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BEZUGNAHME AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der am 20. Mai 2003 eingereichten
französischen
Patentanmeldung 03 50162, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme
aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Zuführen von
Energie zu einem Element einer Strahlungsquelle gerichtet. Im Besonderen
ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Zuführen von Energie
zu einem Heizfaden einer Kathode einer Röntgenröhre gerichtet. Die Erfindung
kann in der Medizin, insbesondere für Gefäßanwendungen, benutzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf die mit Röntgenröhren erzeugte Bildqualität gerichtet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Röntgenröhre selbst.
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Für die Erfassung
eines Radiologiebildes wird ein Gegenstand, wie ein Körper eines
Patienten, der Bestrahlung mittels Röntgenstrahlen ausgesetzt, die
durch den Gegenstand hindurchgehen und darin teilweise geschwächt werden,
wobei die verbliebene Bestrahlung durch einen Detektor, d.h., einen
Film oder einen elektronischen Detektor, nachgewiesen wird. Anstelle
fester Röntgenquellen
werden Elektronenröhren,
die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
in der Lage sind, als Strahlungsquelle eingesetzt. Elektronenröhren sind
bei ihrer Verwendung flexibler. Elektronenröhren können dazu benutzt werden, die
Härte der
erzeugten Röntgenstrahlen
(mit Bezug auf ihre Energie und somit die Frequenz der Photonenstrahlung)
und die Abgaberate der erzeugten Röntgenstrahlen zu bestimmen.
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Die
Abgaberate der Röntgenstrahlen
wird als eine Funktion der Resultate der Messungen ausgewählt, die
mittels einer Integration der gesammelten Energie am Detektor entwickelt
sind. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist die erforderliche
Abgaberate, damit ein signifikanter Teil der Röntgenstrahlen den Detektor erreicht,
um so größer, je
größer der
Gegenstand ist. Da der Detekor einen Energie-bezogenen dynamischen Bereich
für die
Entwicklung von Resultaten hat, sollte die mittlere Menge der vom
Detektor empfangenen Energie pro Oberflächenelement in der Mitte dieses
dynamischen Bereiches (oder bei einem erwarteten Wert) angeordnet
sein, sodass der Bildkontrast so wirksam wie möglich verteilt ist. Ist die
gesammelte Energie exzessiv stark, dann ist der Detektor gesättigt und
es gibt einen Kontrastverlust für
die transparenten Teile des Gegenstandes. Ist, im Gegensatz dazu,
die empfangene Energie zu schwach, dann ist der Detektor unterexponiert
und es gibt einen Kontrastverlust für die dicksten Teile des Gegenstandes.
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Die
Härte der
Röntgenstrahlen
wird hauptsächlich
durch die Hochspannung zwischen einer Anode und einer Kathode der
Röhre kontrolliert,
während
die Abgaberate der Röntgenstrahlen
hauptsächlich
vom Heizstrom der Anode abhängt.
Die an der Kathode freigesetzten harten Elektroden treffen die Anode
mit besonders hohen Geschwindigkeiten, wenn die Hochspannung erhöht wird.
Dieses Treffen der Anode führt
zur Produktion von Röntgenstrahlen
hoher Energie. Gleichzeitig hängt
die Anzahl der Elektronen, die von der Kathode zur Projektion auf
die Anode freigesetzt werden kann, im Besonderen vom Anregungszustand
der Kathode ab, der von ihrem thermischen Zustand abhängt.
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Schließlich ist
die Fließrate
des Röhrenstromes,
die in direkter Beziehung zur Röntgenstrahl-Abgaberate
steht, mit der Temperatur der Röhre
verknüpft.
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Die
Erfassung eines Radiographiebildes und allgemeiner eine radiolische
Untersuchung erfordert daher nach der Anordnung eines Gegenstandes,
wie eines Patienten, in einer Zwischenposition zwischen der Röhre und
dem Detektor, dass die Röhre
Strahlung während
der Exposition aussendet. Die Dauer der Exposition ist ein anderer
Vervielfältigungsfaktor
der Energieansammlung, die durch den Detektor nachgewiesen wird.
