专利名称：用于冷却x射线检测器的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于X射线检测器的冷却装置以及一种用于X射线检测器装置的冷却系统。此外，本发明还涉及一种具有此类冷却系统的计算机断层造影设备。另外，本发明涉及一种用于冷却X射线检测器的方法。
背景技术：
在医学实践中成像系统在对患者进行检查时起重要作用。由成像系统产生的患者内部器官及结构的视图可用于诊断病情、制定手术计划、在实施手术时也可用于事先准备治疗措施。除了通过采用磁场(例如磁共振断层造影)或者借助于超声波产生患者图像数据的系统外，使用X射线的成像系统也是特别有意义的。这类系统例如有血管造影设备、乳腺造影设备及一些专用的计算机断层造影设备。
在基于X射线放射的成像系统的典型布设结构中，X射线源位于患者的一侧并且X射线检测器位于患者的相对的另一侧。通过检测器确定，由射线源发出的X射线在穿过患者的被照射的身体部位时衰减的程度。根据该衰减的空间相关性可以产生图像数据。典型的X射线检测器将X射线的强度转换为可以向图像处理系统传送的电信号。对于相应检测器的通常实施方案是带有在后连接的图像拍摄器(例如光电二极管阵列)的射线转换器，例如所谓的闪烁晶体。射入闪烁晶体中的X射线由于光效应而导致产生光脉冲。所产生的光脉冲随后由光电二极管阵列转换成电信号，该电信号带有关于X射线放射强度的信息。例如模拟电信号的幅度可以表示X射线放射强度。此外，目前具有集成的模拟数字转换器的检测器也是常用的，它发出用于描述射线放射强度的数字电信号。
通常通过沿X射线放射方向对准的所谓的准直器或准直片对X射线检测器起补充作用。偏离该对准方向的散射射线由准直片吸收。由此可以降低由于散射产生的伪影。这类准直片例如由铝或钨制成。
X射线检测器所存在的根本问题是，在检测器工作时各个组件都产生热量，这些热量有可能损害或者甚至阻碍检测器本身的功能。例如在高运行温度下可能会使模拟数字转换的精度变差。在此通常最大允许的温度约为60℃。
上述根本问题尤其在计算机断层造影设备中产生影响。为了降低图像拍摄时间以及提高图像分辨率，在计算机断层造影设备中采用具有大量射线检测器的检测器场，它们通常同时工作。因此在新设备中在检测器内会产生必然达1000W的损耗热功率，该损耗热功率在不采取其他措施的情况下会严重影响或妨碍检测器的运行。因此相应地需要冷却运行中的X射线检测器。
但是采用传统的冷却系统、例如借助于冷却流体和热交换器实施的冷却例如对于计算机断层造影设备而言由于存在大量的检测器是非常费事且成本昂贵的。此外，很多计算机断层造影设备采用圆形地环绕患者运动支承的检测器。这更难以实现利用流体的冷却。
另一种现存不同的实现对计算机断层造影设备内的检测器冷却的方案是采用通风换气，其结果是空气从检测器的背离X射线源的一侧流过。但是由此达到的冷却功率对于较大的检测器装置而言是不够的，因为就检测器内的热源而言热阻过大。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于冷却X射线检测器的装置和方法，它们能够简单地实现并尤其适用于计算机断层造影设备。
本发明的冷却装置的基本思想在于，将X射线检测器的本身用于减小散射的准直片有利地附加地用于冷却X射线检测器。在此，本发明冷却装置的特征在于，这样构造所述准直片和/或所述冷却装置这样构成的空气导入装置，使得为了冷却所述X射线检测器而对所述准直片之间的空间至少部分地施加冷却气流。
按照本发明所述准直片相应地适用于冷却检测器的原因在于，这些准直片在多数情况下用既具有射线吸收特征也具有良好导热性的材料制成。这尤其是指在实践中通常采用的铝制或钨制准直片。另外，在准直片与X射线检测器的其他组件之间通常总是存在良好的导热连接，例如基于粘接的连接，从而有利于将其他检测器组件所散发的热量传导到准直片上。通过对准直片之间的空间施加冷却空气，有助于准直片的热量散发到周围空气中，从而有效地冷却全部X射线检测器。通过所述准直片相互靠近地平行定向，例如通常沿径向对准X射线源，有利于提高冷却性能，因为可以导致有利的层状冷却空气流，这如同例如也在通过熟知的具有叠片式造型的金属冷却体冷却半导体处理器时的情况那样。
