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Röntgengerät
Röntgengeräte sind meist mit einer Vorrichtung zur Regelung der Spannung zwischen der Anode und der Kathode der Röntgenröhre (Röhrenspannung) versehen. Es sind Röntgengeräte bekannt, bei denen die wirksame Röhronspannung immer denselben Mittelwert behält, aber es handelt sich dabei meist um kleinere Geräte für bestimmte Anwendungen, wie z. B. Zahnheilkunde. Die Spannungsregelvorrichtung ermöglicht es, mit einem und demselben Röntgengerät verschiedene medizinische Untersuchungen vorzunehmen.
Bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen ist die Spannungsregelvorrichtung notwendig, wenn die erforderliche Röhrenspannung entsprechend der Art des zu photographierenden Objektes verschieden ist.
Für dicke Patienten ist eine höhere Spannung als für dünne Patienten erforderlich und man berücksichtigt bei der Wahl der Spannung auch die Strahlenabsorption, welche für verschiedene Körperteile nicht gleich ist.
Hat man die gewünschte Röhrenspannung bestimmt, so wird festgestellt, wie gross das Produktes Röhrenstromes und der Belichtungszeit, also die Ladung, sein muss, um eine bestimmte Schwärzung der photographischen Platte zu erzielen. Gewöhnlich werden mit einem Röntgengerät Tabellen oder Graphiken geliefert, aus denen die Einstellung der Belastungswerte für die meisten in der Praxis vorkommenden Untersuchungen, bei denen eine Röntgenaufnahme hergestellt werden muss, abgeleitet erden kann.
In einer solchen Graphik oder Tabelle sind nicht sämtliche Einzelheiten verarbeitet, welche die Strahlenabsorption eines Objektes beeinflussen können. Das Zusammenstellen sämtlicher Daten für jedes einzelne Objekt würde zu kostspielig werden und ausserdem zu einem wenig übersichtlichen und demnach schwer zu hantierenden Hilfsmittel führen. Man beschränkt sich daher auf die Angabe von Anweisungen für die am meisten vorkommenden Fälle. Dabei können mehrere Gruppen von Objekten unterschieden werden, für welche die erforderliche Energie zur Erzielung einer bestimmten Schwärzung der photographischen Platte und die günstigste Röhrenspannung, bei der die Aufnahmen hergestellt werden, wesentlich verschieden ist.
Als Beispiel von in verschiedenen Gruppen geordneten Objekten können der Scheitel, die Glieder, der Brustkorb und der Rumpf angesehen werden.
Es ist bekannt, dass die bei einem bestimmten Wert der Röhrenspannung (kV) und Ladung (mAs) erzielte Schwärzung konstant bleibt, wenn man dafür Sorge trägt, dass das Produkt kVPxmAs=konstantist.
Dabei hat der Exponent p einen Wert, der von. der Aufnahmetechnik, z. B. der direkten oder Schirmbildphotographie abhängig ist und sich zwischen 5 und 2 ändert. Der Einfluss einer Spannungsänderung auf die Schwärzung ist verhältnismässig gross. 1m Falle von direkter Photographie, für welche die höheren Werte gelten, ergibt sich, dass lljo Spannungserhöhung durch eine 50/0 mAs-Abnahme ausgeglichen werden muss, um die gleiche Schwärzung zu erzielen. Infolge der Unvollständigkeit einer Graphik oder Tabelle, in der nicht für sämtliche vorkommenden Fälle die günstigste Kombination von Röhrenspannung, Röhrenstrom und Belichtungszeit verzeichnet ist, hat man nicht die Sicherheit, dass immer die gewünschte Schwärzung erzielt wird.
Unter Gebrauchmachung des Einflusses von Spannungsänderungen auf die Schwärzung kann man den Nachteil einer fehlerhaften Einstellung dadurch herabsetzen, dass während der aus einer Tabelle entnommenen oder auf andere Weise bestimmten Belichtungszeit die Spannung von einem niedrigen auf einen höheren Wert als der Optimalwert geändert wird.
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Die Erfindung betrifft ein'Röntgengerät zur Herstellung von Aufnahmen, wobei während der Aufnahmedauer die Röhrenspannung selbsttätig erhöht wird. Nach der Erfindung ist eine Regeleinrichtung für die Röhrenspannung vorgesehen mit einem Stromabnehmer, der während der Aufnahme über eine Kontaktbahn bewegt wird und die Anfangs- sowie die Endlage des Stromabnehmers und gegebenenfalls die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt, frei wählbar sind. Bei dieser Ausbildung ist der Vorteil erzielt, dass die Höchstspannung und die Mindestspannung in Anbetracht des zu behandelnden Objektes gewählt werden können, so dass immer ein hinsichtlich der Art und Dicke des Objektes möglichst günstiger Spannungsbereich durchlaufen wird.
