的x射线管外壳限定诸如油的冷却剂流体的流动路径，从而辅助冷却安放在所述壳体内的部件。为了分散在产生x射线期间形成的热负载，在x射线产生的全过程中维持固定的冷却液流。在循环经过该x射线管外壳之后，冷却液穿过热交换器。冷却液的最佳流量取决于多个因素，包括x射线管功率、其占空比、以及冷却系统的效率。例如如果由于泵故障而使得液体流量低于最小水平时，容易出现x射线管部件的过热，这对于射线管的寿命是有害的。
已经发展了各种系统用于监测x射线管冷却系统中液体流量。在一种系统中，流量开关置于该液体流动路径内。当液体流过该开关时，该液体移动一磁体，这又启动密封式簧片开关。当流量减小时，正弹力恢复使该开关不起作用。例如明轮的流量指示器经常与该流量开关一起使用，以提供可视流量指示器。流过该流量指示器的液体旋转所述轮，从而可视地指示流速。
由于该流量开关和流量指示器与液体流成一条直线地安装，它们的存在必然形成流阻，使液体流量减小。这降低了该冷却系统的冷却能力。
在一可供选择的系统中，使用压强开关间接地监测液体流。该压强开关通常安装在用于循环冷却流体的泵的出口。如果检测到的压强降低到小于预定水平，该压强开关自动地使x射线管停机。泵压强的陡降通常表示该泵断电或故障。
然而，对于压强开关的情形，泵出口压强并不总是精确地预测流量。例如当冷却系统的流线(flow line)部分受到阻塞或扭曲时，泵压强趋于增大，因为泵更努力地运转以维持流过该阻碍。当泵开始失效时，压强“降低”到正常值，但是由于受阻碍，流量低于正常值。因此，压强开关并非总是防止x射线管由于液体流量遗失所致而过热。
X射线管外壳内该冷却流体的温度不仅取决于流量，还取决于诸如占空比功率的其它因素。一种算法基于占空比、射线管的蓄热、以及冷却液的预计温度，计算出了后续扫描操作中可以使用的最大功率。随着时间的推移，该算法计算的精确度降低，因为实际与预计的温度及冷却速率之间的差异增大。为了补偿这些不准确，x射线管经常在白天停止使用一延长的时间段，例如中午停止一个小时或更长时间，从而允许x射线管冷却到已知设定点。
本发明提供了一种新的改善的方法和设备，该方法和设备克服了上述及其它问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种组件。该组件包含x射线管。该x射线管包含限定真空腔的壳体，其中在该真空腔内产生x射线。外壳包围该壳体的至少一部分。冷却系统使冷却液循环通过该外壳，以除去来自x射线管的热量。该冷却系统包含泵以及流量传感器系统，其中该流量传感器系统对该泵上的压强差作出响应。
根据本发明的另一个方面，提供了用于控制x射线管的操作的方法。该方法包含使用泵将冷却流体循环通过外壳和x射线管上方。除去循环穿过外壳的冷却流体的热量。确定该冷却流体的流量。该步骤包含确定该泵上的压强差或者与该压强差相关联的函数，并根据该压强差或函数确定流量。
根据本发明的另一个方面，提供了对相关x射线管组件散热的系统。该系统包含液体流路径，该路径将冷却流体输运到相关x射线管的至少一部分，并对其进行散热。泵使冷却液循环通过该流体流路径。提供了用于确定该泵上的压强差的装置。提供了对所确定的压强差作出响应的装置，用于控制该x射线管的工作。
本发明至少一个实施例的一个优点为，能够确定x射线管冷却系统中的流量。
本发明至少一个实施例的另一个优点为，能够确定流量而不减小液体流。
本发明至少一个实施例的另一个优点为，由于能够更加精确地预计x射线管功率容量，可减少x射线管停机时间。
另一个优点则是延长了x射线管的寿命。
在阅读和理解优选实施例的下述详细描述之后，本发明的另外优点对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。
本发明的形式可采用各种元件以及元件的排列，并可采取各种步骤以及步骤的排列。附图仅用于阐述优选实施例，不应被认为是限制本发明。


