用于医学设备的矩阵电池系统的制作方法

1.本文所公开的主题的实施方案涉及医学成像系统，并且更具体地讲，涉及用于向医学成像系统供应电力的矩阵电池支持系统。


背景技术：

2.各种医学成像系统和方法被用来获得受检者的受影响区域的图像，以用于诊断受检者的医学病症。医学成像系统可以是例如超声成像系统、x射线系统、计算机断层摄影(ct)成像系统、磁共振成像(mri)系统、单光子发射计算机断层摄影系统、正电子发射断层摄影(pet)系统或多模态成像系统。这些和其他系统是最广泛地众所周知的，并且在全球范围内用于获取受检者的图像数据并生成受检者的用户可观看图像。
3.使用医学成像系统诸如计算机断层摄影(ct)或磁共振成像(mri)系统对受检者进行成像涉及将受检者定位在台上方，从而使台在成像系统的机架内移动。在ct扫描设备的情况下，x射线可在不同方向上穿过受检者身体以获得受检者的内部体积的图像。ct扫描设备包括x射线生成器，该x射线生成器为x射线管供电以将x射线发射至定位在机架中的受检者身体上，并且x射线检测器被定位成接收x射线。使用各种图像重建和可视化技术来处理由检测器接收的x射线以生成受检者的用户可观看图像。虽然ct扫描所花费的总时间通常在三十至四十五分钟之间变化，但实际x射线暴露的时间在几秒至几分钟之间变化。在x射线剂量的这几秒期间消耗了通常称为“峰值电力”或“峰值负载”的最高功耗，并且已知系统需要三相电源以满足峰值电力需求。
4.在磁共振成像(mri)系统中，一旦受检者被放置在机架内，就可使用全身射频(rf)线圈以将波形朝向受检者解剖结构传输。rf线圈可为表面线圈。包含接收通道的表面线圈可用于从受检者解剖结构接收信号。典型的表面线圈将具有八个接收通道；然而，不同数量的通道是可能的。所接收的mr信号在收发器的接收器部分中被解调、滤波和数字化。通过收发器模块将由目标的激励产生的mr信号数字化。mr系统控件然后通过傅里叶变换处理数字化信号以产生k-空间数据，该k-空间数据经由mri系统控件传输到存储器模块或其他计算机可读介质，以生成受检者的用户可观看图像。
5.其他成像系统诸如x射线或超声波可以是可被供电以从受检者身体获得图像数据的静态或便携式系统。向医学成像系统供应电力需要电气和电子基础设施，以及用于不间断成像的备用电源。不同的系统和方法可用于供应峰值电力或供应备用电力，这保证了对医学成像系统至关重要的不间断电源(ups)。然而，这些“备用”系统需要单独的充电线路和放电线路以分别对电池充电以及为医学成像设备供电。
6.此外，当前用于为医学系统供电的锂离子电池由于空中飞行运输规定而具有最大容量小于一百瓦特-小时的电源容量，并且需要组合多个此类电池以获得更高的电力。在现有的备用电源系统中，电池需要物理地连接/断开以斜升或按比例缩小电源，并且该过程是耗时的。因此，使用现有电池来提供更大量的电力是具有挑战性的。
7.因此，需要一种将减小对电池充电/放电所需的电力基础设施并且允许基于医学
成像系统的电力需求组合若干电池的系统。


