一种具有冷却装置的医学诊断X射线设备

摘要

本发明涉及的医学诊断X射线设备(1)，其包括X射线源(13)、与该X射线源连接的中空支架(5)、以及提供冷却装置用于在该X射线设备(1)的使用期间冷却X射线源(13)的冷却机构(3)。该冷却结构(3)在中空支架(5)的内部完全延伸，从而降低了冷却装置渗漏的风险。

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学诊断X射线设备，包括：

X射线源，

与所述X射线源连接的中空支架，

以及包含冷却剂的冷却装置，其中所述冷却剂用于在X射线设备运转期间冷却X射线源。

背景技术

在开篇段落中提及的该种类型的医学诊断X射线设备可以从德国实用新型DE 295 10 802 U1中获知。该已知的X射线设备是适合于外科应用的X射线设备。这种X射线设备提供C形臂作为与X射线源连接的中空支架，并具有包括X射线源双层壁外壳的冷却装置。冷却剂流过该X射线源双层壁外壳，所述冷却剂被提供以通过冷却剂管道，并被位于C形臂外部的冷却单元排出。该冷却单元、冷却剂、冷却剂管道和X射线源双层壁外壳形成该已知X射线设备的冷却装置的一部分。

在X射线设备的运转期间，由X射线源生成的X射线导致产生大量的热。如果该热不能驱散，X射线源的温度将会增加，并最终使X射线设备其余部分的温度也增加。如果X射线源的温度超过某个阈值，X射线设备就会因安全原因而自动关闭，在该X射线设备再次接通之前，该X射线源的温度首先必须减少到低于所述阈值的值。为了对其进行确保，与不具有冷却装置的X射线设备相比，更长连续时间的X射线设备的运转成为可能，该已知的X射线设备具有冷却装置。

在外科应用中对于治疗房间内的卫生有着非常严格的规定，使得具有开放性伤口的患者不被病原体或其类似物感染。因而具有冷却装置的X射线设备的使用导致空气或其他冷却剂被吹入治疗房间是不被允许的。在已知的适于外科应用的X射线设备中，借助于具有X射线源的双层壁外壳的冷却装置对X射线源进行冷却，其中，冷却剂在所述双层壁外壳中流过。位于C形臂之外的冷却单元确保冷却剂首先经过经由C形臂内部部分延伸的第一冷却剂管道，然后提供给X射线源的双层壁外壳。在那里冷却剂吸收在X射线生成期间由X射线源产生的部分热量，并随后，该冷却剂通过部分延伸通过C形臂的第二冷却剂管道再次被运送至冷却单元。

在X射线设备运转期间，为了能够相对于患者正确地定位X射线源，并且不改变X射线源的位置，C形臂被精确地平衡。C形臂质量的改变可能扰乱这一精确平衡。为了将对C形臂平衡的扰乱保持在最小，与不具有冷却装置的X射线设备相比，在已知X射线设备的情况下，C形臂质量的增加被保持为尽可能小。为达到此目的，冷却单元被放置在C形臂之外，并且与不具有冷却装置的X射线设备相比，C形臂质量的增加只是由X射线源的双层壁外壳、冷却剂管道(在它们位于C形臂内的情况下)、以及存在于C形臂内的冷却剂管道内的冷却剂所导致。

适于外科应用的，并提供具有X射线源双层壁外壳的冷却装置和位于C形臂外部的冷却单元的该已知X射线设备的缺点在于，这种冷却装置的使用涉及冷却剂泄漏的风险。该风险的原因在于冷却剂管道与冷却单元和X射线源双层壁外壳的连接是该已知的冷却装置结构上的弱点，尤其是冷却剂管道与位于C形臂外部的冷却单元的连接在X射线设备运转期间可能会分离，导致冷却剂泄漏到治疗房间。

发明内容

本发明的一个目的在于提供开篇段落中提及的该种类型的医学诊断X射线设备，其具有与已知的X射线设备的冷却装置相比，冷却剂的泄漏风险降低的冷却装置。

该目的通过根据本发明的，其特征在于冷却装置完全地在支架内部延伸的医学诊断X射线设备达到。该包括完全流通于支架之内的冷却剂的冷却装置利用冷却剂吸收在X射线生成期间产生的热来冷却X射线源。随后，该冷却剂将吸收的热传输给支架，所述支架随后将热传输给X射线设备的周围环境。由于冷却装置完全在中空支架之内延伸，根据本发明的冷却装置不与延伸出支架之外的冷却剂管道进行连接，其中，该冷却剂管道在X射线设备运转期间变得分离关联着将冷却剂泄漏至治疗房间的风险。