Die Zufügung einer oder mehrerer dieser Einstellmöglichkeiten ist für die einfache Bedienung des Gerätes nicht nachteilig, da die durchzuführenden Einstellungen weniger kritisch sind als das Bestimmen der richtigen Aufnahmespannung nach den üblichen Verfahren und nicht für Einzelfälle gemeint sind, sondern um auf Grund der steigenden Spannung mehrere Fälle in bestimmten Anwendungbereichen in Gruppen zusammenfassen zu können. Für sämtliche in einer Gruppe geordneten Fälle wird dann der gleiche Verlauf der Röhrenspannung angewendet, wobei für das mAs-Produkt der vorgeschriebene Wert gewählt wird.
In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsformen dargestellt, bei denen die Erfindung angewendet ist und die in nachfolgender Beschreibung besprochen werden.
Fig. l ist eine schematische Darstellung einer Schaltung eines Röntgengerätes mit elektromechani-
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in Fig. 2 verwendbar ist.
Im Schaltbild nach Fig. 1 ist die Röntgenröhre 1 dadurch mit dem Hochspannungstransformator 2 ver- bunden, dass die Anode 3 mit der einen Klemme der Sekundärwicklung 4 und die Kathode 5 mit der an- dern Klemme verbunden ist. Die Kathode 5 ist gleichzeitig an die Sekundärwicklung 6 des Transforma- tors 7 angeschlossen, der den Glühstrom für die Kathode 5 liefert.
Die Primärwicklung 8 des Hochspannungstransformators 2 erhält Spannung vom Regeltransformator 9.
Der Transformator 9 ist über den Hauptschalter 12 an die Netzspannungsklemmen 10 und 11 angeschlossen.
Das Schema enthält nur die notwendigen Elemente, zu welchen eine Zeitschaltvorrichtung gehört.
Diese kann ein mechanisch oder elektrisch arbeitender Zeitschalter sein, der auf eine bestimmte Belich- tungsdauer einstellbar ist ; auch ist eine Vorrichtung mit selbsttätiger Zeitbegrenzung verwendbar. Eine
Vorrichtung der zuletzt genannten Art ist in der Zeichnung dargestellt. Sie besitzt eine Photozelle 13, die für Röntgenstrahlen empfindlich oder mit einem Leuchtschirm versehen ist, der die Röntgenstrahlen in sichtbares Licht umwandelt. Mit der Photozelle 13 ist eine Stromquelle 14 und ein Widerstand 15 in
Reihe geschaltet. Der Strom durch den Widerstand 15 wird durch den inneren Widerstand der Photozelle bedingt, der bei geringer Intensität der auffallenden Strahlung gross ist und bei Zunahme der Strahlungs- intensität abnimmt. Die Spannung am Widerstand 15 ändert sich in umgekehrtem Sinne und dient für die
Aufladung des Kondensators 16.
Die Aufladespannnng des Kondensators 16 ist proportional zur Strahlen- dosis und dient als Mass für die Schwärzung der photographischen Platte, die bei der Herstellung von Auf- nahmen mit der Röntgenröhre, ebenso wie das Objekt, zwischen der Photozelle und der Röntgenröhre an- geordnet ist. Die Spannung am Kondensator 16 wird dem Steuergitter 17 der Elektronenentladungsröhre 18 zugeführt und beeinflusst die Stärke des Elektronenstromes, der in dieser Röhre zwischen der Anode 19 und der Kathode 20 wirksam ist. Im Anodenkreis befindet sich die Spule 21 eines elektromagnetischen Relais und eine Spannungsquelle 22. Die Anodenzuleitung weist eine Unterbrechung auf, die mittels des Druck- tastenschalters 23 überbrückt werden kann.
Bevor die Aufnahme anfängt, ist der Kondensator 16 spannungslos. Das Gitter 17 hat Kathodenpoten- tial, so dass nach dem Eindrücken des Tastenschalters 23 ein Anodenstrom fliesst. Dieser erregt die Spule 21 des elektromagnetischen Relais, wodurch sich der SchÅalter 24 schliesst. Bevor man den Tastenschal- ter 23 betätigt, wird der Hauptschalter 12 geschlossen und der Primärwicklung 25 des Glühstromtransfor- mators 7 Spannung zugeführt. Die Glühkathode 5 der Röntgenröhre 1 wird dadurch erhitzt. Durch das
Schliessen des Schalters 24 erhält der Hochspannungstransformator 2 Spannung und die Röntgenröhre 1 wird in Betrieb gesetzt.