Aus Gründen
des außerordentlich
raschen Verschleißes
und Reißens
der Kathode durch die spontane Freisetzung von Elektronen gibt es
bekannte Wege, die Kathode nur zu erhitzen, wenn sie emittieren
soll. In den Praxis kann man die Kathode weit unterhalb der hohen
Temperatur (um 4.000°K),
die die Betriebstemperatur ist, halten.
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Der
Pulsbetrieb, dem die Röhre
ausgesetzt ist, ist verbunden mit einer Schwierigkeit mit Bezug
auf die Zeitkonstante des thermischen Erhitzens der Kathode. Diese
Schwierigkeit verzögert
das Einstellen der Röhre auf
ihre Temperatur. Eine Kathode würde
bei einer sehr tiefen Temperatur einen außerordentlich schwachen Röhrenstrom
aussenden und für
eine gegebene Bestrahlungsdauer würde sich die angesammelte Energie
der emittierten Röntgenstrahlen
von der erwarteten angesammelten Energie unterscheiden.
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Um
dieses Problem zu überwinden,
gibt es einen bekannten Weg des Vorerhitzens der Kathode vor dem
Emissionsimpuls, sodass sie ihre Betriebstemperatur erreicht. Dieses
Vorerhitzen ist jedoch recht langsam und erfordert etwa vier bis
fünf Sekunden.
Eine solche Langsamkeit ist natürlich
auf gewissen Gebieten, insbesondere bei der Gefäßuntersuchung, unakzeptabel,
bei der ein Kontrastpro dukt zur gleichen Zeit in das Blut des Patienten
geschickt wird, zu der die radiographische Bestrahlung des Arterien-
und Venen-Verteilungssystems erfolgt. Dieses Kontrastmittel breitet
sich im Blut in Form einer Welle aus, die durch den Herzschlag gebildet
wird. In anderen Worten, der verbesserte Kontrast ist nur für eine Dauer
nahe einer Sekunde vorübergehend
sichtbar und zu einem Zeitpunkt, der ein statistischer Zeitpunkt
ist und in Beziehung zum Injektions-Zeitpunkt steht und in jedem
Falle wenig Verträglichkeit
mit der Warteperiode von vier oder fünf Sekunden hat.
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Um
dieses Problem zu überwinden,
gibt es bekannte Wege des Überganges
vom Wert eines elektrischen Haltestromes (der das Halten der Kathodenheizung
ermöglicht)
zu einem Betriebsstrom (der einer erwarteten Röntgenstrahlenabgaberate entspricht)
mittels eines Kurzzeit-Impulses,
der dem Heizstrom einen verstärkten
Stromwert gibt. Für
ein und die gleiche thermische Zeitkonstante ist dann die Entwicklung
der Kathodentemperatur beträchtlich
kürzer.
Nach einer kalibrierten Dauer dieses Verstärkungsstromes, die im Allgemeinen
400 ms beträgt,
ist der Heizstrom der Kathode auf einen Betriebswert gebracht. Dieser
Betriebswert liegt zwischen dem Wert des Haltestromes und dem Wert
des Verstärkungsstromes.
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Im
Allgemeinen kann am Ende einer nachfolgenden Stabilisierungs-Periode,
die in einem Beispiel selbst 400 ms beträgt, die Bestrahlung richtig
ausgeführt
werden. Diese Bestrahlung, die von der benutzten Röhrentechnologie
abhängt,
kann entweder durch das Schalten der Hochspannung zwischen Anode
und Kathode oder das Schalten einer Spannung des Steuergitters zwischen
der Kathode und der Anode beschleunigt werden. Ein solches Herangehen
ergibt gute Resultate, in jedem Falle bessere Resultate als solche,
die erhalten werden, wenn der temporäre Verstärkungsstrom nicht angewendet
wird.
