公共直流总线供电CT系统
阅读：592发布：2024-01-10
专利汇可以提供公共直流总线供电CT系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种CT系统，其包括 机架 ，该机架具有可旋转 基座 和用于承接待扫描对象的开口，以及交流至直流转换器，其耦合到三相交流设备功率，并通过直流总线耦合到机架 电动机 以利用来自交流至直流转换器中的直流电来旋转驱动该可旋转基座。在机架 制动 期间，可旋转基座中的旋转 能量 转换为机架电动机中的直流 电能 ，并提供给直流总线。，下面是公共直流总线供电CT系统专利的具体信息内容。
1.一种CT系统，包括：
机架，该机架具有可旋转基座并且具有用于承接待扫描对象的开口；以及交流至直流转换器，其能耦合到三相交流设备功率，并通过直流总线耦合到机架电动机以利用来自交流至直流转换器的直流功率来旋转驱动所述可旋转基座；
其中在机架制动期间，可旋转基座中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线；
耦合到所述直流总线的能量存储系统，其中所述能量存储系统配置成通过所述直流总线向CT系统的附加部件提供电力。
2.如权利要求1所述的CT系统，其中所述能量存储系统包括耦合到直流总线的能量存储装置。
3.如权利要求2所述的CT系统，其中能量存储装置是锂离子电池。
4.如权利要求1所述的CT系统，所述能量存储系统还包括在能量存储装置和直流总线之间耦合的升降压转换器。
5.如权利要求1所述的CT系统，还包括：
附接到机架的X射线管；以及
耦合到直流总线的高压发电机，该高压发电机配置成为X射线管提供电力。
6.如权利要求1所述的CT系统，其中所述附加部件包括数据采集系统(DAQ)、探测器致冷风扇和系统控制计算机中的至少一个；其中所述一个或多个附加部件由从可旋转基座中的旋转能量转换的直流电能来供电。
7.一种制造CT系统的方法，包括：
将机架电动机电耦合到直流电总线，其中机架电动机机械耦合到CT系统的可旋转机架上；以及
将交流至直流转换器的直流输出电耦合到直流总线电总线，其中对交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流设备功率，
其中在机架制动期间，可旋转机架中的旋转能量传换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线；
将能量存储系统耦合到所述直流总线，其中所述能量存储系统配置成通过所述直流总线向CT系统的附加部件提供电力。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述将能量存储系统耦合到直流总线包括电耦合电池存储装置到直流总线。
9.如权利要求8所述的方法，其中耦合电池存储装置包括耦合锂离子电池。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述降能量存储系统耦合到直流总线还包括通过在电池存储装置和直流总线之间耦合的升降压转换器电耦合电池存储装置到直流总线。
11.如权利要求7所述的方法，还包括：
附接X射线管到可旋转机架上；以及
电耦合高压发电机到直流总线，以及到X射线管的直流电输入。
12.如权利要求7所述的方法，所述附加部件包括数据采集系统(DAQ)、探测器致冷风扇和系统控制计算机中的至少一个；其中所述附加部件由从可旋转基座中的旋转能量转换的直流电能来供电。
13.一种成像系统电路，包括：
电总线；
耦合到该电总线的交流至直流转换器的直流输出；
电耦合到该电总线的机架电动机；
其中：
对交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流电源；以及
在机架制动期间，机械耦合到机架电动机的机架中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并捉供给该电总线；
连接到所述电总线的能量存储系统，其中所述能量存储系统配置成通过直流总线向CT系统的附加部件提供电力。
