一种新能源计算机断层成像设备的制作方法

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种计算机断层成像设备(ct，computedtomography)、其新能源供给架构方法以及新能源能量管理方法。

背景技术：

对于大部分的医疗设备(特别是医疗影像诊断设备)来说，其功率消耗非常大，一般可以从几十到几百千瓦不等，其在日常运行中严重依赖稳定可靠高质量的电网网络，束缚了此类医疗设备的应用范围。同时，医院通常会配备多台医疗设备，累计起来的电力需求会非常巨大，相应的基建成本会很高。对稳定可靠高质量的电网需求也决定了此类医疗设备大都安装在固定位置无法移动，限制了医疗设备的应用。

此外，在灾难(地震、暴雨等自然灾难)、战争等特殊情况下，通常伤病患者激增，但一般电网网络崩溃，亟需此类医疗设备发挥作用反而无法正常工作，不能在黄金救援时间段内为救死扶伤提供必要支持。同时，在一些偏远或者电网质量不高的地方，也存在无法正常使用此类设备的问题。计算机断层成像设备，即ct，能够提供精细的解剖学影像，是医疗机构最主要的医疗影像诊断设备之一，在临床中广泛应用，同时也是急诊等紧急情况最常使用的设备。

发明人在完成本发明的过程中发现，在临床应用中，ct的使用通常是按患者顺序进行的，即一个患者扫描结束后，准备好后再进行下一个患者的扫描，ct工作过程中对于能量和功率的输入要求是断续的，对于每次扫描来说能量和功率都有峰值需求。在整个ct系统中，这个峰值需求基本上由高压发生器及x光球管决定，即当球管曝光时，高压发生器需要的能量和功率峰值。发现人还发现，某些超级电容(例如授权专利号为zl201610744968.4，zl201610744986.2的中国发明专利中所描述的)具有很高的功率密度和能量密度，同时具有很强的稳定性和可靠性，其几十万次的使用寿命，在满足ct这种间歇性能量和功率峰值需求的工作特点的同时，也满足医疗器械对高稳定可靠性，长使用寿命的要求。

技术实现要素：

在一个方面，本发明要解决的技术问题是提供一种在工作时不依赖于电网网络的计算机断层成像设备ct。

在一个方面，本发明要解决的技术问题是提供一种减少设计复杂程度的计算机断层成像设备。

在一个方面，本发明要解决的技术问题是提供一种便于充电管理的计算机断层成像设备ct。

为解决上述至少一个技术问题，本发明实施例提供了一种计算机断层成像设备，包括：扫描架，所述扫描架包括旋转部件和固定部件；所述旋转部件安装于所述固定部件，所述旋转部件上安装有高压发生器、x射线球管和ct探测器，所述旋转部件可绕自身中心轴旋转；所述高压发生器用于向所述x射线球管提供高压，所述x射线球管用于发射x射线，所述ct探测器用于在ct扫描时接收穿过被检者的x射线；扫描床，用于承载被检者进入所述扫描架的成像空间以进行ct扫描；新能源模组，所述新能源模组存储电能，用于在ct扫描时给位于所述旋转部件的高压发生器提供能量和功率输入。

优选的，所述高压发生器在ct工作时与电网隔离，所述高压发生器仅由所述新能源模组供给能量。

优选的，所述新能源模组安装于所述旋转部件，所述新能源模组随所述旋转部件一同旋转。

优选的，所述计算机断层成像设备包括多个所述新能源模组，各个新能源模组为安装于所述旋转部件的一个耗电模块供电，所述耗电模块至少包括以下两个：高压发生器、ct探测器，以及信号采集及控制电路板。

