DE102005042088B4

DE102005042088B4 - Lastrechner mit einem Programm zur Durchführung eines Verfahrens zur Simulation einer thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung und Röntgeneinrichtung

Info

Publication number: DE102005042088B4
Application number: DE102005042088A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Ebersberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: US20070058783A1; DE102005042088A1

Abstract

Lastrechner (2) mit einem Programm zur Durchführung eines Verfahrens zur Simulation einer thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung mit i Anoden (A1, A2), wobei i = 1, 2, 3, ... ist, wobei zur Kühlung der i-ten Anode (A1, A2) ein i-tes Fluid (F1, F2), zur Kühlung des ersten bis i-ten Fluids (F1, F2) ein erstes Kühlfluid (KF1) und zur Kühlung des ersten Kühlfluids (KF1) ein zweites Kühlfluid (KF2) vorgesehen sind, wobei
der Lastrechner eine Temperaturüberwachungseinheit zur Überwachung einer ersten Temperatur (TF1, TF2) und/oder einer i-ten Temperatur (TF1, TF2), einen Sensor zum Ermitteln einer ersten Kühltemperatur (TKF1), einen i-ten Temperatursensor zum Ermitteln der i-ten Temperatur (TF1, TF2) aufweist, wobei das Programm zur Durchführung des Verfahrens den folgenden Schritt umfasst:
zeitlich vorausschauendes Berechnen der die thermische Belastung in einem Zeitintervall wiedergebenden ersten Kühltemperatur (TKF1) des ersten Kühlfluids (KF1) anhand einer das folgende lineare Differenzialgleichungssystem lösenden Lösungsfunktion: TFi = lPi·Pi – k1i·(TFi ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Lastrechner mit einem Programm zur Durchführung eines Verfahrens zur Simulation einer thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung und eine Röntgeneinrichtung.
Bei Röntgeneinrichtungen, insbesondere Tomografiegeräten, wird zur Überwachung einer thermischen Belastung von Röntgenröhren üblicherweise ein Lastrechner verwendet. Ein derartiger Lastrechner ist beispielsweise aus der DE 198 11 041 bekannt. Mit einem mittels des bekannten Lastrechners durchgeführten Verfahren kann eine raumzeitliche Temperaturverteilung einer mit Elektronen bestrahlten Anode berechnet werden. Ein Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren zur Berechnung der Temperaturverteilung einen hohen Rechenaufwand erfordert. Insbesondere ist ein Betrieb des Lastrechners in Echtzeit nicht möglich. Ferner kann das Verfahren nicht einfach auf unterschiedliche Röntgenröhren und Anodentypen übertragen werden. Das Verfahren muss an Eigenschaften der Röntgenröhre und an die physikalische Beschaffenheit der jeweiligen Anode angepasst werden. Das mit dem Lastrechner durchgeführte Verfahren ist zeit- und kostenaufwändig.
Bei anderen Verfahren zur Berechnung der thermischen Belastung der Röntgenröhre wird eine der Anode der Röntgenröhre in einem Zeitintervall mit fester Länge zugeführte mittlere Leistung auf eine Grenzleistung beschränkt. Bei Überschreiten der Grenzleistung wird der Betrieb der Röntgenröhre zum Schutz vor einer thermischen Überlastung unterbrochen. Ein Nachteil des Verfahrens ist, dass keine Temperatur der Röntgeneinrichtung, wie z. B. die Anodentemperatur, berücksichtigt wird. Es kann sein, dass die Grenzleistung überschritten wird, ohne dass die Temperatur eine vorgegebene Grenztempera tur erreicht oder überschreitet. Es kann zu unnötigen Unterbrechungen und Wartezeiten kommen. Die Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre kann nicht voll ausgenutzt werden.
Nach der DE 10 2004 005 937 A1 überwacht und begrenzt ein Lastrechner die von einer Anode aufgenommene Leistung durch ein Verfahren, in dem die Wärmeabstrahlung und Wärmeableitung der Anode berücksichtigt werden. Die Wärme kann in ein Kühlmittel abgeleitet werden. Durch Lösen einer Differentialgleichung wird die zeitabhängige Temperatur der Anode berechnet. Weitere Temperaturverläufe zum Überwachen des Wärmehaushalts des Kühlsystems werden nicht berechnet.
Aus der JP 2002214053 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Kühlleistung eines Kühlers einer Röntgenröhre bekannt. Der Kühler ist zum Ermitteln der Temperatur eines in einem Tank aufgenommenen Kühlmittels ein- und ausgangsseitig mit dem Tank verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Lastrechner mit einem Programm zur Durchführung eines besonders einfachen und genauen Verfahrens zur Simulation einer thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung bereitgestellt werden. Ferner soll ein Lastrechner angegeben werden, mit welchem eine besonders hohe Auslastung der Röntgeneinrichtung erreichbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgeneinrichtung mit einem Lastrechner bereitzustellen, bei welcher eine thermische Belastung besonders schnell und genau simuliert und eine besonders hohe Auslastung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 17 und 19.
Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Lastrechner mit einem Programm zur Durchführung eines Verfahrens zur Simulation ei ner thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung mit i Anoden vorgeschlagen, wobei i = 1, 2, 3, ... ist, wobei zur Kühlung der i-ten Anode ein i-tes Fluid, zur Kühlung des ersten bis i-ten Fluids ein erstes Kühlfluid und zur Kühlung des ersten Kühlfluids ein zweites Kühlfluid vorgesehen sind, wobei der Lastrechner eine Temperaturüberwachungseinheit zur Überwachung einer ersten Temperatur und/oder einer i-ten Temperatur, einen Sensor zum Ermitteln einer ersten Kühltemperatur, einen i-ten Temperatursensor zum Ermitteln der i-ten Temperatur auf, wobei das Programm zur Durchführung des Verfahrens zeitlich vorausschauend die die thermische Belastung in einem Zeitintervall wiedergebende erste Kühltemperatur des ersten Kühlfluids anhand einer das folgende lineare Differenzialgleichungssystem lösenden Lösungsfunktion berechnet: T .Fi = lPi·Pi – kli·(TFi – TKF1) (1) T .KF1 = Σi k2i·(TFi – TKF1) – k3·(TKF1 – TKF2) + lP0·P0, (2)wobei P₀, P_i, l_Pi, l_P0, k_1i, k_2i, und k₃ im Zeitintervall konstant sind. Aus einer physikalischen Plausibilitätsbetrachtung folgt, dass die erste Kühltemperatur eine stetige Funktion der Zeit ist. Infolgedessen ist es erforderlich, dass die Lösungsfunktion an Anschlussstellen aufeinander folgender Zeitintervalle stetig ist. Beim Differenzialgleichungssystem (1), (2) bedeuten

