介入探測器的無冷卻器冷卻系統與方法
【專利摘要】本發明提供了介入探測器的無冷卻器冷卻系統與方法。一種冷卻方法包括使用熱管連接探測器殼體的底座和抬升架，以減少探測器底座和抬升架之間的熱阻，并傳遞更多的來自探測器的熱量；使用與熱管連接的外部散熱器，以降低抬升架與環境之間的熱阻；以及將高熱傳遞系數器件嵌入探測器底座中，以便收集通往熱管的熱量，使溫度分布均勻，且降低探測器底座的熱阻。另一種冷卻方法包括使用熱環管連接探測器底座和介入成像系統的C形臂；使熱環管的冷凝端嵌入探測器底座中；以及使熱環管的蒸發端嵌入固定到C形臂上的熱擴散器中。本發明還公開了一種使用C形臂中的風扇/散熱器/熱環管模塊來冷卻探測器的方法。對應于這些方法，本發明公開了相應冷卻系統。
【專利說明】介入探測器的無冷卻器冷卻系統與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于介入探測器的冷卻系統與方法。更具體而言，本發明涉及一種用于介入探測器的無冷卻器的冷卻系統與方法。
【背景技術】
[0002]在診斷成像應用中，圖像質量在很大程度上受探測器溫度的影響。由于其獨特的應用對于，對于血管造影儀應用而言，圖像質量比其它診斷成像方式更加關鍵。關于介入圖像質量的一般的熱要求如下所列:
探測器面板的溫度〈環境溫度+5 C；
探測器面板的溫度變化〈2 C/15min ；
目前，探測器通過冷板與冷卻器(強制水對流)來冷卻。用于血管造影儀(較少功率耗散)的無冷卻器探測器正在開發，且由于其所具有的許多優點，這種無冷卻器探測器是未來的趨勢。 申請人:發現，這種無冷卻器的冷卻方式還可應用于其它模塊，例如X射線輻射，其中通常使用風扇直接吹探測器，但是除了以上關于溫度的兩項要求之外，介入系統有其獨特的應用要求，這些要求將會影響熱設計:
I).應當保護患者免受由于風扇或者敞開的馬達而來自系統的微粒氣流的影響。
[0003]2).噪聲:在X射線放射和托架、工作臺或者顯示器懸架運動期間，聲壓水平應當小于或等于65dB(A)。
[0004]3).適中的使用:每天進行小于7次檢查(10小時的系統使用時間);最大使用:每天進行8到12次檢查(10小時的系統使用時間)。
[0005]4).1EC標準中關于高溫的安全性要求，例如所應用的部件中最大41 C的表面溫度。
[0006]因此，需要涉及通過空氣對流實現冷卻的新冷卻路徑來替代傳統的冷卻器冷卻系統，其也必須滿足以上關鍵要求。
【發明內容】
[0007]在本發明的一方面，公開了一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻方法，該探測器包括探測器殼體，該探測器殼體包括:探測器底座，探測器附連到該底座上；抬升架，驅動機構安裝在該抬升架上，以便于抬升/降低該探測器殼體；連接臂，其連接該探測器底座和該抬升架；以及罩，其將該探測器及其構件與其它外部物體隔開；該冷卻方法包括:
使用熱管來連接探測器底座和抬升架，以便減少該探測器底座和該抬升架之間的熱阻，并且傳遞更多的來自探測器的熱量；
使用與熱管連接的外部散熱器，以便降低抬升架與環境之間的熱阻；以及將高熱傳遞系數器件嵌入探測器底座中，以便收集通往熱管的熱量，使溫度分布均勻，并且降低該探測器底座的熱阻。
[0008]該方法還可包括將熱管、外部散熱器以及高熱傳遞系數器件制造成一個熱模塊。[0009]在本發明的一方面，公開了一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻方法，該探測器包括探測器殼體，該探測器殼體包括:探測器底座，探測器附連到該探測器底座上；抬升架，驅動機構安裝在該抬升架上，以便于抬升/降低探測器殼體；連接臂，其連接探測器底座和抬升架；以及罩，其將探測器及其構件與其它外部物體隔開；該冷卻方法包括:
使用熱環管作為高效冷卻路徑來連接探測器底座和介入成像系統的C形臂，該熱環管包括冷凝端和蒸發端；
使熱環管的冷凝端嵌入探測器底座中；以及
使該熱環管的蒸發端嵌入固定到該C形臂上的熱擴散器中； 其中，該探測器殼體和C形臂作為兩個并聯的散熱器來起作用。