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Moderne
Anforderungen hinsichtlich der Kontrolle der Abgaberate sind jedoch
weit größer. Im
Besonderen sollte die mittlere Abgaberate der Röhre während des Impulses innerhalb
eines Fensters von ±10%
um einen erwarteten Mittelwert herum gehalten werden. Es wurde realisiert,
dass trotz des Verstärkungsstromes größere Abweichungen
auftreten, und dass der Röhrenstrom
nicht mit der gewünschten
Genauigkeit kontrolliert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist auf das Überwinden
dieses Problems gerichtet. Es wurde durch Messungen festgestellt,
dass der Verstärkungsstrom
nicht einmal und immer hinsichtlich Wert und Dauer zu benutzen ist,
sondern dass er von dem zu erhaltenden Betriebsstrom (dem Strom,
bei dem die Betriebstemperatur der Kathode zu stabilisieren ist)
abhängen
sollte, und dass der Verstärkungsstrom
eine Funktion des Haltestromes vor dem Verstärkungsstrom sein sollte. Das
Antreiben und Kontrollieren des Wertes des Verstärkungsstromes (in einem Beispiel
für eine
gegebene Dauer des Verstärkungsstromes)
hat es dann ermöglicht,
sicherzustellen, dass der mittlere Strom der Röhre während der brauchbaren Röntgenbestrahlung
in einem Fenster von ±1,5%
des erwarteten Stromes enthalten ist, nämlich eines Wertes, der vollständig gemäß den Erwartungen
ist.
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In
einer Ausführungsform
wurde, statt der Benutzung empirischer Verfahren und des Tabulierens
des Wertes des Verstärkungsstromes
als eine Funktion des Haltestromes und des Betriebsstromes, ein
besonders einfaches analytisches Modell benutzt. Dieses Modell gestattet
die präzise
Berechnung und hat den Vorteil der Übertragbarkeit von einer Röhre zur
anderen. Von einer Röntgenröhre zur
anderen resultieren nämlich,
selbst für
das gleiche Modell, Unterschiede in der Natur in unterschiedlichen
Verhaltensformen, die nicht länger
die oben vorgesehene Toleranz ermöglichen. Statt einer Kartierung
der verschiedenen Verhaltensformen jeder Röhre, kann eine relativ einfache
Reihe von Experimenten die Parameter des Modelles bestimmen, die
die Röhre
betreffen. Die Parameter des Modelles einer Röhre sind richtig für diese
Röhre.
Das Modell ist gemeinsam für
alle die Röhren.
Dieses Ver fahren löst
ein Problem der Genauigkeit bei der Verwendung der Röntgenröhre und
ein Problem der Anwendung im industriellen Maßstab, bei der Abweichungen
zwischen den Röhren berücksichtigt
werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist auf ein Verfahren des Zuführens von Energie zu einem
Heizelement einer Strahlungsquelle vor der Emission gerichtet: Erhitzen
des Elementes auf eine Heiztemperatur mittels eines Heizstromes,
dessen Intensität
einen Haltewert hat, Aussetzen des Heizelementes einem Verstärken des
Heizstromes während
einer Periode, die der Emission vorausgeht, und nach dieser Periode
Aussetzen des Heizelementes einem Strom, dessen Intensität einen
Zwischenwert zwischen dem Haltewert und dem Wert des Verstärkungsstromes
hat, wobei der Wert des Verstärkungsstromes,
Emission für
Emission, als eine Funktion des Haltewertes und des Zwischenwertes
bestimmt wird.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist auf eine Strahlungsquelle mit einer Kathode mit
einem Heizelement, einer Anode, einer Einrichtung zum Zuführen von
Energie zu dem Element, einer Einrichtung zum Heizen des Elementes
auf eine Haltetemperatur, deren Intensität einen Haltewert hat, um das
Heizelement einer Verstärkung
des Heizstromes während
einer einer Emission vorausgehenden Periode auszusetzen, und nach
dieser Periode das Heizelement einem Strom auszusetzen, dessen Intensität einen
Zwischenwert zwischen dem Haltewert und dem Wert des Verstärkungsstromes
hat, und eine Einrichtung zum Bestimmen des Wertes des Verstärkungsstromes,
Emission für
Emission, als eine Funktion des Haltewertes und des Zwischenwertes.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
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Die
Erfindung und deren Ausführungsformen
werden deutlicher aufgrund der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
verstanden werden. Diese Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und
beschränken
in keiner Weise den Umfang der Erfindung. Diese Figuren zeigen:
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1 eine schematische Ansicht
einer Röntgenröhre, die
zum Ausführen
des Verfahrens benutzt werden kann,
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2 eine schematische Ansicht
der Stufen des Vorerhitzens und Überhitzens
der Kathode, wenn eine Emission auftritt,
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3 das Prinzip der Feststellung
der Einstellungs-Parameter und, nachdem diese Parameter bekannt
sind, das Prinzip der Einstellung der Röntgenröhren, um die erwartete Emission
zu erhalten, und
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4 bis 8 graphische Darstellungen, die dazu
benutzt werden, das Verfahren besser zu erklären.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Röntgenröhre 1,
die zur Ausführung
einer Ausführungsform
des Verfahrens benutzt werden kann. Röhre 1 umfasst eine
Kathode 2 und eine Anode 3, z.B. des Rotationstyps.