优选的，所述耗电模块与为其供电的新能源模组紧邻设置。

优选的，还包括机柜，所述机柜与所述固定部件、所述旋转部件和所述扫描床分开设置，所述新能源模组放置于所述机柜。

优选的，所述新能源模组还为所述固定部件和/或所述扫描床供电。

优选的，所述新能源模组为所述固定部件供电，所述计算机断层成像设备包括多个所述新能源模组，为所述固定部件供电的新能源模组安装于所述固定部件。

优选的，所述新能源模组为所述扫描床供电，所述计算机断层成像设备包括多个所述新能源模组，为所述扫描床供电的新能源模组安装于所述扫描床。

优选的，所述新能源模组为所述固定部件和所述扫描床供电，所述计算机断层成像设备包括多个所述新能源模组，为所述固定部件供电的新能源模组安装于所述固定部件，为所述扫描床供电的新能源模组安装于所述扫描床。

优选的，所述新能源模组包括电容，所述电容作为提供能量和功率输入的元件。

优选的，所述新能源模组电容的比能量密度不小于100wh/kg，比功率密度不小于3kw/kg。

优选的，所述电容为石墨烯电容或锂离子电容。

优选的，所述计算机断层成像设备的新能源模组通过专用接口与充电设备和/或电网连接，所述充电设备和/或电网在非ct工作时段内为所述新能源模组补充能量。

优选的，所述计算机断层成像设备的新能源模组通过专用接口与充电设备连接，所述充电设备包括以下任意一种：燃料发电机、太阳能吸收板或风力发电机。

为解决上述至少一个技术问题，本发明实施例还提供了一种用于上述计算机断层成像设备的供电方法，包括：获取计算机断层成像设备的新能源模组的状态；若所述状态为就绪，则基于所述状态生成ct扫描准备就绪指令，所述ct扫描准备就绪指令用于表示随后可执行ct扫描；获取计算机断层成像设备的运行状态，所述运行状态用于表示所述计算机断层成像设备是否正在执行ct扫描；若所述计算机断层成像设备的运行状态为空闲，根据预设条件判断是否连接电网或充电设备为所述新能源模组充电。

优选的，所述若所述运行状态为空闲，根据预设条件判断是否连接电网或充电设备为所述新能源模组充电包括：若所述运行状态为空闲，当接收到充电指令时接入电网或充电设备为所述新能源模组充电。

优选的，所述若所述运行状态为空闲，根据预设条件判断是否连接电网或充电设备为所述新能源模组充电包括：若所述运行状态为空闲，当所述新能源模组的剩余电量小于阈值电量时接入电网或充电设备为所述新能源模组充电。

优选的，所述若所述运行状态为空闲，根据预设条件判断是否连接电网或充电设备为所述新能源模组充电包括：若所述运行状态为空闲，当达到预设时间点时接入电网或充电设备为所述新能源模组充电。

为解决上述至少一个技术问题，本发明实施例还提供了一种非暂失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述的方法。

与现有技术相比，本发明的计算机断层成像设备能够在确保临床性能情况前提下，提供了工作时不依赖于电网网络的计算机断层成像设备，极大地扩展ct设备的应用场景，同时减少计算机断层成像设备的设计复杂程度。另外本发明技术提供的专用接口，能够和太阳能，风能等新能源很好兼容，拓展了ct的能量来源。

附图说明

图1是现有技术的医疗设备供电示意框图。

图2是本发明一些实施例的医疗设备的示意框图。

图3是本发明一些实施例的医疗设备的结构示意图。

图4是本发明一些实施例的医疗设备的正视图。

图5是本发明一些实施例的旋转部件的结构示意图。

图6a、图6b是本发明一些实施例的新能源模组、电容单体的示意图。

图7是本发明一些实施例的新能源模组在旋转部件内分布的示意图。

图8是本发明一些实施例的新能源模组独立设置的示意图。

图9是本发明一些实施例的医疗设备充电示意图。

图10是本发明一些实施例的医学设备供电方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例进行详细描述。

应当明确，下面描述中的实施例仅仅是本发明的一些示例或部分实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例将本发明应用于其他类似情景。给出这些示例性实施例仅仅是为了使相关领域的技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本发明对根据本发明的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在客户端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