图1为根据本发明第一实施例的x射线管和冷却系统的示意性图示；图2为图1的x射线管和冷却系统的更详细图示；图3为图2的压强传感系统的示意图；图4为液体流量(加仑/分钟、GPM)与泵上压强差(Bar)的示例曲线；图5为泵上压强差(Bar)与换能器输出(毫伏)的示例曲线；图6为从图4及5曲线得到的液体流量(GPM)与换能器输出的示例曲线；图7为根据本发明第二实施例的x射线管和冷却系统的示意图；以及图8为包含根据本发明的x射线管和冷却系统的CT扫描机的透视图。
参考图1，示出了在诸如计算机断层摄影(CT)扫描机的医疗诊断系统中使用的、用于提供x射线辐射束的旋转阳极x射线管1的示意图。该射线管包含可旋转地安装在真空腔12内的阳极组件10，由壳体或框架14定义该腔，通常由玻璃、陶瓷、或金属制成该壳体或框架14。该x射线管阳极组件10安装成通过通常在16示出的轴承组件围绕一轴旋转。被加热的元件阴极组件18提供并聚焦电子束A。相对于阳极对阴极施加偏压，使得电子束向阳极加速并轰击阳极的靶区20。轰击靶区的电子束部分被转换成热，部分被转换成x射线B，该射线通过壳体内的窗口22从x射线管出射。阳极在射线管工作期间高速旋转。可以理解，本发明也可应用于静止阳极x射线管、旋转阴极射线管、以及其它电极真空管。
外壳30包围壳体14，该外壳内填充了诸如介电油的传热且电绝缘冷却流体。该冷却流体被引导流过插入物，包括窗口22、轴承组件16、阴极组件18、以及x射线管的其它散热元件。通过冷却系统32冷却该冷却流体，该冷却系统通过输出管路34接收来自外壳的受热冷却液，并通过回流管路36返回被冷却的冷却液。管路34、36可以是柔性软管、金属管等的形式。
在所示实施例中，外壳30被示成限定冷却整个x射线管1的内部冷却空间38的整体式结构。然而，可以理解，该外壳可包含与x射线管的不同部分相关联的不同区域，以实现分离或集中冷却较易过热的元件。实际上，该外壳可构成多个冷却外壳，这些冷却外壳可通过流体管路相互连接，或者分开连接到该冷却系统。此外，也可以考虑该外壳具有不止一个输出管路/回流管路。
现在参考图2，冷却系统32包含液体泵40，该泵具有入口42和出口46，冷却流体通过该入口进入泵的腔体44并通过该出口离开泵腔体44。热交换器48在将冷却液返回到外壳之前除去该冷却液的热量。在所示的冷却系统32中，受热液体通过输出管路34沿流体流动路径33到达液体泵，随后通过中间流体管路50从泵40到达热交换器48，最后通过回流管路36返回到外壳。在外壳30内，被冷却的冷却液围绕x射线管或其元件循环，在从输出管路34离开之前除去热量。然而，可以理解，泵和热交换器的位置可以对调，使得来自外壳的冷却液在到达泵之前被冷却。
用于检测泵40上的压强差的系统52包含无阻碍流量传感器系统60，例如差分压强换能器。换能器60对该泵上的压强差作出响应，并提供与该压强差相对应的电信号。具体地，压强换能器60通过第一流体管路64与入口42的壁62相连，通过第二流体管路68与泵出口46的壁66相连。流体管路64和68终止于该换能器的第一和第二隔膜70、72，所述隔膜通过呈现体积变化对管路64和66内的压强变化作出响应。这些隔膜的变化被压强换能器60内的一个和多个体积探测传感器(未示出)检测，并被转换成电压。
换能器60并不阻碍冷却系统流动路径33内的液体流动，因为没有液体流过该换能器。这避免了由于流量测量设备引起的液体流量的减小。另外，如果包含流动路径33的冷却管路34、36、50之一内出现阻塞和扭折，泵40的下游流量减小被下游隔膜72认为是压强增大，而上游隔膜70上不增大或者减小，且该换能器相应地作出响应。
现在参考图3，由诸如直流电源的电源76向换能器60供电。该直流电源可选择从该x射线管的主电源的分接并被整流。可选择地，可以采用单独的电源，例如电池组。使用电池易于减小来自x射线管电学系统的电信号的干扰的风险，并因此有助于提高流量测量的精确度。
继续参考图3，检测系统52进一步包含处理装置80，例如微处理器。该微处理器80从差分压强换能器接收信号输出。在一个实施例中，换能器60响应于入口42和出口46之间的压强差，发送输出电压信号到该微处理器80。在一备选实施例中，该换能器60发送和输入及输出感测体积变化相对应的第一和第一电压信号。微处理器80随后确定差分电压。在这两个实施例中，微处理器80实时地将来自换能器60的(多个)信号转换成流量测量结果或关联函数。