为了产生冷却空气流，在此可以设想，对准直片在造型方面这样进行补充，即，使得在X射线检测器旁流过的空气绕流到准直片之间的空间并进而加速地运走X射线检测器的热量。另一种方案，可以通过专门的用于在准直片之间形成冷却空气流的空气导入装置补充所述X射线检测器。
相对于采用冷却流体、热交换器或在检测器内集成的通风机而言，按照本发明的冷却装置的优点在于，为了排出热量利用了X射线检测器的已有特性和已有组件。因此获得了一种经济地相应实现冷却装置的方案，并且也适合于在计算机断层造影设备中的应用。另外，按照本发明的冷却装置可以在不明显增加总体质量的情况下集成到一个检测器装置内，从而不会或只在能容忍的程度上改变具有可运动的检测器装置的X射线设备的动力学特性。
通过对所述准直片之间的空间至少部分地施加冷却空气流，而获得一种用于冷却带有检测器面和多个在X射线方向上设置在该检测器面之前的准直片的X射线检测器的方法。
在本发明冷却装置的一种特别优选的实施方式中，准直片设计为，使在准直片之间的冷却空气流通过X射线检测器的运动产生，例如通过计算机断层造影设备的机架的旋转运动产生。或者可以利用叶片式的形状补充所述通常所采用的平面式的准直片，从而在检测器运动时将周围空气导引到准直片之间。类似地在本发明的一项有利的扩展设计中可以将空气导入装置设计为，通过X射线检测器的运动来产生冷却空气流。
在所述空气导入装置的另一项扩展设计中，该空气导入装置围绕一空腔并具有用于接收冷却空气的入流口和用于将冷却空气排出到准直片之间的空间内的流入口。其中将空气导入装置有利地设计为，使在所述入流口处接收到的冷却空气被压缩和/或加速。也就是说，冷却空气与在所述入流口处的速度相比在流入口具有相对更高的流速。通过该更高的流速改善冷却效率。这种空气导入装置的一个示例是具有两个开口和漏斗形造型的空心体，其中较小的开口面向准直片。
因为通常在所述入流口处接收的冷却空气流已经不必朝所述准直片的主延伸平面方向对准，所以在一种特别优选的实施方式中按照本发明的空气导入装置具有可使冷却空气流转向的特性。也就是说，空气导入装置布设和/或设计为，使在入流口内的冷却空气流的方向与在流入口内的冷却空气流的方向不同。尤其对于上述冷却空气流通过所述X射线检测器的运动产生的情况，这种转向尤其有利，因为由此例如也可以实现冷却装置，在该冷却装置中X射线检测器的运动沿与准直片的主延伸平面垂直的方向进行。
除了所述入流口和流入口之外，在另一项扩展设计中所述按照本发明的空气导入装置具有用于传导冷却空气的导流口。在这种情况下，可以分配在入流口处接收到的冷却空气，使得第一部分冷却空气通过所述流入口导入到准直片之间的空间内，而另一部分通过导流口排出。这另一部分随后又可以用于冷却下一个X射线检测器或者也可以用于冷却X射线设备的其他组件。
另外按照本发明的冷却装置的特征在于，其包括空气导出装置，该空气导出装置设计为，它至少接纳一部分由空气导入装置引入到准直片之间的空间内的冷却空气流。由此例如可以有利地防止，在所述准直片之间吸收的热量被传导到X射线设备的那些对热量敏感的区域内。此外，一种此类空气导出装置例如通过在该空气导出装置内的抽吸效应有助于冷却空气在准直片之间流动。该抽吸效应可能是通过所述X射线检测器的运动或者还可以通过另外集成到该空气导出装置内的装置、例如通风机或泵机产生的。在按照本发明的冷却装置的一项特别有利的扩展设计中，所述空气导入装置和空气导出装置设置在所述准直片的相对置两侧上。
除了所描述的通过X射线检测器的运动产生冷却空气流之外，也可以通过在检测器外部产生冷却空气流以及通过在检测器上引用适合的装置来引发冷却空气流。因此可以设想，将X射线设备连接到一压缩空气源上，并通过按照本发明的冷却装置将压缩空气传导到所述准直片之间的空间内。此外，在本发明的一项优选的扩展设计中，所述空气导入装置本身具有产生冷却空气流的技术装置，例如通风机或泵机。