技术实现要素：

8.本发明内容介绍了在具体实施方式中更详细描述的概念。其不应当用于确定要求保护的主题的基本特征，也不应当用于限制要求保护的主题的范围。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
9.根据本公开的一个方面，提供了一种用于向医学成像系统供应电力的系统。该系统包括用于提供输入电力的主电源单元。该系统还包括h桥转换器，该h桥转换器连接到该主电源单元并且被配置为从该主电源单元接收该电力。该系统还包括至少一个电池线路，该电池线路包括一个或多个电池。该至少一个电池线路连接到该h桥转换器，并且该h桥转换器被配置为对该至少一个电池线路的该一个或多个电池进行充电。该系统还包括输出，该输出连接到该h桥转换器并且被配置为通过该h桥转换器将存储在该一个或多个电池中的该电力供应到该医学成像系统。
10.根据本公开的一个方面，提供了一种用于向医学成像系统供应电力的方法。该方法包括供应电力以用于通过h桥转换器对连接到该至少一个电池线路的一个或多个电池进行充电。该方法还包括通过该h桥转换器将该至少一个电池线路的该一个或多个电池连接到输出。该方法还包括使用存储在该一个或多个电池中的该电力从该输出向该医学成像系统供应该电力。
附图说明
11.图1示出了根据本公开的一个方面的用于向医学成像系统供应电力的矩阵电池系统。
12.图2示出了根据本公开的一个方面的h桥转换器结构。
13.图3示出了根据本公开的一个方面的通过h桥转换器将来自至少一个电池线路的一个或多个电池连接到输出以用于向医学成像系统供应电力。
14.图4示出了根据本公开的一个方面的使用矩阵电池系统来向医学成像系统供应电力的方法。
具体实施方式
15.在以下说明书和权利要求书中，将引用应被定义为具有以下含义的几个术语。
16.单数形式“一”、“一个”和“该”包括多个引用物，除非上下文另外明确指出。
17.如本文所用，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中以供包括但不限于移动设备、群集、个人计算机、工作站、客户端和服务器的设备执行的任何计算机程序。
18.如本文所用，术语“计算机”和相关术语(例如，“计算设备”、“计算机系统”、“处理器”、“控制器”)不限于本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指至少一个微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路和其他可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。
19.如本文在整个说明书和权利要求书中所用，可应用近似语言来修改可允许变化而
不导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此处并且在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，此类范围可进行标识并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
20.如本文所用，术语“系统”、“设备”和“装置”是可互换的，并且包括部件、子部件、子系统(包括但无限制)。
21.根据本公开的一个方面，提供了一种用于向医学成像系统供应电力的系统。该系统包括用于提供输入电力的主电源单元。该系统还包括h桥转换器，该h桥转换器连接到该主电源单元并且被配置为从该主电源单元接收该电力供应。该系统还包括至少一个电池线路，该电池线路包括一个或多个电池。该至少一个电池线路连接到该h桥转换器，并且该h桥转换器被配置为对该至少一个电池线路的该一个或多个电池进行充电。该系统还包括输出，该输出连接到该h桥转换器并且被配置为通过该h桥转换器将存储在该一个或多个电池中的该电力供应到该医学成像系统。
22.现在将参考附图以举例的方式描述本公开的实施方案，其中图1示出了用于向医学成像系统(未示出)供应电力的矩阵电池系统100。虽然参照向医学成像系统供应电力来描述系统100，但显而易见的是，系统100不仅可用于向医学成像系统供应电力，而且还可用于向任何其他类型的电气设备供应电力。系统100可包括主电源单元110，该主电源单元被配置为从设施接收电力供应。主电源单元110可包括串联连接以向电池线路130供应电流的滤波器111、功率因数校正电路112、转换器113和第一电流监测设备114。系统还可包括连接到主电源单元110以用于接收输入电力的h桥转换器120(下文称为h桥)。h桥120可连接到第一电池线路130并且可用于对连接到第一电池线路130的电池(131,132,133)进行充电。尽管已经在本示例中仅提及了三个电池(131,132,133)，但显而易见的是，可基于系统100的操作条件来增加或减少电池的数量。h桥120从主电源单元110获得电力并使用该电力对电池线路130的电池(131,132,133)进行充电。尽管仅示出了一个电池线路130，但显而易见的是，电池线路130的数量可多于一个并且每个电池线路130可包含任何数量的电池(134,135,136)，这取决于医学成像系统的电力要求。一个或多个电池(131,132,133)可并联连接在电池线路130上。经充电的电池线路130可用于向医学成像系统(未示出)供应电力。在向医学成像系统供应电力(也称为放电阶段)期间，电池(131,132,133)沿由输出140指示的方向通过h桥120向医学成像系统(未示出)供应电力。根据本公开的一个方面，h桥120可在电池线路130的充电和电池线路130的放电期间传输电力以通过输出140向医学成像系统供应电力。使用h桥120来对电池线路130进行充电和放电两者避免了使用单独部件来对电池线路130进行充电和放电。
23.h桥120是用于电力传输领域的已知部件，然而，根据本公开的一个方面，提供h桥120以同时对电池线路130进行充电并且通过输出140从电池线路130向医学成像系统(未示出)供应电力。根据本公开的另一个方面，当来自医学成像系统的电力需求增加时，可将多于一个电池线路130连接到输出140，并且可提供每个电池线路130一个h桥120以合并更大数量的电池(134,135,136)。可使用每个电池线路130一个h桥120来合并更大数量的电池线路130以向医学成像系统提供更大电力。这提供了必要的可扩展性以使用更大数量的电池
(131,132
…
n)来供应更大电力，从而驱动更高的系统电力负载。
24.根据本公开的一个方面，开关设备138可用于将单独电池(131,132
…
n)连接到电池线路130。开关设备138的使用允许针对包括多于一个电池(131,132
…