虽然换能器60优选为无阻碍流量传感器系统，但可以考虑系统60可选择包含第一和第二独立的流量传感器(未示出)，分别位于该泵的上游和下游。每个流量传感器可选择包含和隔膜70、72相似的隔膜，并包含相关体积传感器，用于检测体积、压强、流量、或表示隔膜变化的其它压强。这两个流量传感器独立地发送信号到处理器80，处理器80使用这些信号确定差分压强或流量。
冷却系统32中的液体流量和泵40上的压强差(排出压强(headpressure))之间存在一关系，该关系通过实验确定并随后用于形成一关联。图4示出了液体流量(单位为加仑每分钟，GPM)与泵40上压强差之间的典型曲线(1加仑＝3.785升)。换能器输出电压和排出压强之间也存在一关系。图5示出了排出压强与换能器输出之间的典型曲线。使用OMEGA PX26差分压强换能器获得该所示曲线，该差分压强换能器使用10V的直流电源并产生与差分压强成比例的电压信号。通过组合这两个曲线(图4和图5)，获得液体流量与换能器输出之间的函数关系，如图6所示。因此，由换能器60检测到的压强差可用于监测流过该冷却系统的流量，并因此可监测流过外壳30的流量。
再次参考图2，微处理器80被编程成当检测到的流量(或与其相对应的电信号)低于预定安全水平时启动一响应。例如，微处理器80也用作控制装置81，当流量低于预定安全水平时控制装置81向电源开关82发送信号。电源开关82的响应为立即切断阴极18的电源(或者至少减小向阴极的供电)。
备选地或附加地，处理装置80使用算法或预编程查找表，以确定无过热风险时x射线管所能够维持的能量，例如选定功率水平下的最大工作时间。在一个实施例中，如果所确定的流量表明如果未经过足够的冷却时间而使用x射线管则其可能过热，则微处理器80的控制装置81例如通过视频显示屏幕84向x射线管用户发出提示，指出在使用该x射线管进一步产生x射线之前需要一段冷却时间。处理器80计算恰当的冷却时间，并且可选择驳回使该x射线管工作的企图，直到该时间段结束或者x射线管已经冷却到最大可允许起始温度。
在一个实施例中，处理装置80为与控制系统相关联的微处理器，该控制系统用于x射线管工作于其中的射线照相装置，例如CT扫描机。
尽管换能器60被示成位于泵40外部，也可考虑将该换能器以及可选地将处理装置80与泵是整体的。
现在参考图7，示出了用于x射线管的冷却系统的备选实施例。使用加后缀(′)的数字表示该冷却系统的相似元件，用新数字表示新的元件。使用诸如电阻式温度计等的一个或更多个温度传感器检测冷却液的温度。在所示实施例中，两个温度传感器90、92分别在或邻近外壳30的入口和出口94、96测量冷却液的温度。例如，传感器90、92可分别放置在输出和回流管路34′、36′中。还可以考虑该一个(或多个)传感器90、92可额外地或备选地置成与外壳30内的冷却流体接触。
温度传感器90、92与诸如处理器80′的处理装置连接。这些传感器对该冷却液内的温度变化作出响应，并将检测到的温度或代表该温度的信号发送到处理器80′。该处理器也实时地接收来自换能器60′的信号。处理器80′包含用于将来自温度传感器和换能器的信号转换成实时冷却流体温度以及冷却液流量的算法、预先计算好的查找表、或其它装置。该处理器还包含热算法以及其它装置，用于基于计算得到的流量和温度以及占空功率和时间，计算x射线管的参数，例如实时的x射线管蓄热与/或x射线管能够无过热风险地工作的最大能量(功率-时间)。该信息用于控制利用x射线管1的装置，例如CT扫描机。
可以理解，替代从温度传感器接收输入，处理器80可使用传统算法或其它装置预计冷却流体温度。
图8中示出了示例CT扫描机100。该CT扫描机射线照相地检查和产生置于患者支架上的对象的诊断图像。更为具体的，将患者支架102上对象的感兴趣体积移动到检查区域104内。具有相关冷却系统32′的x射线管1被安装在旋转台架105上，并将一个或多个辐射束投射穿过检查区域104到达x射线探测器106。
