专利名称：用于冷却桶架的冷却系统和冷却方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对计算机断层造影装置的设置在桶架(Gantry)壳体中的部件进行冷却的冷却系统。此外，本发明还涉及一种相应用于冷却这些部件的冷却方法。
背景技术：
在计算机断层造影装置中，借助一X射线方法来产生一待检查对象内部的三维层析像片。为此借助一个通常具有一个可围绕拍摄对象旋转的X射线源和一个图像拍摄系统的扫描单元(通常称作桶架)产生两维X射线断层像片，由这些两维像片重构三维断层像片。在这里，通常该桶架位于一个成环状围绕一待检查对象拍摄腔设置的桶架壳体中。
在所有的X射线装置中一个基本问题是在X射线源产生X射线时所采用的电能99％会转换为热能。必须将这种在X射线源运行时所产生的热量从X射线源导走，以使得该X射线源能够在不出现过热的情况下运行一段较长的时间。这一点尤其在需要大功率的X射线时更是应当满足的要求。在计算机断层造影装置中，正如上面所说明的那样，X射线源通常在放射拍摄期间持续地围绕待检查对象拍摄腔室旋转更加剧了这方面的困难。鉴于这种不断的转动、极高的温度和桶架壳体内腔的狭窄，证明了要将X射线源运行时产生的热量排走是相当费事和难以解决的。
迄今在这种计算机断层造影装置中所采用的冷却系统通常由多个安装在该桶架壳体内的热交换器构成。为了尽可能有效地将在转动的X射线源中产生的热量由该桶架和从该桶架壳体内部排走，惯用的方式是将一个随着一起转动的热交换器安装在紧靠X射线源的附近。此第一热交换器将热量导送给该桶架壳体中的环绕该桶架的空气。环绕该桶架的、已被加热的空气例如可以由一个第二热交换器进行冷却，该第二热交换器从空气那里接收热量并将其导送到一个在该桶架壳体外部的冷却系统中。德国专利申请公开说明书DE 199 45 413 A1公开了一种计算机断层造影装置，其中该第二热交换器在那里相对于X射线发射器来说位置固定地设置在该桶架壳体中。在运行期间吸收的热量通过在第二热交换器内设置的冷却剂管导引到桶架壳体之外的一个冷却系统中。在德国专利申请公开说明书DE 198 45756 A1提供了另一种可替换的方案。在那里所描述的计算机断层造影装置中，第二热交换器以可随着桶架一起转动的方式设置在该桶架壳体内。热量的导出是在两次测量之间的桶架静止期间通过将该第二热交换器与一个设置在该桶架壳体外部的冷却水循环快速耦合连接来实现的。
在所提到的冷却系统中，已证明其缺点在于需要多个精确的机械部件和电气元件，鉴于它们的功能这些部件或元件是易磨损的，相应地必须加以维修。另一个缺点在于由于所要求的热交换器的尺寸，使得该桶架壳体必须相应地具有巨大的容积。对于最后所描述的方案，虽然达到了相当好的冷却效率。但是其缺点在于该冷却介质的冷却仅仅在有足够的静止时间才是可能的。通常，所要求的与一外部冷却介质循环相耦合使得该桶架壳体可摆动地支承在该计算机断层造影装置的一个固定部分上的这样一种结构变得困难了。这样一种结构的优点在于通过该桶架壳体或桶架的摆动可以使聚焦平面与检查对象成一角度，从而实现例如与物面相平行的断面控制(Schnittführung)。这样一来，可以建立例如任意的冠状断面(koronare Schnitte)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉、且在桶架壳体中占据小空间的冷却系统和冷却方法。
就冷却系统而言，上述技术问题通过一种用于对计算机断层造影装置的设置在桶架壳体内的部件进行冷却的冷却系统来解决，该冷却系统具有一带有提供压缩空气器件的冷却空气输送装置以及一些与该冷却空气输送装置相连接的流出件，该冷却空气输送装置及所述流出件布置和/或设计成可使压缩空气流到所述有待冷却的部件上。