为便于对本发明更好地理解，以下以医疗设备为计算机断层成像设备(ct，computedtomography)为例进行具体描述，本领域技术人员可知的是，本发明实施例的技术方案同样可以应用于其他种类的医疗设备。

图1是现有技术的计算机断层成像设备100由电网网络10供电的示意图。为满足计算机断层成像设备100的扫描功率要求，特别是对于高端ct设备或者扫描范围较大时，电网网络10通常需要120kva乃至更大。电网网络10连接到ct设备100的电源分配单元(pdu，powerdistributionunit)110，由电源分配单元110将之转为标准380v交流电源，之后再分别供给ct的机架(gantry)120、扫描床(bed)以及控制台(console)。电源分配单元110起到分配电源以及隔离电网网络10的作用。

机架120包括了固定部件124(也可以称为定子)和旋转部件122(也可以成为转子)。固定部件124通常包括一些固定的结构，包括：驱动电机1241、风扇、电路处理模块(数据采集和控制电路板等)。旋转部件122安装于固定部件124上，旋转部件122通常为环状结构，旋转部件122可以围绕自身的中心轴进行旋转。供电线路可以通过滑环(图中未示出)为安装在旋转部件122上的各耗能模块供电。旋转部件130安装的耗能模块通常包括：用来产生高压的高压发生器(hvg，highvoltagegenerator)1222，高压发生器1222起到倍压作用，将输入电压升压到x射线球管1224所需的高压，用来驱动x射线球管1224产生x射线。x射线球管1224所需的瞬时功率非常高，放线时的功率峰值可以达到50～150kw。旋转部件122上的耗能模块还可以包括ct探测器1226，以及一些其他的电子器件(例如信号采集电路板、信号处理电路板等)。高压发生器1222一般在输入端会配有ac/dc转换器，将由电源分配单元110输出的交流电转换成产生高压所需的直流电。

在进行ct扫描时，被检者通常躺在扫描床130的床板上，扫描床130的床板可以沿床板的长度方向移动，将被检者送入机架内部的成像空间。医生/技师在控制台140处进行被检者的信息登记、选择被检者的扫描范围、扫描协议等信息，控制x射线球管的放线、扫描床移动、ct图像重建等过程，从而最终产生供诊断的ct图像。

为解决传统医疗设备严重依赖于稳定的电网网络，本发明实施例提供了一种新能源ct设备，在ct工作时采用新能源模组对ct设备提供能量和功率输入，扫描所需的大功率供电不再依赖于电网网络。这里的ct工作时可以是包括了ct扫描(即ct执行扫描，可以是球管进行放线的时候)和ct待机时(即ct未执行扫描，处于待机状态下)。采用新能源模组的供电方案能够保证干净的电磁环境，新能源模组本身实现了供电端的电气隔离，省去了传统ct设备的电源分配单元，从而简化了ct设备的系统设计需求，同时降低了对医院供电配套设施的需求，极大地节约了成本。此外，不依赖于电网网络的ct设备能够应用于移动场景、灾难战争等极端缺电环境，有效扩展了ct设备的应用环境。

图2是本发明一些实施例的计算机断层成像设备的供电连接示意图。参见图2，不同于传统的ct设备，本发明实施例的ct设备200不依赖于电网网络，不需要电源分配单元。ct设备200包括一个或多个新能源模组(2101、2102、2103)，新能源模组可以分别设置多个：新能源模组2102设置于机架的旋转部件222上并为旋转部件222的耗能模块(例如高压发生器2222、ct探测器2226、信号采集电路板、信号处理电路板等)供电；新能源模块2103固定安装于机架(非旋转部件的部分)、固定部件224旁，为固定部件的耗能模块(例如驱动旋转部件进行高速旋转的驱动电机2241、冷却风扇、信号采集和控制电路板等)供电；新能源模组2101可以设置在机架之外，为扫描床230、控制台240供电。在一些实施例中，新能源模组2101可以固定安装于扫描床230仅为扫描床230供电，提供扫描床230升降、床板移动、信号控制电路板所需的电能。在一些实施例中，新能源模组可以单独设置在ct扫描室内或ct扫描室外。