Die Kathode 2 ist entweder eine direkte Kathode oder eine
indirekte Kathode. Sie wird durch ihr Heizelement repräsentiert.
Werden die Kathode und die Anode einer hohen Spannung mit Bezug
aufeinander ausgesetzt, dann emittiert Kathode 2 Elektronen
mit hoher Geschwindigkeit, die beim Treffen auf ein Target der Anode 3 die
Emssion von Röntgenstrahlen 4 durch
die Anode bewirken, die zur Ausführung
einer Radiographie, insbesondere auf medizinischem Gebiet, benutzt
werden. Die Röhre 1 umfasst
eine Kontroll- bzw. Regeleinrichtung 5, die durch einen
Mikroprozessor 6 gebildet wird, der durch eine Adress-,
Daten- und Regel-Sammelschiene 7 mit einem Eingabe/Ausgabe-Interface 8,
einem Programmspeicher 9 und einem Datenspeicher 10 verbunden
ist. Das Eingabe/Ausgabe-Interface 8 ist zum Empfang von
Anweisungen von einem (nicht gezeigten) Mann-Maschine-Interface
vorgesehen, das zum Diktieren eines erwünschten Betriebes der Röhre 1 benutzt
werden kann. Ein im Speicher 9 enthaltenes Programm 11 wird
zur Ausführung
einer Reihe von Operationen durch den Mikroprozessor 6 benutzt,
sodass die Röntgenstrahlen 4 strikt
auf einen erwarteten Wert festgelegt sind.
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Auf
dem Gebiet der Gefäß-Radiographie
(2), z.B., ist der Halte-Heizstrom
ich0 permanent an das Ein gabe/Ausgabe-Interface 8 gelegt,
um dem Glühfaden 2 der
Kathode Leistung bzw. Energie zuzuführen. 2 gibt unter dem Zeitdiagramm des Heizstromes
eine Ansicht einer graphischen Darstellung der Temperatur θ der Kathode.
Unter der graphischen θ-Darstellung
zeigt die Figur den Röhrenstrom
i, der auch als Anodenstrom bekannt ist, der direkt die Abgaberate
der Röntgenstrahlen 4 repräsentiert.
Vor einer Exposition 12, während der die Bestrahlung ausgeführt wird,
wird die Kathode 2 in einer bekannten Weise durch einen
Verstärkungsstrom
ib für
eine gegebene Dauer 13 vorerhitzt, die in einem Beispiel
gleich 400 ms ist. Unten in der Erläuterung wird diese beispielhafte
Dauer von 400 ms ausgewählt.
Danach wird jedoch gezeigt, wie es speziell mit dem Modell möglich ist,
eine andere Dauer auszuwählen.
Die Dauer von 400 ms ist jedoch eine bevorzugte Dauer, weil sie
einer normalen Belastung der Kathode 2 entspricht.
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Nach
der Periode 13, während
der der Verstärkungsstrom
angewendet wird, ist es möglich,
die Bestrahlung 12 auszuführen. Im Stande der Technik
ist es jedoch bevorzugt, auf eine Stabilisierungsperiode 14 zu
warten, die, in einem Beispiel, ebenfalls gleich 400 Millisekunden
ist, bevor man die Bestrahlung 12 ausführt. In einer Ausführungsform
der Erfindung ist es möglich,
dass eine solche Dauer 14 nicht obligatorisch ist. Während der
Stabilisierungsperiode 14 und während der Bestrahlungsperiode 12 ist
der Kathodenstrom ip ein Strom mit einem Zwischenwert zwischen dem
Wert ich0 des Haltestromes und dem Wert ib des Verstärkungsstromes.