对于将冷却空气带入到准直片之间的空间内的补充，按照本发明的空气导入装置附加地可以构造成，对图像拍摄器或者也对其他位于X射线检测器上的装置、例如电子开关电路施加冷却空气。由此可以改善冷却效率，因为X射线检测器不仅包含光传感器、例如光电二极管阵列，而且包含其他的电子开关电路、例如模拟数字转换器，而它们都散发热量形式的损耗功率，因此尤其需要改善冷却效率。
如本文开头所描述的那样，X射线设备以及在专用的计算机断层造影设备中通常包含由多个X射线检测器组成的装置。该装置例如可以以所谓的X射线检测器条的形式、亦即并列成一排地布设。此外，尤其为了能够缩短检查时间，也采用X射线检测器场，确切地说，以阵列形式布设X射线检测器。本发明可以应用于尤其在计算机断层造影设备中的这类X射线检测器装置。在此，至少一部分X射线检测器具有按照本发明的冷却装置，该冷却装置为在X射线探测装置器内的X射线检测器的准直片之间的空间加载冷却空气。在阵列形式的X射线检测器装置内例如位于阵列的行或列的边缘上的各X射线检测器包含按照本发明的冷却装置并因此对相关行或列的检测器均供给冷却空气。因此可以将在X射线检测器装置内的冷却装置的总和理解为“冷却系统”的概念。按照本发明的冷却系统可以构造成，与各冷却装置对应地配设X射线检测器。由此获得一种模块式的结构，这尤其例如对于要制定多种检测器布局方案、例如不同的阵列配置是有利的。
在所述冷却系统的一种优选的实施方式中，所述空气导入装置布设和/或设计为，使得以基本相同的强度对所有X射线检测器施加冷却空气流。当所述冷却空气流通过X射线检测器的运动、尤其通过计算机断层造影设备的X射线检测器装置的旋转运动产生时，则首先优选空气导入装置的上述类型的设计结构，因为这样的话可以避免，沿运动方向位于前面的检测器比关于运动方向处于略后面的检测器更强地遭遇冷却空气流。相应地防止了不利地、不同强度地对各检测器的冷却。
在按照本发明的冷却系统的另一种优选的实施方式中，采用了冷却空气通道，该冷却空气通道环绕空气导入装置并向其供应冷却空气。其中所述冷却空气通道也可以包括用于在该冷却空气通道内产生冷却空气流的泵机和/或通风机。
此外，按照本发明的冷却系统包括前面所介绍的、补充有导流口的冷却装置，其中将相应冷却装置的至少一部分设置成，第一X射线检测器的空气导入装置的入流口与第二相邻的X射线检测器的空气导入装置的导流口相对地布设。确切地说，由第一X射线检测器的空气导入装置接收的冷却空气部分地被传导到第二X射线检测器的空气导入装置中。相应地可以以有利的模块结构方式并列地布设多个检测器，同时通过空气导入装置本身构成冷却空气通道。
按照本发明的冷却装置和冷却系统通常可以应用在所有的具有带准直片的X射线检测器的X射线设备中。
如同上面已阐述的那样，在计算机断层造影设备中的应用是尤其有利的，因为计算机断层造影设备的通常特征是具有大量的X射线检测器并因此对在检测器内产生的热量的排出提出了相应高的要求。在具有静止的检测器装置的计算机断层造影设备中，亦即在采用所谓的“环形检测器设备”或“反向扇形射线设备”时，可以通过从外部的冷却空气供应、通风机或泵机来产生冷却空气流。
此外，按照本发明的冷却系统尤其适用于在实践中已广泛应用的在拍摄X射线图像时X射线检测器装置是运动的计算机断层造影设备中。这也适用于通常具有带支承环的所谓“机架”的“扇形射线设备”，该机架包围一个通常为圆形的检查空间。在机架的支承环上不仅有X射线源，而且有X射线检测器装置。机架在拍摄X射线图像期间旋转，也就是说，X射线检测器装置围绕患者旋转。该设备特有的旋转运动能够有利地通过按照本发明的冷却系统用于产生在准直片之间冷却X射线检测器装置的冷却空气流。在所述方法中必要时使冷却空气流转向或绕行，以便更好地冷却准直片。通过给机架添设冷却系统而增加的质量基于相对简单的结构而保持较小，从而仅对机架的动力学特性造成极小的影响。另外基于本发明的冷却系统较少发生故障并进而可以经济地运行，因为在大多数情况下可以取消费事的机械装置，例如软管管道、冷却流体泵或热交换器。