[0010]該方法還可包括使用Al 6063 (熱導率為200W/m-K)制造C形臂。
[0011]在本發明的一方面，公開了一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻方法，該探測器包括探測器殼體，該探測器殼體包括:探測器底座，探測器附連到該探測器底座上；抬升架，驅動機構安裝在該抬升架上，以便于抬升/降低探測器殼體；連接臂，其連接探測器底座和抬升架；以及罩，其將探測器及其構件與其它外部物體隔開；該冷卻方法包括:
通過利用現有的管道結構作為流道，使用固定在介入成像系統的C形臂中的風扇/散熱器/熱環管模塊，將該模塊中的風扇隱藏在該C形臂中，以形成強制空氣對流；
將風扇/散熱器/熱環管模塊中的熱環管用作該探測器與該C形臂之間的熱連接件，其中，使該熱環管的冷凝端嵌入在探測器底座中，而使該熱環管的蒸發端嵌入在該風扇/散熱器/熱環管模塊中的散熱器上；以及
在C形臂上對患者安全的合適的位置處開出通風孔。
[0012]該方法還可包括根據熱需求來調節風扇的速度。
[0013]在本發明的一方面，公開了一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻系統，該探測器包括探測器殼體，該探測器殼體包括:探測器底座，探測器附連到該底座上；抬升架，驅動機構安裝在該抬升架上，以便于抬升/降低該探測器殼體；連接臂，其連接探測器底座和抬升架；以及罩，其將該探測器及其構件與其它外部物體隔開；該冷卻系統包括:
熱管，其連接探測器底座和抬升架，以便減少探測器底座和抬升架之間的熱阻，并且傳遞更多的來自探測器的熱量；
與熱管連接的外部散熱器，其用來降低該抬升架和環境之間的熱阻；以及嵌入探測器底座中的高熱傳遞系數器件，其用來收集通往該熱管的熱量，使溫度分布均勻，以及降低該探測器底座的熱阻。
[0014]高熱傳遞系數器件可為蒸氣室或其它包含高熱傳遞系數材料的器件。
[0015]在本發明的一方面，公開了一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻系統，該探測器包括探測器殼體，該探測器殼體包括:探測器底座，探測器附連到該底座上；抬升架，驅動機構安裝在該抬升架上，以便于抬升/降低該探測器殼體；連接臂，其連接探測器底座和抬升架；以及罩，其將該探測器及其構件與其它外部物體隔開；該冷卻系統包括:
熱環管，其連接探測器底座和介入成像系統的C形臂，該熱環管包括冷凝端和蒸發端；其中，該熱環管的冷凝端嵌入探測器底座中；而該熱環管的蒸發端嵌入固定到該C形臂上的熱擴散器中。
[0016]在本發明的一方面，公開了一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻系統，該探測器包括探測器殼體，該探測器殼體包括:探測器底座，探測器附連到該底座上；抬升架，驅動機構安裝在該抬升架上，以便于抬升/降低該探測器殼體；連接臂，其連接探測器底座和抬升架；以及罩，其將該探測器及其構件與其它外部物體隔開；該冷卻系統包括:
固定在該介入成像系統的C形臂中的風扇/散熱器/熱環管模塊，該風扇/散熱器/熱環管模塊包括:隱藏在介入成像系統的C形臂中的風扇；熱環管，其用作探測器與C形臂之間的熱連接件；以及散熱器；其中，熱環管的冷凝端嵌入探測器底座中，而熱環管的蒸發端嵌入散熱器中；以及
通風孔，其位于該C形臂上對患者特別安全的合適的位置處。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]通過參考隨后的描述，結合附圖考慮可最好地理解本發明，其中:
圖1顯示了現有的介入成像系統的圖示，其使用冷卻器來進行冷卻。
[0018]圖2是顯示了探測器殼體的構造的示意圖。
[0019]圖3是用于實現根據本發明的一個實施例的冷卻方法的冷卻系統的示意圖，該冷卻系統在探測器殼體中使用熱管和外部散熱器。
[0020]圖4是圖3所示的冷卻系統的熱路圖。
[0021]圖5是用于實現根據本發明的另一個實施例的冷卻方法的冷卻系統的示意圖，該冷卻系統在探測器殼體與C形臂之間使用熱環管。