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2 gibt auch eine schematische
Ansicht der Brauchbarkeit der Anwendung einer Verstärkungsstrom-Periode 13.
Wird eine Verstärkungsstrom-Periode 13 nicht
benutzt, dann würde
die Temperatur der Kathode ihre stabilisierte Temperatur 15 mit
einer langsamen Entwicklung 16 erreichen, die in Beziehung
zu ihrer thermischen Konstante steht. Unter Anwendung des Verstärkungsstromes
und mit etwa der gleichen thermischen Konstanten wird die Betriebstemperatur 15 am
Ende der Verstärkungsstrom-Periode 13 und
damit vor dem Startzeitpunkt der Bestrahlung 12 erreicht.
Mit einem Verstärkungsstrom
kann folglich die Stabilisierungstemperatur 15 mit größerer Genauigkeit
erreicht werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wurde jedoch festgestellt, dass der Verstärkungsstrom,
wenn er ein für
alle mal bestimmt worden ist, für
welche Werte der vorläufigen
Halteströme
und für
welche Werte der Zwischen-Betriebsströme ip auch
immer, nicht befriedigend ist und zu einer zu starken Streuung der
Mittelwerte der Betriebsströme
während
der Bestrahlung 12 führt.
In einer Ausführungsform
der Erfindung wird der Wert 17 des Verstärkungsstromes
ib während
der Periode 13 abhängig
gemacht vom Wert 18 des Haltestromes ich0 vor der Bestrahlung 12 und
von dem Wert 19 des Zwischenwertes des Betriebsstromes
ip, der während der
Bestrahlung benutzt werden kann. Diese Abhängigkeit bezieht sich auf die
Dauer der Periode 13.
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Ein
solches Verfahren und eines solche Vorrichtung sind besonders brauchbar,
wenn eine Gefäßuntersuchung
ausgeführt
werden soll, für
die der Zeitpunkt der Bestrahlung 12 statistisch bestimmt
werden muss und wenn es geeignet ist, die Perioden der Zubereitung
bis zum maximalen Ausmaß zu
verringern oder sogar bis zur Stabilisierungsperiode 14 zu
gehen. 2 zeigt schematisch,
dass es die Vorerhitzungs-Zeitkonstante 20 aufgrund des
Verstärkungsstromes 17 gestattet,
dass die Betriebstemperatur 15 genau am Ende der Periode 13 erreicht
wird.
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3 zeigt das Programm, das
durch die Schaltung 5 ausgeführt wird, um zu einer genauen
und erwarteten Einstellung der Betriebstemperatur zu gelangen. Ein
erstes Unterprogramm 21 empfängt Information hinsichtlich
der Dauer 22 der Periode 13, der Dauer 23 der
Periode 14 und der Dauer 24 des Haltestromes (der
den Wert 18 hat). Das Unterprogramm 21 empfängt weiter
als Information 25 ichmax, was anzeigt, dass der Wert des
Heizstromes nicht zu überschreiten
ist, wenn die Kathode 2 keine Verschlechterung erleiden
soll. Das Unterprogramm 21 des Programmes 11 führt daher
eine Berechnung der Dauer 22 der Periode 13 des Wertes 17 des
Verstärkungsstromes,
der im Folgenden ib genannt wird, wie in "i Verstärkung (boost)" für den Verstärkungsstrom
aus. Das Unterprogramm 21 ist ein Modell für die Berechnung
des Verstärkungsstromes des
Glühfadens.
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Das
Programm 11 hat weiter ein anderes Unterprogramm 26,
das benutzt wird, das Verhalten des Heizstromes als eine Funktion
der Information 27 über
die anzulegende Hochspannung und einen erwarteten Wert des Röhrenstromes 28 zu
modellieren. Das Unterprogramm 26 erzeugt eine Information
ip mit einem ip-Wert 19, das den Wert des zu benutzenden
Betriebsstromes zum Halten der Kathode 2 anzeigt. Das Unterprogramm 21 empfängt auch
die Information ip, um die Berechnung des Verstärkungsstromes ib 17 zu
ermöglichen.
