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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Röntgenaufnahmen von Korperorganen.
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der Röntgenstrahlen", Bd. 45, Heft 3, S. 334-339, Leipzig, März 1932). Bei diesem Verfahren müssen jedoch infolge der notwendigen sehr hohen Verstärkung besondere Vorkehrungen getroffen werden (Abschirmungen usw. ), um den Störspiegel niedrig zu halten, da sich bei allen Röntgenanlagen ja Wechsel- strom, meist sogar Hochspannung, im Augenblick des Schaltmomentes in der unmittelbaren Nähe des Patienten befindet. Da die Eingangsaktionsspannungen in der Grössenordnung von wenigen Millivolt sind, so wurden bereits Storspannungsspiegel von eben derselben Grösse das Arbeiten mit dem Gerät
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schwierig machen.
In einem ändern Falle wurde die Pulswelle mittels einer Manschette am Oberarm abgenommen und durch einen Schlauch auf einen Spiegel übertragen, der einen Lichtstrahl auf eine Selenzelle reflektiert, die über Verstärker und ein Relais die Einschaltung des Röntgenapparates auslöst (Einrichtung nach Cottenot, beschrieben in der genannten Literaturstelle, S. 338).
Dieses Verfahren von Cottenot weist jedoch zahlreiche Mängel auf, die seiner klinischen Verwendung im Wege stehen. Wenn man selbst annimmt, dass die Selenzelle nur ganz wenige Millimeter Ausdehnung hat, so müssen immerhin die Abmessungen so gewählt werden, dass der Lichtstrahl einen Weg von mindestens 20 mm beschreibt, um einen einigermassen definierten Punkt für die Belichtung, d. h. die Herstellung, zu erhalten. Wird nun beispielsweise eine Kompressionsmanschette mit 60 bis 70 mm Hq-Druek aufgepumpt, so beträgt die zusätzliche Druckänderung durch den Pulsschlag etwa 1-2 mm.
Diese 1-2 mm Druckdifferenz in der Membrane müssen nun einen Weg von etwa 20 mm, an der Selenzelle vorbei, ergeben. Ändert sieh aber der eingestellte Manschettendruck nur um 1-2 mm, also um nur ganz wenige Prozente, so wird der Lichtstrahl die Selenzelle überhaupt nicht mehr treffen, so dass es praktisch unmöglich ist, den Schwingungsnullpunkt auch nur kurze Zeit stabil zu halten, denn schon durch den Pumpvorgang selbst wird eine Reihe thermodynamiseher Vorgänge ausgelöst, die Druckunterschiede hervorrufen. Die komprimierte Luft ist etwas erwärmt und man kann deutlich ein Absinken des Druckes durch die Luftabkühlung in den nächsten Minuten feststellen. Diese Druckunterschiede machen oft mehrere Millimeter aus.
Nachher erfolgt die Anwärmung der in der Manschette enthaltenen Luft durch die Körperwärme, worauf wieder eine gewisse Druckzunahme erfolgt, bis sich nach längerer Zeit ein gewisser stationärer Zustand einstellt, der aber schon durch geringfügiges Muskelspiel, wie etwa Strecken oder Anziehen des Armes, gestört wird. Aus dem eben Gesagten geht hervor, dass es kaum möglich ist, den Sehwingungsnullpunkt auch nur kurze Zeit konstant zu halten. Den Erfindern ist es bekanntlich gelungen (österr.
Patentsehrift Nr. 150422), eine piezo-elektrische Ab- nahmeeinrichtung für den Pulssehlag zu sehaffens bei der langsam erfolgende Druekschwankungen (Nullinienverlagerungen) in der Kompressionsmansehette überhaupt nicht zur Wirkung gelangen und lediglich das rasche Anwachsen und Abklingen des Pulssehlagdruckes wirksam ist. Diese Einrichtung gestattet, die Expositionssteuerung durch den Pulsschlag mit vollem Erfolg durchzuführen. Bei den bekannten Verfahren bzw. Apparaturen mit Expositionssteuerung durch den Herzschlag muss die
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fällige Höchstleistungs-Röntgenanlagen nach wie vor erforderlich sind.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, das es ermöglicht, auch mit Röntgenapparaten mittlerer und selbst kleiner Leistung vollkommen einwandfreie, scharfe und durchexponierte Aufnahmen von Körperorganen, insbesondere auch von Herz und Lunge, herzustellen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss die erforderliche Gesamtexpositionszeit in mehrere kurze Teilexpositionen zerlegt die unmittelbar aufeinanderfolgen und die unter automatischer Steuerung der Strahlenemission der Röntgenröhre vom Herz aus stets in derselben Phase der Herzbewegung, z. B. in der diastolischen Pause, hintereinander durchgeführt werden.
Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die aber auch zur Herstellung von Einzelaufnahmen in einer bestimmten Bewegungsphase des Herzens verwendet werden kann und die durch Anwendung einer neuartigen, rein elektrischen Verzögerungssehaltung für Impulse eine sehr genaue Einstellung des Expositionszeitpunktes und der Expositionsdauer ermöglicht, wobei nur normale Einzelteile der Verstärker- und Fernmeldetechnik verwendet werden, so dass die Vorrichtung verhältnismässig billig herzustellen und vollständig betriebssicher ist.
Gegenstand einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner ein integrierender Zeitmesser, der unabhängig von der Zahl und der Dauer der Einzelexpositionen die Gesamtzeit der Expositionen aufnimmt und bei Erreichen einer bestimmten Gesamtexposition ein Signal einschaltet oder selbsttätig den Röntgenapparat abschaltet.
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Teilen :
I.
Einer Einrichtung zur Umwandlung der Herzbewegungen oder Pulsschläge in elektrische Impulse,
II. einem Verstärker zur Verstärkung dieser Impulse und Umwandlung derselben in Relaisspiele,
III. einer Einrichtung, um diese Relaisspiele mit einer beliebig und genau einstellbaren Verzögerung zur Änderung der Phasenlage auf einen Zeitsehalter für den Röntgenapparat zu übertragen (nachfolgend kurz"Phasenschieber"genannt), und
IV. der Mess- und Abschalteeinrichtung zur Aufnahme der Expositionszeit (Exposimeter).
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die Teile I und II den gleichartigen Elementen, die von den Anmeldern für ihren Pulsfrequenzmess-und Blutdruck- Kontrollapparat gemäss Patent Nr. 150422 bereits angegeben worden sind, aber im Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlicht waren. Das im Ausgang des Verstärkers II liegende Relais betätigt jedoch hier nicht oder nicht bloss den Impulsfrequenzmesser nach Patent Nr. 139637 der Erfinder, sondern den neuartigen Phasensehieber III und gegebenenfalls in weiterer Folge das Exposimeter IV. Gewünschtenfalls kann aber gleichzeitig mit dem Phasenschieber auch ein Puls-
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frequenzmesser betätigt werden.
Die Teile I und II könnten aber auch durch andere Einrichtungen ersetzt sein, die geeignet sind, ein Relais synchron mit der Herztätigkeit zu betätigen, z. B. die beim
Elektrokardiographen bekannte Anordnung, in welchem Falle jedoch sorgfältige Abschirmungsmass- nahmen erforderlich sind.
Die Pulsabnahme erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer an die Puls- ader am Handgelenk angelegten Kompressionsmanschette 1, die mittels des Gummiballes P aufgepumpt wird, wobei der Druck am Manometer M abgelesen werden kann. Der Druck und alle Druckschwan- kungen werden durch Gummisehläuehe und Rohrleitungen auf die Membrane 2 übertragen, die unmittel- bar auf ein piezo-elektrischen Kristall. 3 wirkt. Der Kristallhalter ist in einem Lagerbock L mit ziemlich erheblicher, einstellbarer Reibung schwenkbar gelagert. Die Zugfeder F sucht den Kristallhalter im
Gegensinne des Uhrzeigers zu verschwenken, so dass sich das Kristall.) stets an den auf der Membrane 2 befestigten Stift S anlegt.
Langsame Druckänderungen (Nullpunktsverlagerungen) veranlassen nur ein Verschwenken des Kristallhalters unter Überwindung der Lagerreibung, ohne dass sich die Durch- biegung des Kristalls ändert. Den Blutdruckpulsationen dagegen kann der Kristallhalter infolge der
Lagerreibung nicht folgen und diese verursachen elektrische Spannungen, die auf das Gitter der
Röhre 4 einwirken. Die Schraube T gestattet das Abheben des Kristalls vom Stift S, um Besehädi- gungen beim Transport zu vermeiden.
Die von dem Kristall bei jedem Pulsschlag erzeugten Spannungsstösse wirken unmittelbar auf das Gitter einer Verstärkerröhre 4, die in direkter Kopplung mit einer Ausgangspentode 5 verbunden ist. Im Anodenkreis dieser Pentode liegt das Pulsrelais 6. Die Ausgangspentode 5 ist als Richtvertärker geschaltet. Die notwendige Gittervorspannung für diese Röhre wird gleichzeitig mit der Gitter- vorspannung der ersten Röhre durch das Potentiometer 7 einreguliert, wobei der Anodenstrom am
Instrument 1 beobachtet werden kann. Die Anpdenspannungsversorgung erfolgt durch einen Glimm- lampenspannungsteiler 8, der z. B. über einen nicht dargestellten Gleichrichter üblicher Art aus dem
Wechselstromnetz mit Gleichstrom der angedeuteten Polarität gespeist wird.