[0022]圖6是圖5所示的冷卻系統的熱路圖。
[0023]圖7是用于實現根據本發明的又一個實施例的冷卻方法的冷卻系統的示意圖，該冷卻系統在C形臂中使用風扇/散熱器/熱環管模塊。
[0024]圖8是利用本發明的一種示例性方法進行冷卻所得的CFD模擬示意圖。
[0025]部件列表:
10探測器殼體101探測器底座102抬升架
103連接臂
104罩
12熱管
13外部散熱器
11高熱傳遞系數器件
14熱環管
20 C形臂
141冷凝端
142蒸發端
30風扇/散熱器/熱環管模塊302風扇301散熱器314熱環管。【具體實施方式】
[0026]本發明提供了利用空氣對流來實現介入探測器的冷卻而不需要專門的冷卻器的冷卻系統和方法，這種系統和方法能夠高效地冷卻探測器，足以滿足探測器的所有溫度要求。
[0027]圖1是顯示了現有的介入成像系統的圖示，該介入成像系統使用冷卻器來進行冷卻。
[0028]圖2是顯示了探測器殼體的構造的示意圖。該探測器殼體以標號10來表示，其主要包括如下機械部件:探測器底座101，探測器附連到該底座上；抬升架102，驅動機構安裝在該抬升架102上，以便于抬升/降低探測器殼體10 ;連接臂103，其連接探測器底座101和抬升架102 ;以及罩104，其將探測器及其構件與其它外部物體隔開。
[0029]在一個實施例中，用于抬升/降低探測器殼體10的驅動機構可為螺紋軸/導軌/馬達組件。然而，在其它實施例中，驅動機構可采用任何其它合適的形式。
[0030]在一個實施例中，連接臂103為L形臂103。然而，在其它實施例中，連接臂可采用任何其它合適的形式。
[0031]在一個實施例中，罩104可為PC罩，但在其它實施例中，探測器殼體的罩還可由任何其它合適的材料制成。
[0032]圖3是根據本發明可用于介入探測器的一種冷卻系統的示意圖，該冷卻系統在探測器殼體中使用熱管和外部散熱器。
[0033]具體而言，該冷卻系統包括:熱管12，其連接探測器底座101和抬升架102，以便減少它們之間的熱阻Rssit,并且傳遞更多的來自探測器的熱量；與熱管12連接的外部散熱器13，其用來降低抬升架102和環境之間的熱阻;以及嵌入探測器底座101中的高熱傳遞系數(K)器件11，其用來收集通往熱管12的熱量，使溫度分布均勻，以及降低探測器底座的熱阻R_。
[0034]在一個實施例中，該高熱傳遞系數器件11為蒸氣室11。然而，本領域技術人員應當了解，高熱傳遞系數器件11還可為其它包含高熱傳遞系數材料的器件。
[0035]在一個實施例中，熱管12、外部散熱器13以及高熱傳遞系數器件11可制造成一個熱模塊。
[0036]對應于該系統構造，可使用如下冷卻方法來冷卻探測器，該冷卻方法包括:使用熱管12來連接探測器底座101和抬升架102，以便減少它們之間的熱阻Rssit,并且傳遞更多的來自探測器的熱量；使用與熱管12連接的外部散熱器13，以便降低抬升架102和環境之間的熱阻;以及將高熱傳遞系數器件11 (蒸氣室11或者其`它包含高熱傳遞系數材料的器件)嵌入探測器底座101中，以便收集通往熱管12的熱量，使溫度分布均勻，以及降低探測器底座的熱阻R；；^。
[0037]同樣，在一個實施例中，熱管12，外部散熱器13以及高熱傳遞系數器件11可制造成一個熱模塊。
[0038]圖4是圖3所示的冷卻系統的熱路圖。參照系統構造和圖4的熱路圖可知，通過探測器殼體的內部優化，使用空氣自然對流實現了對探測器的冷卻。由于包括外部散熱器，系統熱容得以增大，這將有利于熱瞬變性能。[0039]圖8是利用本方法進行冷卻得到的CFD模擬示意圖。其中Baseline —行示出了未采用本方法進行冷卻的常規設計數據，STEP1 —行示出了僅采用熱管12而尚未使用外部散熱器13的情況下所得到的數據，而STEP2 —行示出了在已采用熱管12和外部散熱器13兩者的情況下，本發明的冷卻方法所實現的模擬冷卻數據。從圖中可見，使用本發明所得的模擬探測器面板溫度(34.7 C)相對于未采用本發明的常規設計中的面板溫度(47.3 C)而言有明顯降低，并且完全滿足相關的熱要求。