Nachdem diese verschiedenen Elemente berechnet wurden, ermöglicht ein
Unterprogramm 29 des Programmes 11 die wirksame
Beaufschlagung der Kathode 2 und der Anode 3 mit
den errechneten Werten. Die Röhre 1 wird
dann als eine Funktion der verschiedenen Parameter in Betrieb gesetzt
und die Bestrahlung 12 ausgeführt. Dann wird ein Unterprogramm 30 zum
Messen der Realität
des erzeugten Röhrenstromes
(und seines Äquivalentes
im Heizstrom) während
der Bestrahlung 12 benutzt. Dieser wird mit dem erwarteten
Wert ip verglichen. Ist dies ausgeführt, dann ist ein Mittel verfügbar, die
Parameter des Unterprogrammes 21 so einzustellen, dass,
Röhre für Röhre, der
Wert im gleich dem Wert ip ist.
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In
der Praxis wird jede Installation, wenn sie von dem Produktionsband
genommen wird, mit dem Unterprogramm 21 versehen, das mit
Standardparametern versehen ist. Diese Standardparameter werden
während
einer Phase der Kalibrierung der Installation in einer begrenzten
Anzahl von Experimenten eingestellt. Nachdem die Parameter eingestellt
sind, wird die Installation an den Benutzer ausgeliefert. Falls
erforderlich, ist es während
des Alterns der Installation möglich,
die Parameter des Unterprogrammes 21 mittels des Programmes 30 von
Zeit zu Zeit oder periodisch zu modofizieren. Es ist jedoch möglich, die Auslieferung
einer Installation in Betracht zu ziehen, bei der das Programm 11 das
Unterprogramm 30 nicht umfasst, wobei das Versehen mit
Parametern in der Produktionseinheit ein für alle mal ausgeführt worden
ist.
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4 ist eine graphische Darstellung
der Korrespondenz zwischen einer Temperatur θ des Glühfadens und einem äquivalenten
Röhrenstrom.
Es ist möglich,
aus den in 4 aufgetragenen
Werten eine Gleichung für
die Umwandlung der Anoden-Temperatur θ in einen äquivalenten Röhrenstrom
Iequ abzuleiten. Diese Gleichung 1 ist: Iequ
= αθ4 + βθ3 +γθ2 + δθ + λ.
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Mit
dieser Formel 1 ist es dann möglich,
eine Simulation des Verhaltens des Glühfadens für eine geplante Dauer, z.B.
400 ms im bevorzugten Falle, der Verstärkungsstrom-Periode 13 zu erhalten. Diese
Simulation berücksichtigt
den spezifischen Widerstand des Glühfadens, die Natur seines Materials
und die physikalischen Daten, die es ermöglichen, dass seine Temperatur
am Ende bekannt ist.
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5a zeigt erstens die Entwicklung
der Glühfaden-Temperatur während des
Verstärkungsstromes 13 und
zweitens den Wert ip, äquivalent
der Temperatur θ13,
die am Ende der Dauer 13 erreicht ist.
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Die
in 5b gezeigten Kurven
zeigen die Resultate dieser Simulierung, jeweils als eine Funktion
eines Wertes des Stromes ib. Es sind neun Kurven gezeigt, die als
eine Funktion des Wertes ich0 des Haltestromes vor der Periode 13 parametisiert
sind. Die Kurven haben sehr grob die Gestalt eines Parabelabschnittes, der
zeigt, dass der erwartete Strom ip mindestens eine Funktion 2. Grades
des Stromes ib ist. Weiter wird natürlich ein erwarteter Betriebsstrom
(repräsentiert
durch die horizontale Linie der graphischen Darstellung 5b) erhalten und dies um
so rascher, je größer der
Verstärkungsstrom
ist. Je geringer der Haltestrom, um so größer sollte der Verstärkungsstrom
während
des Impulses 13 sein.
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6 gibt eine Ansicht für gewisse
Bedingungen der 5b der
Messung im des gemessenen Heizstromes, entsprechend den Experimenten
von 5b.