14.如权利要求13所述的电路，所述能量存储系统包括耦合到电总线的能量存储装置。
15.如权利要求14所述的电路，其中能量存储装置是锂离子电池。
16.如权利要求14所述的电路，所述能量存储系统包括在能量存储装置和电总线之间耦合的升降压转换器。
17.如权利要求13所述的电路，还包括：
耦合到电总线的高压发电机，其中高压发电机配置成为X射线管提供电力。
18.如权利要求13所述的电路，其中所述CT系统的附加部件还包括数据采集系统(DAQ)、探测器致冷风扇和系统控制计算机中的至少一个，其中所述一个或多个附加部件由从可旋转基座中的旋转能量转换的直流电能来供电。
公共直流总线供电CT系统
技术领域
背景技术
[0002] 典型地，在计算机断层扫描(CT)成像系统中，x射线源朝着对象或物体，例如病人或一件行李，发射扇状或锥状的光束。在下文中，术语“对象”和“物体”应该包括能够被成像的任何事物。光束被对象衰减后，撞击到一系列射线探测器上。在探测器阵列接收到的衰减的光束射线的强度通常取决于对象对x线光束的衰减。探测器阵列的每个探测器元件产生单独的电信号指示由每个探测器元件接收的衰减的光束。该电信号被传输到数据处理系统用于分析，并最终生成图像。
[0003] 通常，x射线源和探测器阵列绕成像平面内的机架并绕对象旋转。X射线源通常具有X射线管，其在聚焦点发射x线光束。X线探测器通常包括用来将探测器上接收的x线束准直的准直器，与准直器相邻的用来将x线束转换为光能的闪烁体，以及从相邻的闪烁体接收光能并由此产生电信号的光电二极管。通常，闪烁体阵列的每个闪烁体均转换x线束为光能。每个闪光体均为与其相邻的光电二极管提供光能。每个光电二极管探测光能并产生相应的电信号。光电二极管的输出被传输到数据处理系统用于图像重建。图像数据可以使用单一多色能量产生的x线来获得。然而，一些系统可获得多能量图像，其为生成图像提供附加的信息。
[0004] 当机架旋转时，它包括大量的旋转动能，该旋转动能通常散发到例如电阻器的装置中。也就是说，机架被制动，机架的旋转能量转换为电能并作为热量散发到电阻器中。近几年来，机架速度已经增加以在CT成像中提供改善的时间分辨率。这样，制动机架时丢失的散发的电能就极大增加。
[0005] 存储在旋转体中的能量通常是其旋转速度平方的函数。因此，随着机架速度这些年来例如从1Hz增加到3Hz，在每次制动事件中存在的和消耗的能量也都极大增加。除此之外，旋转质量这一时期内也增加了。例如，X线管的功率增加了(平均和峰值功率)，探测器覆盖面增加了，并且生成器的电压性能增加了。这些增加例如导致了更大的x线管、探测器、生成器和热交换器。G负荷作为机架旋转速度平方的函数也增加了。因此，机架本身旋转部分的支撑结构的重量随着时间的推移也增加了，以在机架运行期间保持可接受的小的部件偏移。
[0006] 所有这些向更大的部件、更快的机架速度、旋转支撑结构的更高的重量发展的趋势导致在机架制动期间散发的能量增加。结果，散热电阻器本身的容量在大小上增加，也导致更高的成本。此外，期望机架速度能够继续增加，到大约5Hz或更快，来进一步改善时间分辨率。
[0007] 这样，CT中这些趋势导致在旋转系统制动时更多数量的旋转动能丢失，因此更需要收回这些能量用于有用的目的。机架通常包括不间断供电电源(UPS)，其提供三相电力到三相变压器。电力从变压器中被拆分成各种子电流来为：经由AC-DC转换器的高压生成器(为x线管提供直流电源)；以三相电源(通常是三相480V交流电)为可旋转机架的轴向驱动和电动机供电；以及为其它系统电子器件供电(通常是三相120V交流电)。在这样的系统中，电力通常只在一个方向上流动，并且从CT机架回收的能量没有附加的硬件不能使用。
[0008] 一种已知的用于回收CT旋转能量的系统包括附加的AC/DC和DC/AC转换器以及附加的电池。该已知的系统因此包括附加的硬件和控制操作复杂度才能够回收机架能量，其导致整体的系统成本升高和设计复杂性。
[0009] 因此，需要具有整体成本低的方法和装置来改进CT系统中的能量管理。发明内容
[0010] 具体实施方式是以改进CT系统中的能量管理的方法和装置为目标的。