n)的每个电池线路130使用一个h桥120转换器。这将导致用于扩展电池容量的成本有效且能够按比例缩放的方式，其可导致更长的系统电池工作时间。
25.根据本公开的一个方面，图2示出了微控制器150，该微控制器可通过用于电流测量的第二电流监测设备160连接到h桥120。第二电流监测设备160测量从每个电池线路120朝向医学成像系统流动的电流，并且将电流值发送到微控制器150。根据本公开的一个方面，参见图1，由于电池的放电，如果在第二电流监测设备160处的测量电流开始下降或小于医学成像系统所需的电流，则可由微控制器150生成指示更大电力要求的信号，并且可添加来自相同电池线路130或其他电池线路130的更大数量的电池(132,133
…
n)以供应所需的电力。每个电池线路130可连接到唯一电流监测设备160，其中可测量电流和电池参数。可在微控制器150中收集所有的测量电流和电池参数值以分别调节每个电池线路130的充电和放电。通过组合多于一条电池线路130，可生成“矩阵电池系统”。使用h桥120对电池线路130进行充电和放电使得能够使用现有部件来进行充电和放电两者。与常规充电-放电技术相比，该方法使得能够大量减小所需的电气部件，从而减小主系统成本。
26.根据本公开的一个方面，图3示出了通过h桥转换器120将来自至少一个电池线路130的一个或多个电池(131,132,133)连接到输出140以用于向医学成像系统(未示出)供应电力。为了驱动更高的系统电力负载，系统100可通过使用多于一个电池线路130来按比例缩放。提供每个电池线路130一个或多个电池(131,132,133
…
n)并且具有一个或多个电池线路130使得系统成为“可热插拔的”，并且电池(131,132,133
…
n)可在不断开医学成像系统的情况下进行交换。在医学成像系统的供电期间，如果任何电池(131,132,133)具有缺陷，或者电池已达到电池寿命阶段的终点，或者电池(131,132,133)被放电，则该电池可在不关闭医学成像系统的情况下通过插入来自另一个电池线路130的电源或通过仅更换已放电的单独电池(131,132,133)来更换。因此，可避免医学成像系统的检查时间的损失，并且系统100的关闭对于更换电池可能不是必要的。这使得系统100为可热插拔的。基于冗余电源，系统100可为更安全的，抵抗电力中断，这使得系统100更可靠。
27.矩阵电池概念允许使用具有小于100wh的电力的电池组来进行电池电力解决方案的优化生成。总系统电力和冗余要求可与h桥电池线路转换器120的电力和数量成比例地缩放。此外，冗余电池线路130的优点在于，每个电池(131,132,133)可基于所测量的系统和电池参数单独充电和放电，这导致较少的热应力、较少的电池降额和老化。
28.根据本公开的一个方面，图4示出了向医学成像系统供应电力的方法400。方法400可包括从主电源单元供应410电力以用于通过h桥转换器120对来自至少一个电池线路130的一个或多个电池(131,132,133)进行充电。方法400还包括通过h桥120将至少一个电池线路130的一个或多个电池(131,132,133)连接420到输出140。可连接到输出140的电池(131,132,133)的数量取决于医学成像系统的电力需求。如果医学成像系统需要更多的电力以进行成像，则可通过h桥120插入一个或多个电池(131,132,133)以及包括一个或多个电池(131,132,133)的一个或多个电池线路130。方法400还包括使用电池(131,132,133)向医学成像系统供应430电力以进行受检者的成像。方法400还包括使用微控制器150来测量440由
一个或多个电池(131,132,133)输出的电力并且调节包括一个或多个电池(131,132,133)的至少一个电池线路130的充电-放电。测量440由一个或多个电池(131,132,133)输出的电流还包括使用第二电流监测设备160和微控制器150来控制由电池(131,132
…
n)向医学成像系统供应的电流。方法400还包括当一个或多个电池(131,132,133)具有缺陷或者电池已达到电池寿命阶段的终点或者电池已放电时，断开450一个或多个电池(131,132,133)从而不向医学成像系统供应电力，并且采用至少一个不同的电池(134,135,136)以向医学成像系统供应电力而不关闭医学成像系统。断开450具有缺陷或电池已达到电池寿命阶段终点或可能已放电的一个或多个电池(131,132,133)可用于对电池(131,132,133)进行再充电而不关闭对于医学成像系统的电源。这使得系统100为可热插拔的。方法400还包括使用医学成像系统对受检者进行成像460。
29.根据本公开的一个方面，为了驱动较高系统电力负载，方法400可通过使用一个或多个电池线路130来按比例缩放。提供每个电池线路130一个或多个电池(131,132,133
…
n)并且具有一个或多个电池线路130使得系统100成为“可热插拔的”，并且电池可在不断开医学设备的情况下进行交换。在向医学设备供应430电力期间，如果一个或多个电池(131,132,133)被放电，则方法400包括断开450一个或多个电池(131,132,133)，并且在不关闭医学成像系统的情况下对电池(131,132,133)进行再充电或更换。更换电池可包括使用另一个电池线路130或通过仅更换一个或多个电池(131,132,133)中的已放电的单独电池。因此，可避免医学成像系统的检查时间的损失，并且不需要关闭来更换电池。基于冗余电源，方法400为更安全的，抵抗电力中断，这使得方法400更可靠。
30.矩阵电池概念允许使用具有小于100wh的电力的电池组来进行电池电力解决方案的优化生成。总系统电力和冗余要求可与h桥电池线路转换器120的电力和数量成比例地缩放。此外，冗余电池线路130的优点在于，每个电池(131,132,133)可基于所测量的系统和电池参数单独充电和放电，这导致较少的热应力、较少的电池降额和老化。
31.附图中所示和上文所述的本公开的实施方案仅为示例性实施方案，并且并非旨在限制所附权利要求的范围，包括权利要求的范围内所包括的任何等同物。各种修改是可能的并且对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。旨在使本文所述的非相互排斥的特征的任何组合在本发明的范围内。即，所述实施方案的特征可与上述任何适当的方面组合，并且任何一个方面的任选特征可与任何其他适当的方面组合。类似地，从属权利要求中列出的特征可与其他从属权利要求的非相互排斥的特征组合，特别是在从属权利要求从属于同一独立权利要求的情况下。在一些要求单一权利要求从属项的司法管辖区内，可能已作为实践使用了这些从属项，但这不应视为意味着从属权利要求中的特征是相互排斥的。