扫描控制器107控制包含x射线管1的扫描机100以执行选定的扫描协议，例如单次旋转多切片扫描、螺旋扫描、多次旋转检查以监测生理变化或进展，例如心脏扫描以成像选定的心脏阶段、造影剂摄入扫描等、荧光镜检查、导引扫描(pilot scan)等。这些扫描协议可具有不同的持续时间、不同的x射线管占空比、以及不同的射线管工作功率。
来自探测器106的电信号以及关于旋转台架角度位置的信息被模数转换器数字化。数字诊断数据被传送到数据存储器110。使用重建处理器112重建来自数据存储器110的数据。由该重建处理器产生的体积图像表示被存储在体积图像存储器114内。可与处理器80′相同的视频处理器116提取该图像存储器的选定部分以形成切片图像、投影图像、表面再现(surface rendering)等，并重新格式化这些图像以显示在诸如视频或LCD监视器的监视器118上。
在扫描过程中，处理器80′从温度传感器90、92以及压强换能器60′接收温度和压强差分信息。该处理器还从接触屏幕、键盘、或其它输入装置120接收输入，例如周期功率以及下一个患者检查过程中待检查的切片数量。
处理器80′采用热算法或装置实时地确定和存储与x射线管内存储的热量相对应的x射线管外壳30的冷却条件。处理器80′使用该冷却条件和下一个扫描参数，以预计下一个扫描过程是否将会导致x射线管冷却流体超过最大安全温度或蓄热值并因此可能导致损伤x射线管。这允许优化扫描过程之间的时间、扫描过程中的步骤、病人排序等。该最大安全温度是基于可获得的关于特定类型x射线管的性能的信息，包含确保x射线管安全的误差范围。
典型的扫描过程如下所述地进行1.泵40、40′抽取冷却流体穿过x射线管外壳30。
2.换能器60、60′持续或间歇地监测该泵的压强差，并发送信号到处理器。
3.温度传感器90、92(存在的情况下)持续或间歇地监测外壳30的入口和出口94、96处的冷却流体温度，并发送信号到处理器80′。
4.操作人员通过诸如键盘的处理器输入120输入扫描过程的可选参数，例如切片数目。
5.处理器80、80′将恰当的可选参数以及来自温度传感器和换能器60、60′的信号输入到一算法，该算法确定x射线管冷却流体的蓄热(或温度)作为时间的函数。
6.处理器80、80′和扫描控制器107控制扫描过程的操作，以优化扫描之间的时间同时维持x射线管的蓄热低于预定的最高水平。或者，处理器关闭x射线管的电源，直到该x射线管的蓄热降低到预选水平，从而允许进行扫描过程而不超过该x射线管的预定最大蓄热。
7.如果处理器检测到已经达到最大蓄热(或温度)，则处理器80、80′向电源开关82′或扫描控制器107发送信号，从而立即切断x射线管的电源。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解前述详细描述之后，其它人员将会想到对这些实施例的调整和变更。本发明应被理解成包含所有这些调整和变更，只要这些调整和变更落在所附权利要求及其等效描述的范围内。
权利要求
1.一种组件，包括X射线管(1)，其包括壳体(14)，定义其中产生x射线的真空腔(12)；外壳(30)，包围该壳体的至少一部分；冷却系统(32、32′)，循环冷却剂通过该外壳以除去来自x射线管的热量，该冷却系统包括泵(40、40′)；以及流量传感器系统(60、60′)，该系统对该泵上的压强差作出响应。
2.权利要求1的组件，其中该流量传感器系统包含差分压强换能器(60、60′)。
3.权利要求1的组件，其中该冷却系统(32、32′)进一步包括再循环流体流动路径(33、33′)，包括将外壳(30)与泵(40、40′)的上游端相连的第一流体管路(34、34′)以及将该泵的下游端与该外壳相连的第二流体管路(50、50′，36、36′)，该流量传感器系统对该第一流体管路和第二流体管路之间的压强差作出响应。
4.权利要求1的组件，其中该流量传感器系统检测该泵上游的第一压强以及该泵下游的第二压强。
5.权利要求1的组件，进一步包括从该流量传感器系统接收和该压强差相关的信号的处理器(80、80′)，该处理器由此确定冷却流体的流量。