就冷却方法而言，上述技术问题通过一种用于冷却一台计算机断层造影装置的设置在一环形桶架壳体内的部件的冷却方法来解决，其中，将压缩空气导送到所述待冷却的部件。
按照本发明，此时为冷却该桶架壳体中的部件采用了一个冷却空气输送装置以便将压缩空气在所述桶架壳体中通过流出件(例如合适的喷嘴)直接导送到待冷却的部件上。这种设计成冷却-压缩空气系统的冷却系统的优点在于其在桶架壳体中要求占用很小的空间。这样一来就可能采用一种节省成本的、较小桶架壳体的设计。另一个优点在于可对准该桶架壳体中的部件，于是可以十分有效地进行冷却。因此，该冷却系统总体上相当简单、成本低廉和有效。
优选由一台空气压缩机将压缩空气压缩到远远高于大气压。该空气压缩机可以设置在计算机断层造影装置附近，例如在该检查房间内直接以一个单独的壳体置于该断层造影装置旁，甚至集成在该计算机断层装置的固定部件中。但是该空气压缩机还可以置于一个单独的技术房间内以避免由于该空气压缩机运行时所产生的噪音而可能对检查房间造成妨碍。为了由空气压缩机提供空气，该冷却系统还可以具有用于连接到大多数医院本身已有的压缩空气系统上的连接件。然而，此前提是这种压缩空气系统能提供足够高的压力和空气生产能力。这样就能实现低成本。尤其不产生附加的维护费用。
压缩空气在从一个喷嘴中流出时快速膨胀，此时空气温度自动下降。这种借助冷却压缩空气进行冷却时有利的热力学性能优选还通过一个对压缩空气进行附加冷却来给予加强。为此，至少将一个热交换器集成到该冷却系统中，以便在将压缩空气导送到待冷却部件之前对其进行冷却，优选低于环境温度。此时，优选将该热交换器放置在与空气压缩机相紧邻，且可以将此热交换器连接到一个流体冷却装置中，如一个简单的水冷却装置中。
该压缩的和被冷却的空气优选通过绝热管道从空气压缩机输送到计算机断层造影装置和桶架壳体中。这样，可防止压缩空气的温度上升并保持该冷却系统的高效率。优选要注意的是该输送管道仅仅具有小的直径，以保持其对空间的占用尽可能小。
在本说明书开始部分提到的那一类计算机断层造影装置中，产生大部分热量的部件、即X射线源安装在一个以可围绕测量腔室转动方式支承在桶架壳体中的支承环之上或之中。在此支承环之中或之上还可以安装有其他一些自身产生热量的部件或必须防止被X射线源产生的热量加热的部件。
本发明冷却系统中一种特别优选的变化结构是这样构成的；压缩的、可能还被冷却的空气通过流出孔直接导向安装在支承环之中或之上的、在支承环转动时从该流出孔一旁经过的待冷却部件。
在一种变化结构中，这样一种形成一个环绕转动轴线的角型材的支承环具有一个基本径向延伸的、即与支承环的转动轴线相垂直的、成环状的第一面和一个轴向延伸的、即平行于转动轴线的、位于该第一面径向外端的、成环状的第二面。为简化起见，此后将这些面称作径向面或轴向面。但是，该支承环原则上还可以设计成任意其他方式的结构，如一种简单的管框架形式。
本发明的一种实施方式是该流出件以喷嘴环方式来实现，且优选设置在该桶架壳体径向靠里的区域内。此时，压缩空气从优选位于该喷嘴环的整个周边上的多个孔或喷嘴中流出后，沿径向离开所述测量腔地流向所述一旁转动的支承环。这样，所述安装在支承环之中或之上的部件在该计算机断层造影装置运行期间就持续不断地受到一股强冷却压缩空气流的冲击，因而被有效地冷却。为了使被加热的空气尽可能通畅地再从这些部件那里流走，在上述具有环状的角型材的支承环结构中，在该支承环的轴向面上设有供被加热空气流走的通流孔。
在本发明的另一种变化结构中，将一些喷嘴板作为流出件安装在该桶架壳体内确定的周边位置，或者必要时还用法兰安装在该桶架壳体上。