[0011] 根据一个方面，一种CT系统，其包括机架，该机架具有可旋转基座和用于承接待扫描对象的开口，以及交流至直流转换器，其耦合到三相交流设备功率，并通过直流总线耦合到机架电动机以利用来自交流至直流转换器的直流电来旋转驱动该可旋转基座。在机架制动期间，可旋转基座的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线。
[0012] 根据另一个方面，一种制造CT系统的方法，包括将机架电动机电耦合到直流总线，其中机架电动机机械耦合到CT系统的可旋转机架上，将交流至直流转换器的直流输出电耦合到直流电总线，其中交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流电源，其中在机架制动期间，可旋转机架的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线。
[0013] 根据又一个方面，一种成像系统电路包括电总线，交流至直流转换器的直流输出耦合到该电总线，以及电耦合到该电总线的机架电动机。交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流电源，并且在机架制动期间，机械耦合到机架电动机的机架中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该电总线。
附图说明
[0015] 图1是结合公开的实施方式的CT成像系统的绘画展示。
[0016] 图2是图1所示的系统的方框图。
[0017] 图3是结合进入图1和图2中展示的系统10的成像系统电路。
[0018] 图4是根据一个实施方式和非侵入性包裹探测系统一起使用的CT系统的绘画展示。
具体实施方式
[0019] 关于64排计算机断层扫描(CT)系统来描述公开的实施方式的操作环境。然而，本领域技术人员容易理解这些实施方式同样适用于其它多排配置。而且，将关于x线的探测和转换描述公开的实施方式。然而，本领域技术人员也容易理解这些实施方式同样适用于其它高频率电磁能的探测和转换。将关于“第三代”CT扫描机来描述公开的实施方式，但同样适用于其它CT系统以及脉管和手术C形臂系统和其它x线断层扫描系统。
[0020] 参考图1和2，代表“第三代”CT扫描机的计算机断层扫描(CT)成像系统10被图示为包括机架12。机架12具有X射线源14，其朝着机架12另一侧上的探测器组件或准直器18发射X射线束16。X射线源14包括静止靶标或者旋转靶标。探测器组件18由多个探测器20、数据采集系统(DAS)22和风扇23组成。多个探测器20感测穿过医疗患者24投射的X射线，并且DAS 22将数据转换成数字信号用于后续处理。每个探测器20产生模拟电信号来表示入射X射线束以及随着它穿过患者24之后的衰减射线束的强度。在扫描以采集X射线投射数据的期间，机架12及安装于其上的部件围绕旋转中心旋转。
[0021] 机架12的旋转以及X射线源14的操作受CT系统10的控制机构26约束。控制机构26包括X射线控制器28和向X射线源14提供功率和定时信号的发电机30，以及控制机架12的旋转速度和位置的机架电动机控制器32。图像重建器34从DAS 22接收取样和数字化的X射线数据并且执行高速图像重建。重建的图像将输入到计算机36，其将图像存储在大容量存储装置38中。
[0022] 计算机36还通过操作员控制台40从操作员接收命令和扫描参数，所述操作员控制台包括一些形式的操作员接口，例如键盘、鼠标、声控控制器或者其他任何合适的输入设备。相关的显示器42允许操作员查看来自计算机36的重建图像和其他数据。计算机36使用操作员提供的命令和参数向DAS 22、X射线控制器28和机架电动机控制器32提供控制信号和信息。此外，计算机36操作工作台电动机控制器44，其控制机动工作台46以定位患者24和机架12。具体来说，工作台46移动患者24以使其整体或部分穿过机架开口48。探测器组件18的坐标系统50限定患者或Z轴52，患者24沿所述Z轴移进或移出开口48，并限定机架周围或X轴54，检测器组件18沿所述X轴通过，并限定Y轴56，所述Y轴沿从X射线源14的焦点到探测器组件18的方向延伸。