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7 zeigt die Elemente, die
zur Bestimmung eines Simulationsmodells benutzt werden. Das Modell ermöglicht die
Vereinfachung der Bestimmung des Verstärkungsstromes ib, für eine Röhre, ohne
dass es nötig ist,
die in 5b gezeigte Kartierung
auszuführen,
für diese
Röhre,
und daher für
jede der Röhren,
die hergestellt werden könnte.
Erstens wäre
die Anfertigung dieser Kartierung ein langer und mühsamer Prozess.
Zweitens wäre
es entweder erforderlich, viel Speicher aufzunehmen oder komplexere
Notwendigkeiten der Interpolation auszuführen, um die erforderliche
Genauigkeit zu erhalten.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wurde festgestellt, dass sich das Problem aus der
Entwicklung der Heizzeitkonstanten des Glühfadens aufgrund der verschiedenen
Bedingungen ergibt, unter denen man ihn betrieben hat. Eine Ausführungsform
der Erfindung ist gerichtet auf das Messen der Verschiebung im Wert
des Heizstromes. Der Heizstrom hängt
vom spezifischen Widerstand des Kathoden-Glühfadens
ab, der seinerseits von der Temperatur der Kathode abhängt, die
sich im Laufe der Zeit entwickelt. Während der Periode 13 ist daher
die der Kathode 2 zugeführte
thermische Energie nicht konstant und führt zu der Zeitkonstanten.
Diese Entwicklung berücksichtigt
weiter den technische Verlust, der konstant auftritt. Eine Ausführungsform
der Erfindung ist auf die Standardisierung dieser Verschiebung mit
Bezug auf den wahrscheinlichen Unterschied gerichtet, der zwischen
dem Verstärkungsstrom
ib und dem erhaltenen Strom i resultiert. Die Kurve 7 zeigt
die durch diese Entwicklung angenommene Form, 1/τ genannt, für ein halb offenes Intervall
von Werten, die im Bereich vom Heizstrom ich0 bis zum Wert ib liegen.
Das Intervall ist halb offen, weil für i = ib, die Standardisierung
zu einem unendlichen Wert führt.
Die Kurven wurden für
Paare von Werten dargestellt, die auf der rechten Seite der graphischen
Darstellung von 7 gezeigt
sind.
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Diese
Kurven, die eine Asymptote zeigen, wenn i sich ib nähert, haben
die Gesamtgestalt einer geraden Linie und wurden als eine Linearität der Entwicklung
darstellend in terpretiert. Variierte die thermische Zeitkonstante τ des Glühfadens
mit der Temperatur nicht, dann könnte
eine Gleichung 2 folgendermaßen
geschrieben werden: ip = ib – (ib – i0)·exp(–t/τ),wobei τ eine Konstante
ist, das heißt
dip/dt
= (ib – i0)·exp(–t/τ)/τ, das heißt
dip/dt
= (ib – ip)/τ, das heißt
1/τ = dip/dt/(ib – ip).
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Mit
einem Modell erster Ordnung würde
eine Konstante für
1/τ erhalten
werden. Dies ist mit dem gezeigten Modell nicht verifiziert, da
insgesamt die Kurven zu einer Gleichung 3 führen:
1/τ = di/dt/(ib – i) = a
+ b·ib
+ i·(c
+ d·ib),
das ist wobei τ(ib) = 1/(a + b·ib + c·ib + d·ib·ib), und
wobei τ(i0) = 1/(a
+ b·ib
+ c·i0
+ d·ib·i0).
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Dies
verringert die Komplexität
des Modells zu einem einfachen Modell mit vier Koeffizienten a,
b, c, d. Es ist allgemein nicht erforderlich, einen fünften Koeffizienten
in Betracht zu ziehen, der das Quadrat des Verstärkungsstromes des Haltestromes
berücksichtigt.
Es konnte gezeigt werden, dass das Berücksichtigen dieser anderen
Variablen von marginalem Wert für
die erwartete Genauigkeit sein würde,
die in einem Bereich von 1,5% liegt. In dieser Hinsicht gibt 8 eine Ansicht, die sehr
fein vermischte Kurven für
das Modell und die Messung des Wertes des Betriebsstromes benutzt,
der einerseits errechnet und andererseits gemessen wurde als eine
Funktion des Wertes des Verstärkungsstromes.