在上述具有环状的角型材的支承环结构中，该喷嘴板优选紧邻地贴靠在该支承环上设有通流孔的径向面上。所述压缩空气流过通流孔并撞击在在一旁转动的待冷却的部件上。该喷嘴板可以由一个或多个弓形件构成，从而仅仅该支承环的径向面的一部分被弓形件覆盖。但是，该喷嘴板也可以这样构成，使得该弓形件基本上覆盖该支承环的整个垂直面，形成一个完整的环。
此外，还可以将两种前面提到的变化结构结合起来，即一种既在该桶架壳体内安装一个喷嘴环又安装一块或多块喷嘴板的结构。
本发明的另一种变化结构是还将冷却-压缩空气对着固定设置在该桶架壳体内的部件进行冷却。为此，通过优选的单根绝热空气输送软管或管道将压缩空气导送到直接紧邻该待冷却部件的喷嘴头。该喷嘴头优选具有多个流出孔(喷嘴)，这些流出孔或喷嘴这样布置和定向，使压缩空气直接流到所述待冷却部件上。一个部件可以按照需要用一个或用多个喷嘴头来冷却。
在本发明的一种敞开式的变化结构中，所述桶架壳体这样构造，即，使该桶架壳体的外壁上具有一些流出孔。在这种变化结构中，被加热的空气直接经该桶架壳体上的一些流出孔流到检查房间中。这样的流出孔可以是较大的孔。然而，优选该壳体在一定的区域内，尤其优选沿着整个周边径向向外(即朝着离开检查对象的方向)打孔。特别是在部件用事先冷却的压缩空气冷却时，预计所逸出的空气也不会对检查房间形成加热或者加重一个可能存在的空调装置的负担。
在一种替换的封闭系统中，所述被加热的空气被一抽吸装置从该桶架壳体吸走。为此，优选采用至少一个设置在固定部件中的风扇。在大多数计算机断层造影装置中，该桶架壳体借助两个同轴的、即设置在该桶架壳体两对置侧的轴承可围绕一轴线摆动地支承在该计算机断层造影装置的固定部件上。在这样的装置中，优选在一个或两个轴承的区域内将被加热的空气抽吸到桶架底座(固定部件)中。在这种情况下，所需的风扇特别优选地置于轴承附近。
在这样的情况下，所述被加热的空气通过一个纵向通过轴承的通流孔从该桶架壳体流到固定部件中。为此，该轴承例如设计成轴承环或轴承管。此时，为了使空气交换尽可能不受阻碍地进行，该孔的内截面，即轴承环或轴承管的内直径应当尽可能大。作为一种变换结构，可以将通流孔设置在该桶架壳体和该固定部件壳体上彼此对置、与轴承相邻的面上。此时，通流孔对外密封，因此没有空气可以从该桶架壳体和该该桶架底座壳体之间的间隙处流到患者检查房间中。通流孔可能的形式、孔的尺寸和布置将根据各种结构系列的壳体几何形状和壳体尺寸进行优化确定。此外，还可以是前面所提到的两种变型结构的组合，即，所述通流孔位于轴承内部和轴承旁边的壳体面上。
此外，还特别优选将该轴承用来作为将冷却-压缩空气输送管道通往该桶架壳体中的一通道。
为了避免因该计算机断层造影装置运行时产生的热量在该桶架壳体中生成水蒸汽，在一种特别优选的实施方式中，在冷却系统中安装了一个除湿器。该除湿器优选紧邻空气压缩机，尤其在该空气压缩机之后。
本发明的冷却系统尽管具有节省空间和成本的结构，但由于其效率高而足以对所有位于该桶架壳体中的部件进行冷却。此外，还可以用来完善已公知的冷却方法。因而，此压缩空气冷却原则上也可以用来冷却设置在该桶架上、随同一起转动的热交换器，以提高该热交换器的效率。尤其是还可以对一台已有的计算机断层造影装置进行改造。为此，只要求将压缩空气输送管道和流出件恰当地布置在该桶架壳体之上或之中。
下面结合附图所示实施方式对本发明作更详细的说明，附图中图1为带有本发明第一种实施方式冷却系统的计算机断层造影装置的示意横截面图；图2为图1所示计算机断层造影装置的桶架壳体沿断面线Q-Q′线的示意横截面图；图3为带有本发明第二种实施方式冷却系统的计算机断层造影装置的示意横截面图；图4为一个类似于图2、然而带有一个本发明第二实施方式冷却系统的计算机断层造影装置的桶架壳体的示意横截面图。
各附图中的相同构件用同一附图标记来表示。