另外的优点是根据本发明的X射线设备不具有至少部分地延伸出支架的冷却剂管道。毕竟，这意味着在X射线设备的运转期间，机械压力不能在冷却剂管道里建立，其中该压力反过来影响着支架的平衡，导致在X射线设备运转期间X射线源位置相对于患者的改变。另外，由于冷却剂管道不再至少部分地延伸出支架，对患者和医疗人员而言，X射线设备的可到达性增加。如果该X射线设备在诸如治疗房间之类的有限尺寸的空间中使用，这一点是尤其重要的。

根据本发明的优选实施例为医学诊断X射线设备，其特征在于冷却装置在整个支架内充分延伸。因此，X射线生成期间产生的，并被冷却剂吸收的热可以被传输至整个支架，该支架随后将热传输至X射线设备的周围环境。由于这个事实：不止支架的一小部分，而是整个支架可以吸收来源于X射线源的热，并将所述热传输至周围环境，支架的全部热容量和全部辐射表面都被使用，其结果是可以达到对X射线设备的非常有效地冷却。需要注意的是，在某些条件下，用于将X射线源固定于支架上，或者用于将适于探测X辐射的探测器固定于支架上的安全装置，可能形成支架的一部分。

根据本发明的另一优选实施例为医学诊断X射线设备，其特征在于冷却剂与支架是直接热接触。不使用在整个支架内充分延伸的冷却剂管道，而通过使冷却剂与支架直接热接触，冷却剂和支架之间的热传递效率增加并获得X射线设备的进一步改进的冷却。

如果支架具有内部隔开物来分隔出至少两个可供冷却剂流通经过支架的通道，就可以获得X射线设备的进一步改进的冷却。这样的内部隔开物的示例是在支架内延伸、并平行于支架的分隔壁。该分隔壁具有至少两个开口以供冷却剂的流通，由此分隔的通道彼此直接连通。优选地分隔壁中的该至少两个开口中的一个位于支架一端的X射线源的直接邻近区域，第二个开口优选地位于支架的另一端的直接邻近区域。

根据本发明的又一优选实施例为医学诊断X射线设备，其特征在于冷却剂是空气。

使用空气作为冷却剂的优点是空气已经存在于中空支架之内，并且不需要单独的冷却剂。因此，该冷却装置不仅比使用单独的冷却剂的冷却装置更简单，也更便宜。

使用空气作为冷却剂的另一个优点是空气是轻冷却剂。为了使空气流通经过支架，不需要在例如以油或者水作为冷却剂的情况下所必需的重的、昂贵的泵，可替代地，使用鼓风机就足够了。因此，该冷却装置不仅比使用重的、昂贵的泵的冷却装置更便宜，而且由于轻冷却剂和鼓风机，它也比使用更重的冷却剂和重的、昂贵的泵的冷却装置轻得多。另外，与使用比空气更重的冷却剂和重的、昂贵的泵的冷却装置相比，支架的平衡更不易反过来受到影响。

根据本发明的实施例是医学诊断X射线设备，其特征在于冷却装置具有外壳，X射线源定位于该外壳之内。该外壳具有大的辐射表面，因而在X射线生成期间，由位于外壳内的X射线源产生的热可以借助于该大的辐射表面被更有效地传输至冷却装置的其余部分，并最终至X射线设备的周围环境。该外壳可以还包括另外的冷却剂。变压器油是该另外的冷却剂的一个实际选择，因为变压器油具有很低的电传导率，其结果是避免了X射线源的高压损害。当然，外壳内部也可以使用其他的冷却剂。X射线源位于其内部的外壳不仅增加了X射线设备冷却装置的效率，也具有实际优势，也即它将该另外的冷却剂保持在X射线源的直接邻近区域，如果X射线源必须被更换，更换可以包括外壳的更换，从而包含于该外壳内的另外的冷却剂的泄漏风险被最小化。