Die Ausgangspentode 5 hat eine gesonderte Heizwicklung und in ihrem Kathodenkreis liegt ein Kathodenwiderstand 9, um den Verstärkungsgrad regulieren zu können. Mit dem Pulsrelais 6, dessen Anker bei jedem Pulsschlag angezogen wird, steht nun der Phasenschieber 111 in Verbindung. Dieser umfasst zunächst die beiden
Relais 10 und 11. Bei Kontaktschluss des Pulsrelais 6 wird ein normalerweise an einer Gleichspannung liegender Kondensator 12 durch das Relais 10 hindurch entladen, so dass dieses kurzzeitig anspricht.
Das Relais 10 ladet bei seiner kurzzeitigen Betätigung einen Kondensator 13 auf eine definierte Span- nung auf. Dieser bisnun geschilderte Vorgang geht zeitlich noch ohne merkliche Phasenverzögerung vor sich.
Der Zweck des Relais 10 ist der folgende : Unter Umständen würde genügen, dass die Ladung des Aufladungskondensators 7. 3 von dem Pulsrelais 6 selbst bewirkt wird. Nun aber erfolgt die Bewegung des Pulsrelais 6 nicht schlagartig, sondern kann unter Umständen 0'2-0'3 Sek. betragen. Solange das Pulsrelais 6 schliesst, wäre dann der Aufladungskondensator 13 unter volle Spannung gesetzt und seine Entladung könnte erst beginnen, wenn das Relais 6 abfällt. Die Zeitverzögerung würde dann erst mit dem Abfallen des Relais 6 beginnen und der Expositionsbeginn wäre von der Schliessungsdauer des Relais 6 abhängig.
Durch die Zwischenschaltung des Relais 10 wird erzielt, dass der Kondensator 13 immer nur für eine ganz kurze Zeitdauer an die Gleichspannungsquelle gelegt wird, u. zw. stets in dem Augenblick, in dem das Relais 6 schliesst.
Zur Erzielung der einstellbaren Zeitverzögerung liegt parallel zum Kondensator 13 der zweckmässig kleinere Kondensator 15, wobei der veränderliche Widerstand 14 zwischengeschaltet ist. Parallel zum Kondensator 15 liegt eine Glimmlampe 16, ein Thyratron oder eine andere Einrichtung, die erst nach Überschreiten einer ganz bestimmten Spannung stromdurehlässig wird.
Nachdem der Kondensator 1. 3 durch das Relais 10 kurzzeitig an Spannung gelegt worden ist, bleibt er sieh selbst überlassen und wirkt als Stromquelle. Seine Ladung fliesst über den Widerstand 14 zum Teil in den Kondensator 15, an dessen Klemmen die Spannung so lange ansteigt, bis die Glimmlampe 16 zündet und die der Ladung entsprechende Elektrizitätsmenge durch dieselbe und den Widerstand 17 abfliesst. Die Zeitdauer, die vom Ansprechen des Relais bis zur Zündung der Glimmlampe 16 verstreicht, ist, da die Ladespannung, die Zündspannung und die Kapazitäten konstant sind, nur von der Grösse des Widerstandes 14 abhängig. Diese Verzögerungszeit kann daher leicht innerhalb der gewünschten Grenzen eingestellt werden.
Der beim Zünden der Glimmlampe auftretende Spannungsstoss verursacht einen Spannungsabfall an dem Widerstand 17, der auf das Gitter der Pentode 18 übertragen wird. Dieses Gitter ist zweckmässig durch einen Kondensator blockiert und durch einen Ableitungswiderstand mit einem gegen die Kathode (Heizwieklung) negativ vorgespannten Punkt verbunden. Die Röhre 18 wird daher bei jedem Spiel des Relais 10 für eine ganz kurze Zeit, die um ein einstellbares Mass später liegt als das Ansprechen des Relais 10 und damit später als der Pulssehlag, stromdurchlässig.
Im Anodenkreis der Röhre 18 liegt das Relais 11, das mit seinem Kontaktpaar R den Röntgenapparat einschaltet. Zur Einstellung der Expositionsdauer ist dieses Relais durch den Kondensator 22 und den veränderlichen Widerstand 21 überbrückt. Je kleiner der Widerstand 21 eingestellt wird,
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Expositionszeit.
Am Federpaket des Relais 11 sind noch zwei weitere Schliesskontaktpaare vorgesehen. Das eine dieser Kontaktpaare bedient das später zu beschreibende Exposimeter IV, das andere schliesst bei jedem Anziehen des Relais 11, also bei jedem Zünden der Glimmlampe 16, den Kondensator. M über den Widerstand : 20 und den Kondensator 19 kurz. Dies ist aus folgendem Grunde notwendig :
Erfolgt Zündung der Glimmlampe 16, dann ist der Ladekondensator 7J noch nicht so weit
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könnte. Unter Umständen würden wiederholte Zündungen in immer grösser werdenden Zeitabschnitten aufeinanderfolgen.