Die Spannungsquelle 14 lädt den Kondensator 16 auf, so dass das Potential des Git- ters 17 der Entladungsröhre 18 sich in negativem Sinne gegenüber der Kathode 20 ändert und nach einem gewissen Zeitverlauf der Anodenstrom auf einen so geringen Wert abfällt, dass die Relaisspule 21 den
Schalter 24 loslässt. Das Öffnen dieses Schalters unterbricht die Stromzuführung zur Röntgenröhre und be- endet die Aufnahme.
Während der Aufnahme wird die Spannung zwischen der Anode 3 und der Kathode 5 der Röntgenröh- ! re l mittels des Regelwiderstandes 26 erhöht. Dieser besteht aus einem ringförmigen Körper, auf dem ein
Widerstandsdraht aufgewickelt ist. Der Gleitkontakt 27 wird von einer Welle bewegt, die kontinuierlich
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umläuft und vom Elektromotor 29 angetrieben wird, welcher durch das Schliessen des Hauptschalters 12 in Betrieb gesetzt wurde. Die Drehwelle 30 des Gleitkontaktes 27 und die Welle 28 des Motors sind mittels einer Reibungskupplung 31 miteinander verbunden.
Längs des Umfanges des Regelwiderstandes 26 sind zwei Anschläge 32 und 33 angeordnet, die den Gleitkontakt 27 sperren können, aber auch aus der Strecke des Gleitkontaktes entfernt werden können.
Der Anschlag 32 am Anfang der Widerstandsstrecke ist ein Stift, der durch Erregung einer Magnetwicklung 34 aus der Nähe des Widerstandes 26 entfernt werden kann. Die Erregung der Wicklung 34 erfolgt, wenn sich der magnetische Schalter 24 schliesst, also beim Inbetriebsetzen der Röntgenröhre 1. Durch das Zurückziehen des Stiftes wird der Gleitkontakt 27 von der kontinuierlich umlaufenden Welle 28 über die Kupplung 31 mitgenommen und er bewegt sich längs des Widerstandes 26 zum andern Ende. Der Widerstand im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators wird daher allmählich herabgesetzt und schliesslich völlig kurzgeschlossen.
An der Stelle, wo der Widerstand endet, befindet sich der zweite Anschlag 33. Dieser wird auf andere Weise als der erste Anschlag bedient. Bei Erregung der Spule 35 sperrt der Anschlag 33 die Bewegung des Gleitkontaktes 27 und wenn die Erregung verschwindet, wird die Bewegung des Gleitkontaktes ausgelöst. Die Spulen der beiden Anschläge sind parallel geschaltet. Beim Inbetriebsetzen der Röntgenröhre 1, wenn der Gleitkontakt 27 seine Bewegung längs der Widerstandsstrecke anfängt, ist die Röhrenspannung niedrig. Sie nimmt regelmässig zu, je nachdem die Bewegung des Gleitkontaktes fortschreitet. Schliesslich, wenn der zweite Anschlag 33 erreicht ist, hat die Röhrenspannung ihren Höchstwert. Es ist möglich, dass inzwischen der photoelektrische Zeitschalter in Wirkung getreten ist und der Schalter 24 den Strom unterbrochen hat.
Der Gleitkontakt 27 passiert dann den zweiten Anschlag 33, der, da die Erregung der Spule 35 beseitigt wurde, zurückgezogen ist, und kommt am ersten Anschlag 32 zur Anlage, wodurch der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt ist und eine neue Aufnahme hergestellt werden kann.
Mit einem auf die obenbeschriebene Weise eingerichteten Röntgengerät kann grundsätzlich jede be- liebige Aufnahme hergestellt werden, wobei keine anderen Handlungen durchgeführt werden als das Eindrücken und das Eingedrückthalten des Druckschalters 23. Die Belichtungszeit wird selbsttätig geregelt.
Für dünne und wenig strahlenabsorbierende Objekte wird die erforderliche Strahlendosis zum Herbeiführen der gewünschten Schwärzung der photographischen Platte schneller erzielt als wenn eine Aufnahme eines wegen seiner grösseren Dicke mehr strahlenabsorbierenden Objektes hergestellt wird. Zur Erzielung einer bestimmten Schwärzung ist in letzterem Falle die bei der niedrigen Spannung erzielte Strahlung wertlos. Diese Strahlung erhöht also unnötig die Hautdosis und es ist daher erwünscht, sie zu vermeiden.