具体实施例方式
图1中示出的计算机断层造影装置1具有一个固定部件2(下面也称作桶架底座2)和一个可运动地支承在其上的桶架壳体3作为主要组成部件。该壳体3借助两个同轴轴承9、10以可绕一轴线A摆动的方式支承在该计算机断层造影装置1的固定部件2的彼此相对置的两侧。一个以可沿转动方向R转动方式支承的桶架4位于该壳体3中，在该桶架上彼此相对置地设置了一个X射线源5和一个检测器6。在计算机断层造影装置1运行时，该桶架4围绕着检查腔室8中躺卧在一个卧塌29上的待检查对象(图中是一患者P)转动，其中一束由X射线源5发出的扇形X射线束穿透过待检查对象P而投射到检测器6上。因而得到了该待检查对象P体内的位于此转动平面内的一层面的断层图像。
为了冷却该桶架的各种部件，尤其是X射线源5，本发明的计算机断层造影装置1具有一个专用的、以冷却的压缩空气工作的冷却-压缩空气导送装置11。
该冷却-压缩空气导送装置11具有一个设置在该计算机断层造影装置1外部的单独壳体中的空气压缩机12。该空气压缩机12吸入环境中的空气Lu并将其压缩到远远高于大气压。
在空气压缩机的壳体中，紧接在空气压缩机12之后设置了一个热交换器14，该热交换器通过冷却水管道15与一外部冷却装置相连接，并将压缩后的环境空气Lp冷却到大大低于环境温度。此被压缩的冷却后的空气Kp(也称作冷却压缩空气Kp)再借助一个除湿机16除湿。
该冷却-压缩空气Kp经绝热的冷却-压缩空气管道13导送到桶架壳体3中。在图中经过两轴承之一9来完成从计算机断层造影装置1的固定部件2到该桶架壳体3中的输送。在该桶架壳体3中，该冷却-压缩空气Kp流到一个沿其整个周边具有径向向外出口孔37(下面称作喷嘴37)的喷嘴环17中。
图2示出了一个图1所示计算机断层造影装置1的桶架壳体3沿断面线Q-Q′的横截面。
在这里，所述支承环18由一个环绕该桶架4转动轴线的角型材构成，该角型材具有一个基本上径向延伸的、即与转动轴线成垂直走向的、成环状的第一面35和一个轴向延伸的、即平行于转动轴线的、位于该第一面35径向外端的、成环状的第二面36。也就是说，支承环18的横截面具有一个基本为直角的断面形状。桶架4内的各个部件5、6在这里悬挂在该支承环18的角型材的内部。
冷却-压缩空气Kp经喷嘴环17的喷嘴37流到安装在支承架18上的随同转动的部件5、6上，或者通过设置在该支承环18的沿轴向的第二面36上的通孔27流经部件5、6。被加热的空气W接着可以通过该桶架壳体3上的流出孔7向外逸出。
其他部件26，例如一个固定地安装在该桶架壳体3中的电子电路，通过经一喷嘴头25直接吹向这些待冷却部件26的冷却-压缩空气Kp得到冷却。这些喷嘴头25具有多个侧向喷嘴。被加热的空气W再次通过该桶架壳体3上的流出孔7向外逸出。
图3示出了一个与图1结构相似的实施方式。然而在这里，已加热的空气被抽吸到该桶架底座2的壳体中，以代替通过该桶架壳体3上的孔逸出到环境中。为此，在用于使该桶架壳体3可摆地支承在该固定部件2上的轴承9、10中以及在该桶架底座2的壳体和在该桶架壳体中轴承9、10区域相对置的面上分别设置了通流孔30、31。在该壳体3和该固定部件2的壳体之间这些通流孔30、31四周设置了环状的可转动密封件32，以便使那些排走的空气不能到达检查房间内。在这里，所述风扇19、20、21通过导向管22、23将已加热的空气W从该桶架壳体3中抽吸走和从检查房间内导出(图中未示出)。
在这里，所述风扇19、20、21的布置仅仅是示例性地表示。因而，例如这些风扇可以按照需要设置在该桶架底座2中或该桶架底座2外。