[0023] 根据本实施方式，X射线源14配置以一种或多种能量发射X射线或X射线束16。例如，X射线源14可配置成在相对低能多色发射光谱(例如大约80kVp)和相对高能多色发射光谱(例如大约140kVp)之间转换。能够理解，X射线源14也可以操作成以多于两种的不同能量发射x射线。类似地，X射线源14可以定位在不同于在此列出的那些(例如100kVp，120kVp等)能级水平(即kVp范围)周围的多色发射光谱发射。用于发射的相应的能级水平的选择可至少部分基于要成像的解剖结构。
[0024] 在一些实施方式中，X射线控制器28可配置成选择性激活X射线源14使得在系统10中不同位置的管和发射器可以彼此互相同步或彼此互相独立地运行。此处讨论的一些实施方式中，X射线控制器28可配置成提供X射线源14的快速kVp转换，使得在数据获取期间能够迅速切换源14以各个多色能级光谱发射X射线。例如，在双能成像模式下，X射线控制器28可操作X射线源14使得X射线源14以感兴趣的两个多色能级光谱交替地发射X射线，使得在不同的能量下获得相邻的投射(即第一投射在高能下获得，第二投射在低能下获得，第三投射在高能下获得，依此类推)。在这样的操作下，由X射线控制器28执行的快速kVp转换操作产生时间匹配的投射数据。在一些实施方式中，可以使用其他数据获取和处理模式。例如，可以使用低螺距螺旋模式、旋转-旋转轴模式、N×M模式(例如N个低kVp视图和M个高kVp视图)来获取双能数据集。
[0025] 参考图3，其示出结合在图1和图2中展示的系统10中的成像系统电路300。电路300包括直流或电总线302，其耦合到交流至直流转换器306的直流输出304。轴向驱动和机架电动机308电耦合到该电总线。交流至直流转换器的交流输入310可耦合到三相交流电源312。机架314(类似于图1和2中的机架12)机械耦合到机架电动机308(类似于图2中的机架电动机控制器32)，并且在机架制动期间，可旋转机架中的旋转能量被可再生地转换为机架电动机308中的直流电能，并且该直流电能提供给直流总线。
[0026] 电路300包括耦合到电总线302的高压发电机316(类似于图2中的发电机30)。高压发电机316配置成向X射线管318(类似于图1和2中X射线管14)提供电能。电路300包括耦合到电总线302的一个或多个部件320，所述一个或多个部件320例如和图1和2一致，包括数据采集系统(DAQ)22、探测器致冷风扇23和系统控制计算机36。所述一个或多个部件320由可旋转基座中的旋转能量在机架电动机308转换，并传输到总线302中的直流电能来供电。
[0027] 在一可选的实施方式中，电路300包括耦合到总线302的能量存储装置322，在一个示例中能量存储装置322是比传统电池具有更高能量密度和峰值功率储备的锂离子电池。进一步地，能量存储装置322通过电压步进装置耦合到升降压转换器324，所述升降压转换器耦合在能量存储装置322和总线302之间。通常，升降压转换器例如转换器324作为直流步进机在一方向上升高直流电压，在另一个方向上降低电压。在这种情况下，直流总线302包括足以为发电机316、机架电动机308和其他电子部件320供电的电压。因此可合理应用升降压转换器来相应地对总线302上的电压和能量存储器322的操作电压进行升高或降低。
[0028] 然而，在一个实施方式中，电路300不包括例如耦合到总线302上的能量存储器322(或转换器324)的能量存储单元。因此，在不含能量存储器322的实施方式中，系统设计和操作更简单，并更廉价。然而，由于没有存储能量，那么来自可旋转机架的再生能量被直接提供给高压发电机316、其它部件320或者散发丢失掉。因此电路300是否包括可选的能量存储器322可取决于附加的能量存储功能和附加的系统复杂性与以损失的能量索回成本的能力相对比的成本权衡。而且，能量存储器322在供电中断的情况下还可以为系统提供额外的电力，因此用作一种不间断电力供应(UPS)。