[0040]圖5是根據本發明可用于介入探測器中的另一種冷卻系統的示意圖，該冷卻系統在探測器殼體10與C形臂20之間使用熱環管14。
[0041]具體而言，該冷卻系統包括連接在探測器底座101和介入成像系統的C形臂20之間的熱環管(LHP) 14，該熱環管LHP14包括冷凝端141和蒸發端142，其中LHP14的冷凝端141嵌入在探測器底座101上，且LHP14的蒸發端142嵌入在可固定到C形臂上的熱擴散器(例如銅制熱擴散器)中。 [0042]其中，探測器殼體10和C形臂20作為兩個并聯的散熱器來起作用。
[0043]在一個實施例中，C形臂20可由A1 6063(熱導率為200W/m_K)制成，并且具有大的熱傳遞面積。然而，本領域技術人員應當理解，在其它實施例中，C形臂20可由任何其它合適的材料制成。
[0044]對應于該系統構造，可使用如下方法來冷卻介入探測器，該方法包括:使用熱環管(LHP) 14作為高效冷卻路徑來連接探測器底座101和介入成像系統的C形臂20，該熱環管LHP14包括冷凝端141和蒸發端142 ;使LHP14的冷凝端141嵌入探測器底座101上；以及使LHP的蒸發端142嵌入在可固定到C形臂上的熱擴散器(例如銅制熱擴散器)中；其中，探測器殼體10和C形臂20作為兩個并聯的散熱器來起作用。
[0045]通過使用C形臂20作為散熱器，利用空氣自然對流實現了冷卻。此外，由于包括C形臂20，系統的熱容得以增大，這將會有利于熱瞬變性能。
[0046]圖6是圖5所示的冷卻系統的熱路圖。
[0047]圖7是根據本發明可用于介入探測器中的又一種冷卻系統的示意圖，該冷卻系統在C形臂中使用風扇/散熱器/熱環管模塊30。其中，風扇/散熱器/熱環管模塊30包括風扇302，其隱藏在介入成像系統的C形臂20中，以便形成強制空氣對流。風扇/散熱器/熱環管模塊30中的熱環管(LHP)314仍然用作探測器與C形臂20之間的熱連接件。風扇/散熱器/熱環管模塊30還包括散熱器301。LHP314的冷凝端嵌入探測器底座101中，而LHP314的蒸發端嵌入散熱器301中。在C形臂20上對患者特別安全的合適的位置處開有通風孔。
[0048]對應于該系統構造，可使用如下方法來冷卻介入探測器，該方法包括:通過利用現有的管道結構作為流道，使用固定在介入成像系統的C形臂20中的風扇/散熱器/熱環管模塊30，將模塊30中的風扇302隱藏在C形臂20中，以便形成強制空氣對流；將風扇/散熱器/熱環管模塊30中的LHP 314用作探測器與C形臂20之間的熱連接件，其中，使LHP314的冷凝端嵌入在探測器底座101上，而使LHP314的蒸發端嵌入在風扇/散熱器/熱環管模塊30中的散熱器301上；在C形臂20上對患者特別安全的合適的位置處開出通風孔。
[0049]在一個實施例中，可根據熱需求來調節風扇302的速度。
[0050]如果需要，還可引入TEC。[0051 ] 通過如上所述在冷卻系統及相應的方法中使用熱管12和/或熱環管14，本發明至少實現了以下優點:用于介入探測器冷卻的新的被動和安靜的應用；高可靠性，無活動部件或者電子部件或者水管系統；無額外的冷卻功率消耗；以及成本的節約。此外，通過使用固定在C形臂20中的風扇散熱器/熱環管模塊30，還可實現以下所述的進一步的有益效果:更高的熱密度；可控的溫度；以及更低的噪聲。
[0052] 雖然本文已經對本發明的示例性實施例進行了描述，但是本領域技術人員將理解，可進行各種變化、省略和/或增加，并且等效物可 代替它們的元件，而不偏離本發明的精神和范圍。另外，可作出許多修改，以使特定情形或材料適于本發明的教導，而不偏離本發明的范圍。因此，意在本發明不限于公開為為了執行本發明而構想的最佳模式的特定實施例，而是本發明將包括落在所附的權利要求書的范圍內的所有實施例。另外，除非特別說明，用語第一、第二等的任何使用不表示任何順序或重要性，而是相反，用語第一、第二等用來使元件彼此區分。
【權利要求】