Dies wurde für
zwei beispielhafte Halteströme von
ich0 2,5 bzw. 3,5 Ampere ausgeführt.
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Experimente
haben gezeigt, dass das so errechnete Modell mit einer Effizienz
von etwa 1,5% gültig ist,
die sehr viel größer ist
als die erwarteten 10%. In einem Beispiel haben die Parameter a,
b, c, d in Abhängigkeit davon,
ob die Kathode einen kleinen Brennpunkt oder einen großen Brennpunkt
auf der Anode erzeugt, die folgenden Werte.
kleiner Brennpunkt:
a = –0,9658;
b = 0,0504; c = 0,4072; d = 0,0124
großer Brennpunkt: a = –0,4045;
b = 0,0416; c = 0,2663; d = 0,0215
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Wie
ersichtlich, ergibt die durch Gleichung 3 empfohlene Berechnung
nicht direkt den wert des Verstärkungsstromes
ib, wobei der Betriebsstrom ip und der Halteheizstrom i0 bekannt
sind. In der Praxis wird dieses Verfahren durch Iteration ausgeführt, indem
man einen Wert nimmt, von dem man weiß, dass er an der oberen Grenze
möglicher
Werte für
den Heizstrom liegt, und einen Wert, von dem man weiß, dass
er an der unteren Grenze der möglichen
Werte für
den Heizstrom liegt. So ist, z.B., der Wert, von dem bekannt ist,
dass er an der oberen Grenze liegt, der Wert des maximalen Heizstromes
ichmax. Der Wert, von dem bekannt ist, dass er an der unteren Grenze
liegt, ist der Wert des Halteheizstromes ich0. Dann wird das Verfahren
mittels Dichotomie fortgeführt.
So wird, z.B., eine Berechnung des Wertes des Heizstromes ausgeführt, der
aus einer Auswahl eines Zwischen-Verstärkungsstromes resultiert, z.B.
die Hälfte
der Summe der beiden Werte, des oberen Grenzwertes und des unteren
Grenzwertes. In Abhängigkeit
von dem Unterschied, der zwischen dem Wert des errechneten Betriebsstromes
und dem erwünschten
Wert festgestellt wird, werden graduelle Modifikationen im Wert
des Verstärkungsstromes
vorgenommen, um einen neuen Wert des Betriebsstromes zu errechnen,
der dichter beim erwarteten Betriebsstrom ist als der zuvor errechnete
Wert. Die Berechnung wird beendet, wenn der Fehler unterhalb einer
Schwelle liegt, die, z.B., bei 3 mA festgelegt ist. In der Praxis
kann am Ende von drei oder vier Iterationen, was sehr rasch sein
mag, weil die Berechnung nichts desto trotz ziemlich einfach ist,
der Wert des Verstärkungsstromes
erhalten werden. Alle diese Berechnungen können sehr einfach in einer
Berechnungs periode von weniger als einer Millisekunde mit einem
modernen Prozessor erhalten werden, der mit einer Rate von einem
Gigahertz arbeitet. Der Fehler wird somit durch Bestimmen des Wertes des
Verstärkungsstromes
als eine Funktion eines ausgewählten
Modells der Entwicklung des Heizstromes errechnet. Das ausgewählte Modell
der Entwicklung verursacht ein Minimieren des Röhrenstromfehlers zwischen einem
für die
Röntgenröhre erwarteten
Röhrenstrom
und einem erhaltenen Röhrenstrom.
In der Praxis kann der Röhrenstrom
durch seinen äquivalenten
Heizstrom (für
eine gegebene Hochspannung) ersetzt werden.
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Der
Fachmann kann verschiedene Modifikationen in Struktur/Weg und/oder
Funktion und/oder Resultaten und/oder Stufen der offenbarten Ausführungsformen
und von deren Äquivalenten
vornehmen oder vorschlagen, ohne den Umfang und das Ausmaß der Erfindung
zu verlassen. Bezugszeichenliste