图4类似于图2再次示出了一个通过一台计算机断层造影装置1的桶架壳体3的横截面。然而，在此实施方式中，在该桶架壳体3不同的周边位置安装了喷嘴板24形式的流出件。这些喷嘴板24在其朝向支承环18的一侧具有流出口或喷嘴33。向喷嘴板24的输送例如经一个图中未示出的环形管道来实现。已压缩的、经冷却的空气Kp从喷嘴33流出，再流过设置在支承环18的径向面35上的通流孔28，然后吹到随着支承环18一起转动的桶架-部件5、6上。此时，喷嘴板24紧邻该支承环18的带有通流孔的径向面35。在此实施方式中，还可以按需要在该支承环18的轴向面36上设置通流孔。
如图4所示，该桶架壳体3中的另一个固定部件26借助一个单独的、在其端侧有一个喷嘴的喷嘴头34直接被冷却。
在这种实施方式中，所述已加热的空气W如图3所示从该桶架壳体3中被抽吸走。但是，在这种实施方式中，还可以让已加热的空气W如图1所示实施方式那样通过流出孔7从桶架壳体3中逸出。
最后还要强调指出的是，上述所有冷却系统仅仅是一些可以由本领域技术人员在本发明范围内进行改进的具体实施方式
。因而该冷却系统例如还可以应用于一个不转动的桶架中。该支承环的结构还可以按照任意其他要求来完成，例如为开式管框架。在这种情况下，所述冷却-压缩空气可以方便地通过此开式框架到达所述待冷却的部件，且所述已加热的空气进一步通过该框架选出。所述支承环还可以设计成固定不动，例如是一种供桶架在其上环绕待检查对象转动的环形轨道。该冷却系统也可以完全一样地应用在这样的桶架结构上。此外，流出件可以按要求来布置。因而，该喷嘴板例如可以用法兰盘从外面连接到桶架壳体上。还可以将其覆盖在该壳体的整个径向周边或仅仅覆盖局部周边。在这种情况下，所述冷却-压缩空气-输送管道可以单独从外面连接到喷嘴板上。
权利要求
1.一种用于对计算机断层造影装置(1)的设置在桶架壳体(3)内的部件(5，6，26)进行冷却的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有一带有提供压缩空气(Lp，Kp)器件的冷却空气输送装置(11)以及一些与该冷却空气输送装置相连接的流出件(17，24，25，34)，该冷却空气输送装置及所述流出件布置和/或设计成可使压缩空气(Lp，Kp)流到所述有待冷却的部件(5，6，26)上。
2.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有一设置在所述计算机断层造影装置(1)中或与该计算机断层造影装置相邻设置的、用于接收环境空气(Lu)并对该环境空气进行压缩的空气压缩机(12)。
3.按照权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有一用于对所述压缩空气(Lp)进行冷却的冷却装置(14)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有至少逐段绝热的、用于将所述压缩空气(Lp，Kp)导送到所述流出件(17，24，25，34)的管道(13)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的冷却系统，其特征在于至少所述待冷却部件(5，6)之一设置在一可环绕所述桶架壳体(3)内的一测量腔(8)转动支承的环状支承环(18)之内或之上，所述压缩空气(Lp，Kp)通过至少一个固定设置在所述桶架壳体(3)之内或之上的流出件(17，24)流到所述在支承环转动时从该所述流出件(17)一旁经过的部件(5，6)上。
6.按照权利要求5所述的冷却系统，其特征在于所述流出件包括一喷嘴环(17)。