1.一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻方法，所述探測器包括探測器殼體(10)，該探測器殼體(10)包括:探測器底座(101)，探測器附連到所述底座上；抬升架(102)，驅動機構安裝在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探測器殼體(10);連接臂(103)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102);以及罩(104)，其將所述探測器及其構件與其它外部物體隔開；所述冷卻方法包括:使用熱管(12)來連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102)，以便減少所述探測器底座(101)和所述抬升架(102)之間的熱阻，并且傳遞更多的來自探測器的熱量；使用與所述熱管(12)連接的外部散熱器(13)，以便降低所述抬升架(102)與環境之間的熱阻；以及將高熱傳遞系數器件嵌入所述探測器底座(101)中，以便收集通往所述熱管(12)的熱量，使溫度分布均勻，并且降低所述探測器底座的熱阻。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述熱管(12)、所述外部散熱器(13)以及所述高熱傳遞系數器件(11)制造成一個熱模塊。
3.一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻方法，所述探測器包括探測器殼體(10)，該探測器殼體(10)包括:探測器底座(101)，探測器附連到所述探測器底座上；抬升架(102)，驅動機構安裝在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探測器殼體(10);連接臂(103)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102);以及罩(104)，其將所述探測器及其構件與其它外部物體隔開；所述冷卻方法包括:使用熱環管(14)作為高效冷卻路徑來連接所述探測器底座(101)和介入成像系統的C形臂(20)，所述熱環管(14)包括冷凝端(141)和蒸發端(142)；使所述熱環管(14)的所述冷`凝端(141)嵌入所述探測器底座(101)中；以及使所述熱環管(14)的所述蒸發端(142)嵌入固定到所述C形臂(20)上的熱擴散器中；其中，所述探測器殼體(10)和所述C形臂(20)作為兩個并聯的散熱器來起作用。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括使用A16063(熱導率為200W/m-K)制造所述C形臂(20)。
5.一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻方法，所述探測器包括探測器殼體(10)，該探測器殼體(10)包括:探測器底座(101)，探測器附連到所述探測器底座上；抬升架(102)，驅動機構安裝在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探測器殼體(10);連接臂(103)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102);以及罩(104)，其將所述探測器及其構件與其它外部物體隔開；所述冷卻方法包括:通過利用現有的管道結構作為流道，使用固定在介入成像系統的C形臂(20)中的風扇/散熱器/熱環管模塊(30)，將所述模塊(30)中的風扇(302)隱藏在所述C形臂(20)中，以形成強制空氣對流；將所述風扇/散熱器/熱環管模塊(30)中的熱環管(314)用作所述探測器與所述C形臂(20)之間的熱連接件，其中，使所述熱環管(314)的冷凝端嵌入在所述探測器底座(101)中，而使所述熱環管(314)的蒸發端嵌入在所述風扇/散熱器/熱環管模塊(30)中的所述散熱器(301)上；以及在所述C形臂(20)上對患者安全的合適的位置處開出通風孔。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，根據熱需求來調節所述風扇(302)的速度。