Zu diesem Zweck weist das Gerät nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Spannung zwischen der Anode 3 und der Kathode 5 der Röntgenröhre 1, bei der die Aufnahme anfängt, einstellbar ist. Dazu ist der Anschlag 32, der den Gleitkontakt 27 in der Anfangslage sperrt, längs des Umfanges des Regelwiderstandes 26 gemäss dem Pfeil 36 in Richtung des Gleitkontaktes 27 beweglich. Hat man eine neue Einstellung des Anschlages gewählt, so bewegt sich der Gleitkontakt 27 nach dem Inbetriebsetzen des Antriebmotors 29, also sobald der Hauptschalter 12 geschlossen wird, zur Stelle, wo sich der Anschlag 32 befindet, wobei der zwischen dem Anschluss des Stromzuleitungsdrahtes und dem Anschlag 32 liegende Widerstandsteil kurzgeschlossen wird.
Der Teil des Widerstandes, der eingeschaltet bleibt, ist dann kleiner, so dass mit einer höheren Beginnspannung angefangen wird.
Weiterhin ist die Begrenzung der Verschiebung des Gleitkontaktes 27 einstellbar, um die Zunahme der Röhrenspannung auf einen niedrigeren als den Scheitelwert zu beschränken. Zu diesem Zweck ist der Anschlag 33, am Ende des Widerstandes 26, gemäss dem Pfeil 37 entgegengesetzt zum Drehsinn des Gleitkontaktes 27 längs des Umfanges des Widerstandes 26 beweglich. Der Anschlag 33 sperrt dann den Gleitkontakt 27, bevor dieser den ganzen Umlauf vollführt hat, und ein Teil des Widerstandes 26 bleibt eingeschaltet.
Im vorhergehenden wurde die Stromstärke, mit der die Röntgenröhre belastet wird, ausser Betracht gelassen. Da die Stromstärke u. a. die Belichtungszeit bedingt, kann es in gewissen Fällen von Bedeutung sein, die Geschwindigkeit der Spannungszunahme regeln zu können, Diese wird erreicht durch Änderung der Drehgeschwindigkeit des den Gleitkontakt antreibenden Elektromotors 29.
Der im vorhergehenden erwähnte Regelwiderstand 26 mit umlaufendem Stromabnehmer 27 kann auch als Zeitbegrenzer eingerichtet sein, wenn von der Einteilung der Objektgruppen gemäss den in der Praxis üblichen Belichtungszeiten Gebrauch gemacht wird. Um eine Bewegungsunschärfe zu vermeiden. muss die Belichtungszeit sehr kurz sein, in andern Fällen, in denen keine beweglichen Teile vorhanden sind, kann die Belichtungszeit länger sein, wobei manchmal lange belichtet werden muss, wenn die erforderliche Ladung gross ist und die Stromstärke durch die Röntgenröhre einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf.
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Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist das Drehpotentiometer gleichzeitig als Schaltelement zur Beendigung der Belichtungszeit eingerichtet. Der Widerstand 26 liegt in Reihe mit der Primärwicklung 8 des Hochspannungstransformators 2, dessen Sekundärwicklung 4 mit der Anode 3 und der Kathode 5 der Rönt- genröhre 1 verbunden ist.
Nachdem der Hauptschalter 12 geschlossen ist, steht der Autotransformator 9 unter Spannung. Die Stromzuführung zur Primärwicklung 8 des Hochspannungstransformators 2 bleibt unterbrochen, solange der elektromagnetische Schalter 59 geöffnet ist. Für die Bedienung dieses Schalters dient die Erregerwicklung 64. Der Speisestrom des Relais fliesst über zwei Kontaktvorrichtungen 63 und 65, die in Reihe geschaltet sind und von denen die Kontaktvorrichtung 63 zum Einschalten des Erregerstromes und die Kontaktrichtung 65 zum Ausschalten dieses Stromes dient. Auf der Welle des Drehwiderstandes ist der Stromabnehmer 27 angebracht, der gleichzeitig als Schaltarm ausgebildet ist.
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Kontakte 61 und 62 der Kontaktvorrichtung 63 geöffnet, so dass der Stromkreis der Relaiswicklung 64 unterbrochen ist.