下面参考附图借助于具体实施方式
再次对本发明予以详细阐述。附图中图1示出具有按照本发明第一种实施方式的冷却装置的X射线检测器的简略视图；
图2示出按照本发明用于X射线检测器装置的冷却系统的一个实施例的简略视图；图3A和图3B示出X射线检测器装置的另一种按照本发明的冷却系统的简略视图；图4以简略视图示出带有用于冷却具有沿径向对准的准直片的运动支承的X射线检测器装置的本发明的冷却系统；以及图5示出通过计算机断层造影设备的机架外壳的简略横剖视图。
具体实施例方式
图1示出具有按照本发明第一种实施方式的冷却装置的X射线检测器1的简略视图。其中该X射线检测器1由射线转换器5(例如闪烁晶体)和图像拍摄器6组成，该图像拍摄器与射线转换器5相连。在一种简单的实施方式中图像拍摄器6是光电二极管或由多个光电二极管构成的阵列。此外可以设想，在图像拍摄器6的不同实施方式中也可以包含用于选择单个光电二极管或模拟数字转换器的开关电路。
在面对射入的X射线3的检测器面31上安置了多个准直片2。按照本发明的空气导入装置7在一入流口8处接收冷却空气流4，使冷却空气流4转向并通过流入口9朝准直片2的方向释放该冷却空气流4。在此，准直片2之间的空间至少部分被施加冷却空气流4。这样的话，通过将在射线转换器5和图像拍摄器6内产生的热量传导到准直片2上以及再将该热量传给冷却空气流4，来达到冷却目的。
图1以简化示意图示出带有少量相互平行设置的准直片2和平面射线转换器5以及平面图像拍摄器6的X射线检测器1。但是按照本发明的冷却装置也可以有利地用于经常采用的带有弧形结构的射线转换器5和图像拍摄器6的X射线检测器1中。这类X射线检测器1应用于计算机断层造影设备21中。其中准直片2沿径向对准X射线源25的方向。另外，典型的X射线检测器1通常具有大量的准直片2，以便将各探测通道相互分隔开。但是为了视图清晰起见，在此仅示出了部分准直片2。
图2示出用于X射线检测器装置17的本发明冷却系统33的一个实施例的简略视图，该X射线检测器装置17在此示例性地由三个长形的X射线检测器1构成，这些X射线检测器1沿垂直于准直片2的主延伸平面的方向上并列地布设。在此X射线检测器1分别通过空气导入装置7′和空气导出装置11来补充。在所选择的视图中相互平行布设的准直片2垂直地处于显示平面上。准直片2位于空气导入装置7′与空气导出装置11之间。在空气导入装置7′的入流口8处接收的冷却空气流4的第一部分部分地通过流入口9排放到准直片2之间的空间内。而所接收的冷却空气流4的剩下来的另一部分通过导流口13传导到相邻X射线检测器1的空气导入装置7′。这样的话，相互连接的空气导入装置7′构成冷却空气通道，通过该冷却空气通道将冷却空气流4分配到各X射线检测器1上。空气导出装置11以类似的方式布设。流出口13接纳在准直片2之间被加热的冷却空气流4，必要时通过导流口传导并通过流出口14排出。所示出的冷却系统33的实施方式特征在于其模块式的结构，亦即不要求与所包含的规定数量的X射线检测器1特定的匹配性。
图3A和图3B示出X射线检测器装置17的本发明冷却系统33″的另一个实施例的高度概括简图。除了图3A中的透视图外，图3B示出了从上方观察到的带有垂直于纸面的准直片2的视图。在此所示出的X射线检测器装置17例如包括三个沿准直片2的主延伸平面方向并列地布设的X射线检测器1。在本发明的这种实施方式中在准直片2之间的冷却空气流4主要通过通风机32产生。由于X射线检测器1的定向，因此在此并不强求每个X射线检测器1都要具有一个相应的通风机32。在此有利的是，准直片2的这种叠片式布设结构有助于将冷却空气流4从附设在通风机旁的X射线检测器1向相邻的相隔略远的X射线检测器1传送。