[0029] 在操作中，三相交流设备功率由源312提供，在一个实施方式中是150KW的480V交流电。该电力在转换器306中转换成直流电力并作为直流电力326经过直流输出304。因此直流电力326提供给总线302，通过该总线如上所述分配到各种系统部件。直流电力可经过328到高压发电机316，或者可经过330到其它系统电子元件320。直流电力还可分别经过332，334到机架电动机308和能量存储器322，但如图所示的332，334可基于操作模式在两个方向上经过。也就是说，当给机架电动机308供电时，电力从总线302输送到电动机308，但当在再生模式下操作时，电力可从电动机308输送到总线302。类似的，电力可从总线302经过334到存储器322，也可从存储322输送到总线302。在任何情况下，当电力从机架314和/或存储器
322输送时，能量被输送到发电机316或其它系统电子部件320。
322输送时，能量被输送到发电机316或其它系统电子部件320。
[0030] 这样，电路300展示了一种电路，其中电力可以作为来自三相交流电源的直流电力来供应，但是为了节省成本并回收在传统操作下将会丢失的能量，可以回收可旋转机架的能量，并存储或在其它系统部件中消耗。在一个示例中，高速旋转的机架可包括大约150kJ的能量，或者如果在50秒的时间段内散发可提供12kW的能量。当然，预期这种能量输出不是恒定的，但一般是一个时间内的平均，并作为一个示例来表达可能节省的能量的数量。因此电路300提供了一种回收丢失的能量并降低或避免需要大体积且高成本的电阻器装置的能力，在系统中通常提供该大体积且高成本的电阻器装置用于电力散发。
[0031] 电路300可以并入到CT系统结构，例如图1和2所示的系统10中。因此，CT系统10包括机架314，该机架具有可旋转基座和用于承接待扫描对象的开口。交流至直流转换器306耦合到三相交流设备功率312，并通过直流总线302耦合到机架电动机308以利用来自交流至直流转换器306中的直流电326来旋转驱动该可旋转基座。在机架制动期间，机架314的可旋转基座中的旋转能量转换为机架电动机308中的直流电能，并提供给直流总线302。
[0032] 相应地，此处公开一种制备CT系统的方法，其包括将机架电动机电耦合到直流电总线。直流电动机机械耦合到CT系统的可旋转机架上。该方法包括将交流至直流转换器的直流输出电耦合到直流电总线，其中交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流电源。在机架制动期间，可旋转机架中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线。
[0033] 现在参考图6，其显示根据公开的实施方式能够利用图像获取和重建技术的包裹/行李检测系统1000，该系统包括可旋转机架1002，该机架具有包裹或行李件可穿过的开口1004。该可旋转机架1002囊括一个或多个x射线能量源1006以及探测器组件1008，该探测器组件具有由闪烁体单元组成的闪烁体阵列。还提供传送系统1010，其包括由结构1014支撑的传送带1012自动或连续传送包裹或行李件1016穿过开口1004以进行扫描。物体1016由传送带1012输送穿过开口1004，然后获取图像数据，传送带1012以可控和连续的方式从开口
1004移出包裹1016。结果，邮寄检测员、行李处理员和其他安全人员可无侵入地检测包裹
1016中物件是否包括爆炸物、刀具、枪支、违禁品等。
1004移出包裹1016。结果，邮寄检测员、行李处理员和其他安全人员可无侵入地检测包裹
1016中物件是否包括爆炸物、刀具、枪支、违禁品等。
[0034] 在一个示例中系统10和/或1000的实施方案包括多个部件，例如以下项中的一项或多项：电子部件、硬件部件和/或计算机软件部件。在系统10和/或1000的实施方案中，可以将若干此类部件相组合或拆分。所属领域中的技术人员应当了解，系统10和/或1000的实施方案的示例性部件使用和/或包括以任意编程语言编写或实施的一组和/或一系列计算机指令。在一个示例中系统10和/或1000的实施方案包括任何(例如水平，倾斜，或垂直)方向，为了说明的目的，此处的描述和附图展示了系统10和/或1000的实施方案的示范方向。