根据本发明的另一实施例是医学诊断X射线设备，其特征在于外壳具有冷却肋。冷却肋的使用导致围绕X射线源的外壳的表面增加，导致X射线设备冷却装置的效率的进一步增加。

附图说明

将参考附图进一步说明本发明的这些和其他方面，其中：

图1是根据本发明的医学诊断X射线设备的示范性实施例的示意性侧视图；

图2是沿着图1中的A-A线的示意性横截面视图；

图3a是沿着图1中的B-B线的示意性横截面视图；

图3b是沿着图1中的C-C线的示意性横截面视图；以及

图4是在X射线源运转过程中根据时间的X射线源温度的定性图，所述X射线源形成为以下设备的一部分：

a)不具有冷却装置的医学诊断X射线设备，

b)根据本发明的具有冷却装置的医学诊断X射线设备，其不具有X射线源的外壳，以及

根据本发明的具有冷却装置的医学诊断X射线设备，其包括具有冷却肋的X射线源外壳，并且所述外壳包含另外的冷却剂。

具体实施方式

图1是根据本发明的具有冷却装置3的医学诊断X射线设备1的示范性实施例的示意性侧视图。在所示出的示范性实施例中，X射线设备1具有可旋转的支架，即C形臂5，以及用于导引C形臂的框架7，其中，C形臂5可以相对于框架7旋转。框架7可以绕水平杆9旋转，并通过这个杆9与可移动地定位于地面的基座11连接。在C形臂5的一端是X射线源13，其位于具有冷却肋17的外壳15内。X辐射探测器19，在这种情况下是图像放大器，附连于C形臂5的另一端，从而与X射线源13直接相对。通过绕水平杆9旋转框架7，以及相对于框架7旋转C形臂5，X射线源13和X辐射探测器19可以相对于患者放置，从而使被检查的患者的一部分位于X射线源13和X辐射探测器19之间。C形臂5内部提供有两个被薄分隔壁25彼此隔离的通道21和23，存在于C形臂5中的空气在这两个通道内作为冷却剂而流通。图1中的箭头表明经过通道21的空气的流通方向与经过通道23的空气的流通方向相反。在X射线源13所处的C形臂5的一端上，鼓风机27布置于C形臂5的内部，该鼓风机使作为经过C形臂5的冷却剂的空气的实际流通。该鼓风机27的精确位置并不重要，因此它也可以布置于，如果需要的话，X辐射探测器19的直接邻近区域。通道21和23之间的薄分隔壁25具有至少两个用于冷却剂流通的开口29和31，由此分隔的通道21和23彼此直接连通。开口29在C形臂5一端的X射线源13的直接邻近区域内，开口31位于C形臂5另一端的X辐射探测器19的直接邻近区域内。除了支架5之内起冷却剂作用的空气，分隔的通道21和23、分隔壁25、鼓风机27以及开口29和31之外，外壳15具有冷却肋17，在所述外壳内布置有X射线源13，并提供另外的冷却剂，形成如图1所示的冷却机构3的一部分。

当然也可能使用其他的气体或者液体来替代空气作为冷却剂。然而，实际中已发现用其他气体替代空气作为冷却剂很难导致对X射线源13的更好冷却。另外，其他气体作为冷却剂使用一般比空气昂贵，这是由于其他气体，不像空气已经存在于C形臂5内，首先必须被导入C形臂5内。另外，除空气之外的气体的使用需要承担的风险是，例如在对C形臂5维修的情况下，气体泄漏出C形臂5，由此某天C形臂5必须被重新填充作为冷却剂使用的气体。然而，液体替代空气作为冷却剂的使用，的确导致对X射线源13的更好冷却。在那种情况下，鼓风机27必须被泵单元替换，以使液体经过在C形臂5内完全延伸的闭合回路内流通。然而，通过使用液体替代空气作为冷却剂，X射线设备1变得昂贵的多，这是由于液体必须首先导入C形臂5内，并且液体比空气昂贵。除此之外，使用液体替代空气作为冷却剂导致C形臂5重量显著增加，其对于C形臂5的平衡是有害的。此外，如果液体替代空气作为冷却剂使用，C形臂5的维修和X射线源的更换变得困难的多。

实际上，X射线源13几乎一直位于充满变压器油的外壳15内，由于该油具有很低的电传导率，从而避免了X射线源的高压损害。将油充入外壳15内的过程是昂贵的，因此当X射线源13损耗时，X射线源一直是与充满变压器油的外壳15一起被更换。实际上，在冷却X射线源的冷却装置内，使用两个单独的冷却概念，那就是说，空气和变压器油都用作冷却剂，从而X射线源可以很容易的被更换，而不需要在诸如医院内的手术室之类的治疗房间内使用油工作。

图2是沿着图1中的A-A线的示意性横截面视图，其示出了作为冷却剂的空气流通经过的分隔通道21和23，以及将通道21和23彼此隔离的薄分隔壁25。在X射线源13不被外壳包围的最简单的情况下，空气经由通道21供应给X射线源13以吸收由X射线源13在X辐射生成期间产生的热。经由通道23，已经吸收了X射线源13产生的热的空气从X射线源13被移除，在空气再次经由通道21被供应给X射线源13之前，被吸收的热被传递至C形臂5。