6.权利要求5的组件，进一步包括控制装置(81、81′、82、82′、107)，该控制装置在所确定的流量低于预选最小水平时控制该x射线管的工作。
7.权利要求5的组件，进一步包含对该压强差作出响应的控制装置(81、81′、82、82′、107)，其控制下述内容中的至少一个该x射线管的工作功率；该x射线管的工作时间；可选的扫描协议；以及在该x射线管的后续工作之前的冷却时间段。
8.权利要求1的组件，进一步包括温度传感器(90、92)，其感测该外壳和冷却系统中至少一个内循环冷却剂的温度。
9.权利要求8的组件，进一步包括处理器(80′)，其从温度传感器(90、92)和流量传感器系统(60′)接收信号，并确定该冷却系统的热负载或剩余热容量的指示。
10.权利要求9的组件，其中处理器(80′)基于所确定的指示、x射线管功率、工作时间、和计划扫描协议的占空比确定冷却时间段，以保证该x射线管能够执行计划协议而不过热。
11.一种CT扫描机(100)，包含权利要求1的组件。
12.一种CT扫描机(100)，包括权利要求1的组件；X射线探测器；扫描处理器；以及显示器。
13.一种用于控制x射线管(1)的工作的方法，该方法包括使用泵(40)循环冷却流体通过外壳(30)以及在该射线管上；从已经循环通过该外壳的冷却流体除去热量；以及确定该冷却流体的流量，包括确定该泵上的压强差或与该压强差相关联的函数，以及根据该压强差或函数确定流量。
14.权利要求13的方法，进一步包括如果该流量降低到预定最小水平以下，降低向该x射线管提供的功率。
15.权利要求13的方法，进一步包括确定该冷却流体的温度。
16.权利要求15的方法，进一步包括确定温度差。
17.权利要求15的方法，进一步包括根据所确定的温度和流量确定该x射线管的热负载状况。
18.权利要求17的方法，进一步包括响应于所确定的热负载状况，控制下述内容中的至少一个该x射线管的工作功率；该x射线管的工作时间；可选的扫描协议；以及在该x射线管的后续工作之前的冷却时间段。
19.一种用于从相关x射线管(1)除去热量的系统，包括流体流动路径(33、33′)，其将冷却流体运送到该相关x射线管的至少一部分，并从该部分除去热量；泵(40、40′)，其循环该冷却流体通过该流体流动路径；用于确定该泵上的压强差的装置(52、52′)，；以及响应于所确定的压强差来控制该x射线管的工作的装置(81、81′、82、82′、107)。
20.权利要求19的系统，其中确定装置(52、52′)包括用于测量泵(40、40′)上压强差的装置(60、60′)；以及用于根据所确定的压强差确定冷却流体流量的装置(80、80′)。
21.权利要求20的系统，进一步包括用于确定该冷却流体的温度的装置(90、92)；以及控制装置(81′、82)，也对所确定的温度作出响应。
22.权利要求21的系统，进一步包括用于选择扫描协议的装置(120)；用于使用选定的扫描协议实施扫描的装置(107)；控制装置(81、81′、82、82′)，根据所确定的流量和温度控制下述内容中的至少一个该x射线管的工作功率；该x射线管的工作时间；以及可选的扫描协议。
全文摘要
外壳(30)包围x射线管(1)的至少一部分。冷却系统(32、32′)提供一种冷却液通过该外壳。该冷却系统包含泵(40、40′)和测量该泵上的压强差的流量传感器系统(60、60′)。处理器(80、80′、82、82′)根据该压强差确定冷却流体流量。控制器(81、81′、82、82′、107)基于所确定的冷却流体流量以及测量到的该冷却流体的温度限制该x射线管的工作，从而防止x射线管过热并最小化x射线管工作之间的冷却时间。
文档编号H05G1/54GK1910967SQ200580002313
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月5日 优先权日2004年1月13日
发明者Q·K·卢, K·C·卡拉夫特, F·坦迪安 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司