Um dies zu verhindern, muss nach erfolgter einmaliger Zündung die Spannung des Ladekondensators 13 auf ein weit unter der Zündungsspannung der Glimmlampe 16 liegendes Mass herabgedrüekt werden. Dies geschieht eben durch Parallelschaltung des Kondensators 19 zum Lade- kondensator 13 über einen Schliesskontakt des Relais 11. Ein parallel zu diesem Kondensator geschalteter Widerstand 20 entlädt ihn in der Ruhepause. Auf diese Weise wird aber nicht nur die sonst unvermeid- liche Ziindungswiederholung vermieden, sondern gleichzeitig auch eine Zeitkompensation auf folgende Art bewirkt : Die bisnun beschriebene Anordnung gestattet, eine bestimmte zeitliche Verzögerung zu bewirken.
Würde die Anordnung so arbeiten, dass diese zeitliche Verzögerung ohne Rücksicht auf die Frequenz, mit der das Pulsrelais 6 arbeitet, immer gleich, also starr wäre, so würde man hei einer Änderung der Pulsfrequenz während der Exposition verschiedene Phasenlagen erhalten, denn die notwendige Phasenverschiebung, z. B. vom Pulssehlag bis zur Diastole, lässt sieh ja nicht im absoluten Zeitmass (Sekunden) ausdrücken, sondern nur als Prozentsatz der Zeitdauer eines Pulsschlages. Es soll also die Zeitverzögerung (in Sekunden gemessen) umso kleiner werden, je schneller die einzelnen Pulsschläge aufeinanderfolgen, d. h. je grösser die Pulsfrequenz ist.
Dies lässt sich nun, zum mindesten bis zu einem gewissen Grade, durch diesen Patallelschaltungskondensator 19 erzielen. Im Augenblick der Zündung wird der Ladekondensator auf die beschriebene Art teilweise entladen. In der nunmehr eintretenden Ruhepause beginnt der nun parallel an der Glimmlampe liegende Kondensator 15 sieh Über den Widerstand 14 zurückzuentla den und ladet den ursprung-
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zur Zeit des Stromstosses des Pulsrelais 6 wird daher von dem Entladungszustand, d. h. von der zur Entladung verfügbaren Zeit oder, mit ändern Worten, von der Pulsfrequenz abhängen.
Dementsprechend erfolgt automatisch eine sinngemässe Korrektur der zeitlichen Phasenverschiebung, da das Anfangspotential des Kondensators l-, uns so höher ist, je weniger Zeit zur Entladung zwischen den einzelnen Impulsen verfÜgbar ist.
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jeder Anziehung des Relais 11 für die Dauer der Exposition über den Widerstand : ! 4 an die Gleichstromquelle angeschaltet wird. Der Kondensator : 26 wird dabei jedesmal auf ein bestimmtes Potential aufgeladen, das bei konstanter Ladespannung ausser von der Grösse des Widerstandes 24 von der gesamten Zeitdauer der Exposition abhängig ist, da in den Expositionspausen die Spannung am Kondensator 26 liegen bleibt.
Parallel zum Kondensator 26 liegt die Glimmlampe,'75 in Serie mit dem Relais 23, dessen Schliessen das Kurzschliessen des Kondensators 26 und durch die Kontakte an. 1 das Einschalten eines optischen oder akustischen Signals oder das selbsttätige Abschalten des Röntgenapparates bewirkt.
Es ist ersichtlich, dass die Glimmlampe 2. erst zünden und daher das Relais 23 erst ansprechen kann, wenn die Spannung am Kondensator 26 die Zündspannung erreicht. Die Arbeitsweise dieser Glimm-
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dass der dort befindliche Arbeitswiderstand 17 durch das Relais,'2. ersetzt wird. Bis zur Erreichung dieses Zustandes müssen also umso zahlreichere und umso längere Expositionen durchgeführt werden, je grösser der Widerstand : ! 4 eingestellt worden ist.
Die Bedienung der Vorrichtung ist die denkbar einfachste : Sobald die Manschette 1 an den
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Röntgenapparat selbsttätig abgeschaltet wird. Einzustellen ist bloss der Widerstand je nach der gewünschten Schwärzung des Films, der Widerstand : 21 für die gewünschte oder mit Rücksicht auf die Schärfe zulässige Dauer der Einzelexposition und der Widerstand 14 für die optimale Phasenlage, die dann fast unabhängig von der Pulsfrequenz stets eingehalten wird.
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