[0035] 在一个示例中系统10和/或1000的实施方案采用一个或多个计算机可读信号承载介质。示例中计算机可读信号承载介质存储软件、固件和/或组件语言，以执行一个或多个实施方案的一个或多个部分。用于系统10和/或1000的实施方案的计算机可读信号承载介质的一个示例包括图像重建器34的可记录数据存储介质和/或计算机36的大容量存储装置38。用于系统10和/或1000的实施方案的计算机可读信号承载介质的一个示例包括一种或多种磁的、电气的、光学的、生物的和/或原子的数据存储介质。例如，计算机可读信号承载介质的实施方案包括：软盘、磁带、CD-ROMs、DVD-ROMs、硬盘驱动器和/或电子存储器。在另一个示例中，计算机可读信号承载介质的实施方案包括通过网络传输的调制的载体信号，该网络包括或耦合到系统10和/或系统1000的实施方案，该网络例如是电话网络、局域网(“LAN)”、广域网(“WAN”)、因特网、和/或无线网的一个或多个。
[0036] 这样，CT系统的供电结构通过来自公共直流总线的供电部件来改进。这允许利用从机架减速回收的能量而无需额外的硬件。而且，在提供了能量存储装置的实施方式中，该存储装置可用作低成本UPS。公共直流总线为大部分或全部的CT子系统供电。设备功率通过AC/DC转换器整流，该AC/DC转换器可选择地包括隔离变压器。转换器的输出是耦合到大多数或全部子系统的公共直流总线。
[0037] 驱动CT机架旋转的轴向驱动电动机也由公共直流总线供电。当机架减速时，机架中的能量被轴向驱动回收，并传送到直流总线，在该直流总线上可被耦合到该直流总线的其他系统电子部件使用。电池或其它能量存储装置可以通过升降压转换器耦合到直流总线，该升降压转换器控制电力流入或流出直流总线。电池可用于峰值电力修整或用作UPS。因此不需要额外的转换硬件就可以从机架中回收能量。
[0038] 根据一个实施方式，一种CT系统，其包括机架，该机架具有可旋转基座和用于承接待扫描对象的开口，以及交流至直流转换器，其耦合到三相交流设备功率，并通过直流总线耦合到机架电动机以利用来自交流至直流转换器的直流电来旋转驱动该可旋转基座。在机架制动期间，可旋转基座中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线。
[0039] 根据另一个实施方式，一种制造CT系统的方法，包括将机架电动机电耦合到直流电总线，其中直流电动机机械耦合到CT系统的可旋转机架，将交流至直流转换器的直流输出电耦合到直流电总线，其中交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流设备功率，其中在机架制动期间，可旋转机架中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该直流总线。
[0040] 根据又一个实施方式，一种成像系统电路包括电总线，交流至直流转换器的直流输出耦合到该电总线，机架电动机电耦合到该电总线。交流至直流转换器的交流输入可耦合到三相交流电源，以及在机架制动期间，机械耦合到机架电动机的机架中的旋转能量转换为机架电动机中的直流电能，并提供给该电总线。
[0041] 当介绍各种实施方式的元件时，术语“一个”、“一”、“该”和“所述”用来表示具有一个或多个该元件。术语“包括”、“包含”、“具有”用于囊括性的并表示除列出的元件之外可能会有额外的元件。而且，讨论中的任何数字示例都是非限制性的，因此额外的数字值、范围和百分比是在本公开的实施方式的范围之内。
[0042] 虽然之前的讨论通常是在医疗成像的环境下提供的，应该理解本技术并不限制于该医疗环境。在这种医疗环境下的举例和解释是为了通过提供实施方案和应用的示例来辅助理解。本公开的方法也可应用于其它环境，例如制造物件或货物的无损检查(即质量控制和质量检验用途)，和/或包裹、箱盒和行李等等的非侵入性检查(即安全和筛选用途)。
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