7.一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻系統，所述探測器包括探測器殼體(10)，該探測器殼體(10)包括:探測器底座(101)，探測器附連到所述底座上；抬升架(102)，驅動機構安裝在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探測器殼體(10);連接臂(103)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102);以及罩(104)，其將所述探測器及其構件與其它外部物體隔開；所述冷卻系統包括: 熱管(12)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102)，以便減少所述探測器底座(101)和所述抬升架(102)之間的熱阻，并且傳遞更多的來自探測器的熱量； 與熱管(12)連接的外部散熱器(13)，其用來降低所述抬升架(102)和環境之間的熱阻；以及 嵌入所述探測器底座(101)中的高熱傳遞系數器件(11)，其用來收集通往所述熱管(12)的熱量，使溫度分布均勻，以及降低所述探測器底座(101)的熱阻。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述高熱傳遞系數器件(11)為蒸氣室(11)或其它包含高熱傳遞系數材料的器件。
9.一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻系統，所述探測器包括探測器殼體(10)，該探測器殼體(10)包括:探測器底座(101)，探測器附連到所述底座上；抬升架(102)，驅動機構安裝在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探測器殼體(10);連接臂(103)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102);以及罩(104)，其將所述探測器及其構件與其它外部物體隔開；所述冷卻系統包括: 熱環管(14)，其連接所述探測器底座(101)和介入成像系統的C形臂(20)，所述熱環管(14)包括冷凝端(141)和蒸發端(142);其中，所述熱環管(14)的所述冷凝端(141)嵌入所述探測器底座(101)中；而所述熱環管(14)的所述蒸發端(142)嵌入固定到所述C形臂(20)上的熱擴散器中。
10.一種用于冷卻介入探測器的無冷卻器冷卻系統，所述探測器包括探測器殼體(10)，該探測器殼體(10)包括:探測器底座(101)，探測器附連到所述底座上；抬升架(102)，驅動機構安裝在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探測器殼體(10);連接臂(103)，其連接所述探測器底座(101)和所述抬升架(102);以及罩(104)，其將所述探測器及其構件與其它外部物體隔開；所述冷卻系統包括: 固定在所述介入成像系統的C形臂(20)中的風扇/散熱器/熱環管模塊(30)，所述風扇/散熱器/熱環管模塊(30)包括:隱藏在介入成像系統的C形臂(20)中的風扇(302)；熱環管(314)，其用作所述探測器與所述C形臂(20)之間的熱連接件；以及散熱器(301)；其中，所述熱環管(314)的冷凝端嵌入所述探測器底座(101)中，而所述熱環管(314)的蒸發端嵌入所述散熱器(301)中；以及 通風孔，其位于所述C形臂(20)上對患者特別安全的合適的位置處。
【文檔編號】A61B19/00GK103720484SQ201210385984
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月12日 優先權日:2012年10月12日
【發明者】朱衛華, 彭清明 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司