Das Inbetriebsetzen der Röntgenröhre 1 erfolgt durch Inbetriebsetzen des Elektromotors 66, der'die Welle 60 des Dreharmes 27 antreibt. Der Motor fängt durch das Schliessen des Druckschalter 67 zu laufen an. Der Stromabnehmer 27, der gleichzeitig Schaltarm ist, wird von der umlaufenden Welle 60 mitgenommen, so dass sich die Kontakte 61 und 62 der Kontaktvorrichtung 63 schliessen und die Relaiswicklung 64 erregt wird. Letztere schliesst den Schalter 59 und demnach den Speisestromkreis für die Röntgenröhre 1.
Nachdem der Kontaktarm 27 den ganzen Widerstand 26 durchlaufen hat, werden die Kontakte 68 und 69 der Kontaktvorrichtung 65 geöffnet und der Strom durch die Relaiswicklung 64 unterbrochen, so
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jektgruppen dient eine Regelung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 66, z. B. eine Dreistufenre- gelung, wobei der Stromabnehmer in 0, 3, 1, 5 und 10 sec sich vom Anfang zum Endpunkt des Widerstan- des bewegt. Der Antrieb der Welle 60 des Stromabnehmers mittels des Elektromotors 66 erfolgt dazu über einen Geschwindigkeitsregler 70.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Belichtungszeit besteht darin, dass man die Endkontakt- vorrichtung 65 längs des Umfanges des Widerstandes beweglich anordnet. Dies kann mit der Verwendung von Geschwindigkeitsstufen kombiniert werden, so dass man in jeder dieser Stufen kürzere Belichtungszei- ten wählen kann als die, welche zum Durchlaufen des ganzen Widerstandes notwendig sind. Dadurch ver- ringert sich gleichzeitig die Spannungszunahme an der Röntgenröhre. Um bei dieser kürzeren Belichtungs- zeit und weniger hoch ansteigenden Spannung, wobei die mittlere Höhenspannung geringer ist, dennoch die gleiche Schwärzung der photographischen Platte zu erzielen, muss der Röhrenstrom erhöht werden.
Eine selbsttätige Regelung des Röhrenstromes kann dadurch erzielt werden, dass die verschiebbare Kontakt- vorrichtung 65 mit der Einstellvorrichtung 71 für den Glühstrom der Röntgenröhre gekuppelt wird.
Wenn der Stromabnehmer nicht gleichzeitig als Schaltarm arbeitet, sondern ein getrennter Arm 72 die Kontaktvorrichtungen 63 und 65 bedient, entsteht die Möglichkeit, die Zunahme der Röhrenspannung und die Belichtungszeit getrennt zu regeln. In Fig. 3 ist der Schaltarm 72 als getrennter Dreharm auf der
Welle 60 des Potentiometers 26 angeordnet. Das Potentiometer 26 wird von einem Träger 73 aus Isoliermaterial unterstützt. Am Träger 73 ist auch mittels einer Unterstützung 74 die Kontaktvorrichtung 63 be- festigt. Auf der Welle ist weiterhin der Stromabnehmer 27 angeordnet. Der Stromabnehmer 27 und der
Schaltarm 72 sind zwischen Druckp1 ttchen 75 eingeklemmt, so dass sie beim Umlaufen der Welle 60 durch Reibung mitgenommen werden ; sie können aber auch während der Drehung der Welle gesperrt wer- den.
Zum Sperren des Stromabnehmers dient ein Anschlag 76, der am Träger 73 des Widerstandskörpers 26 drehbar befestigt ist. Die Stelle, an der die Bewegung des Stromabnehmers endet, ist dadurch einstellbar.
Wenn der Schaltarm 72 dann noch nicht den Ausschaltkontakt 65 erreicht hat, setzt er seine Drehung fort und es wird der Röntgenröhre während des Teiles der Strecke, den der Schaltarm 72 beschreibt, nachdem die Bewegung des Stromabnehmers 27 gesperrt worden ist, eine konstant bleibende Röhrenspannung zuge- führt. Um die Kontaktvorrichtung 65 verschieben zu können, ist sie mittels des Stützorganes 77 drehbar am Träger 73 befestigt.
Nach der Herstellung einer Aufnahme werden der Stromabnehmer 27 und der Schaltarm 72 in die
Anfangslage zurückgedreht. Die Unterstützung 74 für die Kontaktvorrichtung 63 kann längs des Umfanges des Trägers 73 beweglich befestigt sein, so dass die Röhrenspannung, bei der die Aufnahme anfängt, sich einstellen lässt.