封闭式x射线成像系统的制作方法_3

文档序号:9510009阅读:来源:国知局
须通过其引入的样品的最大大小,并且也将取决于针对操作者的手或要通过孔径被引入以调整样品的器具的访问要求。
[0065]例如,针对大的样品,可能需要诸如升降架的特殊搬运器材引入和移去样品,而针对非常小的样品,镊子或钳子可以被用于引入和移去样品。然而,针对适于直接手工搬运的样品,设想孔径具有约lm2的面积,优选地小于lm2,并且具有大致为方形形状将是合适的。针对某些应用,例如房间大小的封闭物,可以提供大于lm2的孔径,以允许对对大的样品进行成像以及甚至允许操作者进入封闭物并执行必要的任务。
[0066]为了防止来自源110的X射线通过孔径141的不期望的发出(例如在采集过程期间),以及为了避免在采集过程期间对样品或源-探测器系统的干扰,孔径141装备有门142,门142也包括一层不透射线材料,并且其被调整大小为以塞子的方式配合孔径或者略大于孔径并且当被关闭时覆盖孔径。例如,门可以为铰链的,并且可以由操作者打开以接近样品空间。对铰链门的备选包括可移除门或滑动门。
[0067]在图1的实施例中,出于安全的原因,提供联锁机构,其在门被打开时禁用X射线源110的操作。这里,这样的联锁是由门传感器143提供的,门传感器143探测门142是否被关闭,并且与X射线源110通信以仅在门被关闭时允许源110的操作。门传感器143可以,例如,为当门被关闭时被闭合的开关,或者可以为诸如光学传感器的非接触式传感器,该非接触式传感器在门被关闭时呈现诸如导电性的电气性质的变化。这样的通信能够经由,例如,控制计算机101而发生。
[0068]X射线成像部件(尤其是源110)的操作生成一定量的热,其倾向于升高封闭物140里面的温度。热通过封闭物从内部到外部的传导将倾向于平衡由成像部件生成的热。因此,当门被关闭并且系统运行时,温度将倾向于到平衡值。
[0069]相反,当门被打开时,存在着来自封闭物外面的空气与封闭物里面的空气以足以引起封闭物里面的温度突然变化的量混合的可能。如果被允许发生,这可能引起样品900、源110和探测器120中的一个或多个的尺寸不稳定。
[0070]为了避免这样的温度变化,提供包括空气调节器150的气候控制系统,以向封闭物140的内部供应具有预定温度的空气。空气调节器150,例如借助于鼓风机,通过入口 151抽吸位于封闭物140外面的空气。空气调节器150然后,例如借助于起温度调节器作用的热交换器、冷却器和加热器,将空气的温度调整为大致等于封闭物里面的正常操作温度的温度,并然后经由流量调节器152 (其例如为阀),以及经由导管153a和出口 153将空气供应到封闭物的内部。这么做时,空气调节器生成相对于封闭物140外面的压力在封闭物140里面的过压,即在封闭物的内部与外部之间的正压差。
[0071]图5中示出空气调节器150的示范性构造。空气调节器150具有入口 151,空气可以通过鼓风机150a的作用被抽吸通过入口 151。从鼓风机150a,空气传到空气冷却单元150b,空气可以在空气冷却单元150b中通过冷元件元150c的操作被冷却。冷却元件150c可以被实施为,例如,冷却制冷剂在其中流动的热交换制冷线圈。备选地,冷却元件150c可以被实施为,例如,热电冷却元件,例如珀尔帖冷却器。从空气冷却单元150b,空气传到空气加热单元150d,空气可以在空气加热单元150d中通过加热元件150c的操作被加热。加热元件150e可以被实施为热交换介质在其中流动的热交换加热线圈。备选地,加热元件150e可以被实施为,例如,热电加热元件,例如电阻丝的线圈。
[0072]空气冷却单元150b和空气加热单元150d —起充当温度调节器。从空气加热单元150d,空气在经由出口 153传进封闭物140中之前传到调节器152,调节器152可以被实施为阀。
[0073]空气调节器150具有温度控制器150f,其与出口温度传感器150g通信。出口温度传感器150g被布置在出口 153中或附近,以测量出口空气温度。温度控制器150f向加热元件150e和/或冷却元件150c发送命令,以变化加热或冷却动作,以达到想要的出口温度。温度控制器150f的动作能够借助于反馈控制来实现,例如借助于PID (比例-积分-微分)控制器。然而,在其他实施例中,可以省略出口温度传感器,并且到空气调节器的用于冷却或加温空气的外部命令能够被应用到加热元件150e和冷却元件150c中的一个或两者。