本发明实施例的新能源模组(2101、2102、2103)可以凭借自身存储的电能在ct扫描时为ct设备各耗能模块(特别是需要高功率的高压发生器)独立供电，不需要电网网络的供电辅助。新能源模组将在后面的段落(对应描述图6a、图6b的段落)进行更详细的描述。

图3是本发明一些实施例的计算机断层成像设备的结构示意图。计算机断层成像设备200的旋转部件222设置于机架220内部，安装于固定部件的机械结构上。在进行ct扫描时，被检者躺在扫描床230的床板232上，随着床板232在z方向上的移动将被检者送入机架220的环形通道2227的成像空间，以便对被检者进行ct扫描。结合图3和图4，图4是图3去掉扫描床后的正方向的示意图，图中的虚线表示设置在机架220内部、无法直接看到的部件。旋转部件222上安装有x射线球管2224，以及与x射线球管2224相对设置的ct探测器2226。在ct扫描时，驱动电机2241通过皮带2242带动旋转部件222进行高速旋转，旋转部件222可以围绕其自身的中心轴a沿方向b进行高速旋转。

在本发明一些实施例中，如图5所示，新能源模组2102设置在旋转部件222上，其可以随旋转部件222一同转动。储能模组238可以为旋转部件230上的各部件：高压发生器2224、ct探测器2226、以及其他一些电子模块2228(例如信号采集电路板、信号控制电路板、信号处理电路板等)供电，高压发生器2222为x射线球管2224提供高压，x射线球管2224向被检者发射x射线，穿过被检者的x射线由ct探测器2226接收，从而根据ct探测器2226接收到的信号由ct算法进行数据重建，最终获得用于诊断的被检者ct断层图像。

在本发明的一些实施例中，新能源模组可以是利用新能源、新材料、复合材料或环保材料制成的电源单体或者电池单体所组成的模组。所利用的材料可以是超导材料、能源材料(太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物材料等)、功能材料(压电材料、高分子材料、磁致伸缩材料、电流变液和磁流变液材料等)、磁性材料(软磁材料、永磁材料等)或纳米材料(纳米金属、纳米陶瓷、纳米碳管等)。所采用的电源单体或者电池单体的形式可以是：电容、超级电容、铅酸电池、镍系电池(例如镍镉电池、镍氢电池)、锂系电池(例如锂离子电池、)、液流电池(例如全钒液流电池)、钠硫电池等。

在本发明的一些实施例中，新能源模组可以是由电源单体组成的模组，具体采用了电容单体组成电容模组，特别是石墨烯电容或者锂离子电容。

石墨烯电容是将石墨烯材料作为电容的电极材料。石墨烯具有特高的表面面积对质量比例，常温下电子迁移率超过15000cm²/v·s，而电阻率极低只有约10^-6ω·cm。该电容相比普通电容的能量更大，寿命更长。

在本发明的一些实施例中，电容模组可以是超级电容模组。如图6a所示，其为一种超级电容模组的示意图。在本发明实施例中，为了便于将超级电容模组安装到旋转部件222上，超级电容模组的形状可以与旋转部件222相同，即均为弧形段，在弧形段的两个相对的侧面延伸出正极和负极。

如图6b所示，为存储更高能量，超级电容模组可以包括一组相互串联/并联的超级电容(supercapacitors)单体。

超级电容的充电速度快，充电10秒～10分钟可以达到其额定容量的95％以上，是一般电池的5至10倍。超级电容具有超长的循环寿命，充放电可以大于50万次，超级电容的温度范围-40℃～+70℃。电量检测方便，剩余电量可以直接读出。此外，超级电容产品原料的构成、生产、使用、存储以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源。