图4以简略视图示出带有用于冷却可运动支承的X射线检测器装置的本发明的冷却系统33′的另一种扩展设计，其特征是沿径向对准定向的准直片2。这种X射线检测器装置17反映了计算机断层造影设备21中上述“扇形射线设备”类型的特征。为了视图清晰起见，在图4中也仅示出了相对少量的准直片2。目前常用的X射线检测器装置17具有几百片准直片2，以便将各检测器通道相互分隔开来。这样的话，准直片2之间的间距可能为仅约1mm。
图5示出相应的、在医学实践中多次出现的计算机断层造影设备21的实现(ausprgung)的、通过同轴轴承20可旋转地支撑在机架底座22中的机架壳体23的简略横剖视图。机架24的可旋转支撑的支承环28包括X射线源25，由该X射线源25发出扇形定向的X射线3。沿径向与X射线源25相对置的、设置在支承环28上的X射线检测器装置17接收穿过在检查空间内位于卧榻29上的患者之后的X射线3。机架24的旋转运动30在拍摄X射线图像时在冷却空气通道16内产生冷却空气流4。在图4中为了视图清晰起见未示出的空气导入装置7位于该冷却空气通道16内，通过所述空气导入装置7将冷却空气流4导引到准直片2之间的间隙中。
但是也可以在具有静止的X射线检测器装置17的计算机断层造影设备21中采用此类冷却空气通道16，其中冷却空气流4可以通过泵机或通风机31产生。
最后需要再次说明的是，前面所描述的用于冷却X射线检测器的冷却装置和方法的涉及由本领域技术人员可能以不同方式更改的实施方式均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种用于X射线检测器(1)的冷却装置，所述X射线检测器(1)具有检测器面(31)和多个在X射线(3)方向上设置在该检测器面(31)之前的准直片(2)，其特征在于，这样构造所述准直片(2)和/或所述冷却装置包括这样构成的空气导入装置(7，7′，7″)，使得为了冷却所述X射线检测器(1)而对所述准直片(2)之间的空间至少部分地施加冷却气流(4)。
2.按照权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述X射线检测器(1)可运动地支承，以及所述准直片(2)和/或所述空气导入装置(7，7′)设计为，使所述冷却空气流(4)至少部分地通过所述X射线检测器(1)的运动产生。
3.按照权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述空气导入装置(7，7′)包括用于接收冷却空气的入流口(8)和用于将冷却空气排出到所述准直片(2)之间的空间内的流入口(9)。
4.按照权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述空气导入装置(7)设计为，使所接收的冷却空气压缩和/或加速。
5.按照权利要求3或4所述的冷却装置，其特征在于，所述空气导入装置(7，7′)布设和/或设计为，使在所述入流口(8)内的冷却空气流(4)的方向与在所述流入口(9)内的冷却空气流(4)的方向不同。
6.按照权利要求3至5中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述空气导入装置(7′)包括用于传导所述冷却空气流(4)的导流口(10)，使得通过所述入流口(8)接收的冷却空气流(4)的第一部分通过所述流入口(9)导入到所述准直片(2)之间的空间内，以及另一部分通过所述导流口(10)排出。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的冷却装置，其特征在于，具有空气导出装置(11)，该空气导出装置设计为，它至少接纳一部分由所述空气导入装置(7′)引入到所述准直片(2)之间的空间内的冷却空气流(4)。