[0074]从空气调节器150可获得的空气的流量足以使得,即使当门142被打开时,也可以维持封闭物140里面的过压,从而防止封闭物外面的空气进入封闭物并与封闭物中的空气混合。因此,可以避免封闭物里面的温度显著下降。由于封闭物即使在门打开时也可以被维持在过压,因此可以避免可能造成源-探测器系统中或样品中的维度不稳定(例如源与探测器之间的间隔或对准的改变)的温度变化。因此,当门随后被关闭时,封闭物140里面的温度保持大致等于在门被打开之前封闭物里面的温度,并且几乎可以立即重新开始成像,而不需要等待温度平衡。
[0075]不受本公开的任意特定的操作理论约束,通过以下等式给出空气通过面积为A的孔径的瑞流流量Q:
[0076]Q = Cd.A.(2.ΔΡ/ρ )0.5
[0077]其中ΔΡ为在孔径两侧的压力差,Ρ为空气的密度,并且Cd为流量系数,其针对平板孔径(例如矩形窗口)为0.61。针对湍流选择为0.5的指数,并且该指数将针对与非常大或非常小的开口相关联的层流或滞流状况而变化。
[0078]因此,如果空气调节器150能够向封闭物140的内部提供超过根据以上等式穿过孔径141的空气的体积流量,则压力差将得以维持,并且封闭物140里面的正压差将存在,即使是在门142打开时。相反,针对通过孔径141的期望的正压差,可以通过以上等式计算所需要的由空气调节器150提供给的体积流量。同样,备选地,这些参数可以通过适当的实验来选择。
[0079]通过关系Vf= Q/A给出通过孔径141的流速V f,并且针对大致恒定密度的空气,Vf仅为在封闭物140的内部与外部之间的压力差的函数。如果通过孔径141的流速被选择为使得从封闭物出来的空气的流量比热到封闭物中的热扩散速度更快,则在孔径141两侧的压力差将能够防止封闭物140里面的温度的改变。
[0080]空气调节器150的构造和功能能够取决于用户需要而变化。在一个变型中,空气调节器150被布置为维持封闭物140里面的连续过压,即使是在门被关闭时。能够调整由阀152提供的流量调节的程度,以选择所达到的过压的程度。然而,由于空气从出口 153的流量可能在成像过程期间干扰样品,因此在另一变型中,空气调节器150仅被操作为当门被打开时提供过压。在该布置中,空气调节器150能够由操作者手动激活,以刚刚在门被打开之前提供过压,或者空气调节器150能够被链接到传感器(例如被用于安全联锁的门传感器143)以在门被打开时自动地触发空气调节器提供过压。
[0081]入口 151、出口 153或两者均可以被提供有空气过滤器,以防止封闭物外面的颗粒在空气调节器150运行时被抽吸到封闭物中。
[0082]由空气调节器150供应的空气的温度能够被调节为封闭物的预定正常操作温度,或者如图1中所示,温度传感器154可以被定位在封闭物里面并且被布置为测量封闭物里面的空气温度,以告知空气调节器150通过出口 153进入的空气的期望温度,使得从空气调节器150供应的空气能够在被供应到封闭物的内部之前被带到正确的温度。以此方式,通过出口 153供应的空气大致上在与已经在封闭物里面的空气相同的温度,使得避免了不期望的温度变化。
[0083]在另一变型中,温度传感器154能够被用于探测封闭物里面的温度何时已从正常操作温度改变预定的允许量。当探测到这样的改变时,空气调节器150被布置为通过出口153供应额外的经温度调节的空气,或者升高的或降低的温度的空气,或两者,以使封闭物里面的温度恢复到大致正常的操作温度,并提供过压。在这样的配置中,温度传感器154能够,例如向流量调节器152或向空气调节器150的温度调节器,提供反馈控制,以调节被提供到封闭物140的内部的经温度调节的空气的量或温度,并由此调节封闭物里面的温度。反馈控制能够,例如通过PID(比例-积分-微分)控制器的使用来实现。在其他实施例中,空气调节器能够被布置为以恒定的预定温度,以恒定的预定流速,或两者,供应空气。
[0084]温度传感器154能够包括被提供在封闭物里面的多个温度传感器,它们中的每个被布置为提供在封闭物中的一个位置处的局部内部温度测量。使用这样的多个传感器,允许气候控制系统基于局部内部
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