然而，在图2中，X射线源13被具有冷却肋17的外壳15包围。该外壳15充满了变压器油，该变压器油作为X射线设备1的除C形臂5内的空气之外的另外的冷却剂。该变压器油吸收在X辐射生成期间X射线源13产生的热。该热随后传输至通道23内的作为冷却剂的空气，空气随后将热传输给C形臂5，C形臂反过来将热传输至X射线设备1的周围环境。X射线源13的充满变压器油的外壳15的冷却肋17生成了外壳的更大的、辐射表面，从而改进了X射线设备冷却装置的效率。通道33，与通道21和23类似，位于C形臂5内，但是其内没有冷却剂流通经过，而是与框架7接合，它的重要性在于如下事实：它使C形臂5能够相对于框架7旋转。

图3a是沿着图1中的B-B线的C形臂5的示意性横截面视图，其示出了作为冷却剂的空气流通经过的分隔的通道21和23。通道21和23由薄壁25彼此隔离。其内没有冷却剂流通经过的通道33与框架7接合，通道33的重要之处在于它使C形臂5能够相对于框架7旋转。

与图3a所示的沿着图1中的B-B线的示意性横截面视图相比，图3b示意性示出了沿着图1中的C-C线的C形臂5的横截面视图。在这幅图中，与图3a类似，示出了分隔的通道21和23、薄壁25和通道33。然而，与图3a不同的是，图3b中的薄壁25具有开口31，从而允许通道21和23彼此直接连通，空气可以通过该开口从一个通道到另一个通道。

图4是在X射线源运转过程中根据时间的X射线源温度的定性图，所述X射线源形成为以下设备的一部分：

a)不具有冷却装置的医学诊断X射线设备，

b)根据本发明的具有冷却装置的医学诊断X射线设备，其不具有X射线源的外壳，以及

根据本发明的具有冷却装置的医学诊断X射线设备，其包括具有冷却肋的X射线源外壳，并且所述外壳包含另外的冷却剂。

在图4中，X射线源的温度T沿垂直轴绘出。同样，X射线源的温度的阈值T_阈值也沿垂直轴绘出。T_阈值是在其上X射线设备会因安全原因自动关闭的温度。通过设定这样的温度阈值，避免了医疗人员或者患者与X射线设备的热的部分的接触。在图4中，随机单元中的时间沿着水平轴绘出。时间点tA表示在不具有冷却装置的医学诊断X射线设备中的X射线源达到温度阈值之前经过的时间。时间点t_B表示如果X射线源形成根据本发明的具有冷却装置的，但是不具有X射线源外壳的医学诊断X射线设备的一部分，在达到该X射线源的温度阈值之前经过的时间。图4的定性视图清楚地示出了如果X射线源形成具有根据本发明的冷却装置的X射线设备的一部分，与在X射线源形成不具有用于冷却X射线源的冷却装置的X射线设备一部分的情况下相比，在达到X射线源的温度阈值之前所经过的时间显著地更长。换而言之，图4清楚地示出了t_B比t_A大得多，这意味着根据本发明的具有冷却装置的医学诊断X射线设备在因安全原因自动关闭之前的不被中断的使用的时间期间，比不具有X射线源冷却装置的医学诊断X射线设备的大得多。

如果X射线源形成包括根据本发明的冷却装置的X射线设备的一部分，其中，所述X射线设备包括封装X射线源的，具有冷却肋并包含另外的冷却剂的外壳，然后冷却装置的效率被改进从而X射线设备可以在时间t_c的期间内不被中断。实际上，已经发现X射线设备的运转连续期间达到不具有冷却装置的X射线设备的两倍长是可能的。

本发明尤其适于外科应用，如这种情况，由于对治疗房间卫生的严格规定，空气不允许被吹入治疗房间。除了固定的X射线设备之外，本发明也涉及可移动的X射线设备的外科应用。

本发明使医疗人员行使他们的职责而不会有任何中断或者有与之前相比大大减少的中断，不具有在X射线设备运转期间冷却剂泄漏的风险。本发明也使实施的干预能够在比以前可能的更长的时间期间内不被中断。除此之外，本发明是很实用的，因为患者的趋势是逐渐变胖的，患者越胖，X辐射的吸收和散射程度越高，为了能够生成患者的质量好的图像而需要的X射线源的能量越大。随着X射线源能量的增加，在X辐射生成期间X射线源产生的热更多，达到X射线设备因安全原因自动关闭的温度阈值就越快。对于肥胖患者，本发明也能使获得充分长的X射线设备的运转连续期间成为可能。