8.按照权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述空气导入装置(7′)和空气导出装置(11)设置在所述准直片(2)的相对置的两侧上。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述空气导入装置(7″)包括至少一个通风机(32)和/或一台泵机。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述X射线检测器(1)包括与所述准直片(2)相邻设置的射线转换器(5)和图像拍摄器(6)，该图像拍摄器(6)设置在所述射线转换器(5)的背离准直片(2)的一侧，以及所述空气导入装置(7，7′，7″)设计为，使其也至少部分地对所述图像拍摄器(6)施加冷却空气(4)。
11.一种用于X射线检测器装置(17)的冷却系统(33，33′，33″)，其具有多个并列设置的X射线检测器(1)，其中该冷却系统(33)包括多个与各X射线检测器(1)对应配设的按照权利要求1至10中任一项所述的冷却装置。
12.按照权利要求11所述的冷却系统(33，33′，33″)，其特征在于，所述冷却装置的空气导入装置(7，7′，7″)布设和/或设计为，使得以基本相同的强度对所有X射线检测器(1)施加冷却空气流(4)。
13.按照权利要求11或12所述的冷却系统(33′)，其特征在于，冷却空气通道(16)环绕所述X射线检测器(1)的空气导入装置(7，7′，7″)。
14.按照权利要求13所述的冷却系统(33′)，其特征在于，所述冷却空气通道(16)包括至少一个通风机和/或一台泵机，以便在该冷却空气通道(16)内形成冷却空气流(19)。
15.按照权利要求11至14中任一项所述的冷却系统(33)，具有多个按照权利要求6所述的冷却装置，它们布设成，至少对于一部分X射线检测器(1)而言所述空气导入装置(7′)的入流口(8)与相邻的X射线检测器(1)的空气导入装置(7)的导流口(10)相对置地布设。
16.一种计算机断层造影设备(21)，具有X射线检测器装置(17)和按照权利要求11至15中任一项所述的冷却系统(33，33′，33″)。
17.按照权利要求16所述的计算机断层造影设备(21)，其特征在于，所述冷却系统(33′)布设和/或设计为，使所述冷却空气流(4，19)至少部分通过所述X射线检测器装置(17)的旋转运动(30)产生。
18.一种用于冷却X射线检测器(1)的方法，所述X射线检测器(1)具有检测器面(31)和多个在X射线(3)方向上设置在该检测器面(31)之前的准直片(2)，其特征在于，对所述准直片(2)之间的空间至少部分地施加冷却空气流(4)。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，所述冷却空气流(4)至少部分地通过所述X射线检测器(1)的运动产生。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，为了冷却计算机断层造影设备(21)内X射线检测器装置(17)的多个X射线检测器(1)，所述冷却空气流(4，19)至少部分的通过所述X射线检测器装置(17)的旋转运动(30)产生。
全文摘要
本发明涉及一种用于X射线检测器(1)的冷却装置，所述X射线检测器(1)具有检测器面(31)和多个在X射线(3)方向上设置在该检测器面(31)之前的准直片(2)。为了实现所述冷却装置，这样构造所述准直片(2)和/或所述冷却装置包括这样构成的空气导入装置(7，7′，7″)，使得为了冷却所述X射线检测器(1)而对所述准直片(2)之间的空间至少部分地施加冷却气流(4)。此外，本发明还涉及一种相应的用于冷却X射线检测器(1)的方法。
文档编号G01T7/00GK101082675SQ20071010429
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月29日
发明者比约恩·海斯曼, 冈特·米勒 申请人:西门子公司