7.按照权利要求6所述的冷却系统，其特征在于所述喷嘴环(17)设置在所述桶架壳体(3)的一径向靠内的区域内，使得所述压缩空气(Lp，Kp)基本上可径向向外地流到所述位于支承环(18)之内或之上的待冷却部件(5，6)上。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有多个在确定的周边位置设置在所述桶架壳体(3)之内或之上的喷嘴板(24)。
9.按照权利要求8所述的冷却系统，其特征在于所述形成一个环绕所述转动轴的角型材的支承环(18)具有一个径向延伸的、成环状的、带有通流孔(28)的第一面(35)和一个轴向延伸的、位于该第一面(35)径向外端的、成环状的第二面(36)，其中，所述喷嘴板(24)这样设置在所述桶架壳体(3)中，使得该支承环(18)的第一面在转动时紧邻地从喷嘴板(24)一旁经过，由此使所述压缩空气(Lp，Kp)通过所述通流孔(27)流到设置在支承环(18)内的待冷却部件(5，6)上。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的冷却系统，其特征在于所述支承环(18)第二面(36)中设有一些通流孔(27)，所述被加热的空气(W)基本上径向向外地从该支承环(18)流出到所述桶架壳体(3)中。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有一些喷嘴头(25，34)，这些喷嘴头布置和/或设计成，可将所述压缩空气(Lp，Kp)直接导送到固定地设置在所述桶架壳体(3)内部的一些部件(26)上。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的冷却系统，其特征在于在所述桶架壳体(3)上设有可供所述加热空气(W)向外逸出的流出孔(7)。
13.按照权利要求1至12中任一项所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有一用于将被加热的空气(W)从所述桶架壳体(3)中抽吸走的抽气装置。
14.按照权利要求13所述的冷却系统，其特征在于所述抽气装置包括至少一个风扇(19，20，21)。
15.按照权利要求14所述的冷却系统，其特征在于所述桶架壳体(3)借助两个位于所述计算机断层造影装置(1)的一固定部件(2)两对置侧的同轴轴承(9，10)可围绕一轴线转动支承，所述冷却系统设计成，可将被加热的空气(W)至少在所述两轴承(9，10)之一的区域内从所述桶架壳体(3)导送到所述固定部件(2)中。
16.按照权利要求1至15中任一项所述的冷却系统，其特征在于该冷却系统具有一连接在所述流出件(17，24，25，34)之前的除湿器(16)。
17.一种带有如权利要求1至16中任一项所述的冷却系统的计算机断层造影装置(1)。
18.一种用于冷却一台计算机断层造影装置(1)的设置在一环形桶架壳体(3)内的部件(5，6，26)的冷却方法，其特征在于将压缩空气(Lp，Kp)导送到所述待冷却的部件(5，6，26)。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于将所述压缩空气(Lp)冷却。
20.按照权利要求18或19所述的方法，其特征在于将所述被加热的空气(W)从所述桶架壳体(3)内抽吸走。
21.按照权利要求19或20所述的方法，其特征在于对所述压缩空气(Lp，Kp)除湿。
全文摘要
本发明公开了一种用于对计算机断层造影装置(1)中设置在桶架壳体(3)内的部件(5，6，26)进行冷却的冷却系统。该冷却系统具有一个带有提供压缩空气(L
文档编号H05G1/02GK1541619SQ20041003152
公开日2004年11月3日 申请日期2004年3月19日 优先权日2003年3月19日
发明者汉斯-于尔根·米勒, 汉斯-于尔根 米勒 申请人:西门子公司