技术特征：
1.一种用于向医学系统供应电力的系统，所述系统包括：主电源单元；h桥转换器，所述h桥转换器连接到所述主电源单元并且被配置为从所述主电源单元接收电力；至少一个电池线路，所述至少一个电池线路包括一个或多个电池，其中所述至少一个电池线路连接到所述h桥转换器，并且所述h桥转换器被配置为向所述一个或多个电池提供电力以用于对所述一个或多个电池进行充电；和输出，所述输出连接到所述h桥转换器并且被配置为通过所述h桥转换器向所述医学系统供应存储在所述一个或多个电池中的电力。2.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个开关，所述至少一个开关被配置为将所述一个或多个电池中的每一者连接到所述至少一个电池线路。3.根据权利要求1所述的系统，还包括通过电流监测设备连接到所述h桥转换器的微控制器，其中所述电流监测设备被配置为测量由所述一个或多个电池输出的电力的电流值，将所述电流值发送到所述微控制器，并且其中所述微控制器被配置为基于所述电流值来调节所述一个或多个电池的充电-放电。4.根据权利要求1所述的系统，其中当所述一个或多个电池被放电时，所述一个或多个电池与所述至少一个电池线路断开，并且其中所述系统还包括用于在不关闭所述医学系统的情况下向所述医学系统供应电力的至少一个不同电池。5.根据权利要求1所述的系统，其中当所述至少一个电池线路被放电时，所述至少一个电池线路与所述h桥转换器断开，并且其中所述系统还包括用于在不关闭所述医学系统的情况下向所述医学系统供应电力的至少一个附加电池线路。6.根据权利要求5所述的系统，还包括至少一个附加h桥转换器，所述至少一个附加h桥转换器连接到所述至少一个附加电池线路以向所述医学系统供应电力。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个电池为具有100wh的电力容量的锂离子电池。8.根据权利要求1所述的系统，其中连接到所述输出以向所述医学系统供应电力的所述一个或多个电池的数量基于所述医学系统的电力需求而变化。9.根据权利要求8所述的系统，其中当来自所述医学系统的所述电力需求增加时，连接到所述输出的所述一个或多个电池的所述数量增加，并且当来自所述医学系统的所述电力需求减少时，连接到所述输出的所述一个或多个电池的所述数量减少。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个电池并联连接在所述至少一个电池线路上。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述医学系统包括医学成像系统。12.一种医学系统，所述医学系统包括根据权利要求1至11中任一项所述的系统。13.一种用于通过使用根据权利要求1至11中任一项所述的系统向医学系统供应电力的方法。

技术总结
本发明提供了用于向医学成像系统供应电力的系统和方法。该系统包括用于提供输入电力的主电源单元。该系统还包括H桥转换器，该H桥转换器连接到主电源单元并且被配置为从主电源单元接收电力。该系统还包括至少一个电池线路，该至少一个电池线路包括一个或多个电池。该至少一个电池线路连接到H桥转换器，并且H桥转换器被配置为使用来自主电源单元的输入电力来对至少一个电池线路的一个或多个电池进行充电。该系统还包括输出，该输出连接到H桥转换器并且被配置为将存储在一个或多个电池中的电力供应到医学成像系统。的电力供应到医学成像系统。的电力供应到医学成像系统。


技术研发人员：马库斯
受保护的技术使用者：通用电气精准医疗有限责任公司
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2022/5/25