在发明的一些实施例中，为保证支持ct工作时候的能量和功率，由电容单体组成的电容模组优选采用比能量密度不小于100wh/kg，比功率密度不小于3kw/kg的电容单体，该超级电容可以是如授权专利号为zl201610744968.4和/或zl201610744986.2的中国发明专利中所描述的。

在本发明的一些实施例中，如图7所示，新能源模组2102可以在旋转部件222上设置为多个，每个储能模组2102可以对应一个耗能部件，例如一个单独的新能源模组2102为高压发生器232供电，另一个单独的新能源模组2102为ct探测器供电，再一个单独的新能源模组238为其他电子器件2228供电。各个独立的新能源模组2102设置在离耗能部件空间上相近的地方，从而缩短了供电线路的距离。

在本发明的一些实施例中，如图8所示，新能源模组可以不同于之前实施例的分布式设置，可以改为集中设置在一个独立于机架、扫描床的机柜250内。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，当ct设备不在执行临床检查工作的时候，可以通过电网网络(或充电设备)20为新能源模组(2101、2102、2103)的其中一个或多个进行充电。充电设备可以是燃料发电机、太阳能吸收板或风力发电机。

在本发明的一些实施例中，ct设备通过专用接口与充电设备和/或电网网络连接。充电设备和/或电网网络在非ct工作时段内为新能源模组补充能量。

在之前实施例提供的计算机断层成像设备的基础上，本发明一些实施例还提供了一种基于上述计算机断层成像设备的供电方法，供电方法内涉及到各部件/模块的描述可以参考之前实施例中对于相同部件/模块的描述，如图10流程图所示，该方法的各步骤包括：

步骤s1001，获取计算机断层成像设备的新能源模组的就绪状态，就绪状态用来表示新能源模组的状态良好，已接入计算机断层成像设备，并能支撑临床扫描工作流程。此时，接入新能源模组可以为ct设备的高压发生器供电，ct设备有足够功率可以直接进行ct扫描。在本步骤内，接入的新能源模组可以同时为ct设备的旋转部件的ct探测器和/或信号采集及控制电路板供电。在本步骤内，接入的新能源模组可以同时为ct设备的固定部件和/或扫描床供电。

步骤s1002，若接入状态为就绪，则可基于就绪状态(某些情况下会同时获取其他相关设备的准备状态)生成ct扫描准备就绪指令，ct扫描准备就绪指令用于表示随后可执行ct扫描。此时接入状态为接入，表明已有充足电能为ct扫描供电，可以生成准备就绪指令。

步骤s1003，获取计算机断层成像设备的运行状态，所述运行状态用于表示所述计算机断层成像设备是否正在执行ct扫描。

步骤s1004，若所述计算机断层成像设备的运行状态为空闲，根据预设条件判断是否连接电网或充电设备为所述新能源模组充电。空闲状态表明当前没有处于ct扫描状态，之后接下来一段时间可能也不会进行ct扫描，则可以根据预设条件来决定是否开始为新能源模组进行充电。

在本步骤内，预设条件可以是医生或技术人员在控制台输入的充电指令，当接收到充电指令时接入电网或充电设备为所述新能源模组充电。

在本步骤内，预设条件可以是电量阈值，例如电量阈值为电量处于满点的10％，当新能源模组的剩余电量小于阈值电量时接入电网或充电设备为所述新能源模组充电。

在本步骤内，预设条件可以是预设的时间点，例如设置为下班时间，当达到预设时间点时接入电网或充电设备为所述新能源模组充电。

本发明实施例供电方法的基础上，还提供了一种非暂失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时之前实施例的基于计算机断层成像设备的供电方法。

以上内容描述了本发明和/或一些其他的示例。根据上述内容，在不偏离本发明宗旨和范围的条件下，本发明的技术方案还可以作出不同的变形，可以广泛地构造本发明的多种实施方案。本发明披露的主题能够以不同的形式和例子所实现。

应当理解的是，除附属权利要求所定义的之外，本发明并不限于申请书中描述的具体实施方案。