T ._Fi: eine zeitliche Änderung einer i-ten Temperatur des i-ten Fluids,
T ._KF1,2: eine zeitliche Änderung der ersten bzw. zweiten Kühltemperatur,
P_i: eine auf die i-te Anode eingestrahlte i-te Leistung,
P₀: eine von einem elektrischen Verbraucher der Röntgeneinrichtung erzeugte Verlustleistung,
l_Pi: ein Leistungsabsorptionskoeffizient des i-ten Fluids für die Leistung P_i,
l_P0: ein Leistungsabsorptionskoeffizient der ersten Kühlflüssigkeit für die Leistung P₀ und
k_1i, k_2i, und k₃: Temperaturübergangskoeffizienten.

Mit dem vorgeschlagenen Lastrechner kann die thermische Belastung einer Röntgeneinrichtung besonders schnell und zuverlässig simuliert werden. Es kann ein besonders sicherer und störungsfreier Betrieb mit einer besonders hohen Auslastung der Röntgeneinrichtung erreicht werden.
Zur Vereinfachung sind im Folgenden Nummerierungen bzw. Indices der ersten bis i-ten Anoden, Fluide, Temperaturen oder Leistungen teilweise weggelassen. Sofern nichts Anderweitiges erwähnt ist, gelten die nachfolgenden, die Begriffe "Anode", "Fluid", "Temperatur" oder "Leistung" betreffenden Aussagen entsprechend für eine, eine Teilmenge oder alle der ersten bis i-ten Anoden, Fluide, Temperaturen oder Leistungen.
Die Röntgeneinrichtung kann eine oder mehrere Anoden aufweisen. Bei den Anoden kann es sich um gleiche oder unterschiedliche Typen, wie z. B. Festanoden-, Drehanoden-, Drehkolben- oder Gleitlagerröntgenröhren handeln.
Für jede Anode ist zur Kühlung ein Fluid vorgesehen. Bei dem Fluid kann es sich um ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, wie z. B. Silikonöl, Wasser oder ein Flüssigmetall, handeln.
Durch Einstrahlen der Leistung wird in der Anode Wärme erzeugt. Die Anode ist mit dem Fluid thermisch gekoppelt. Durch die Kopplung wird die Wärme auf das Fluid übertragen. Eine durch die eingestrahlte Leistung verursachte Änderung der Temperatur des Fluids wird durch den ersten Term der Differenzialgleichung (1) beschrieben. Der Leistungsabsorptionskoeffizient der Anode gibt an, welche differenzielle Änderung der Temperatur die auf die Anode eingestrahlte Leistung im Fluid verursacht.
Zur Kühlung des Fluids ist das erste Kühlfluid vorgesehen. Das erste Kühlfluid ist mit dem Fluid thermisch gekoppelt. In Abhängigkeit vom Unterschied der Temperatur des Fluids und der ersten Kühltemperatur wird Wärme auf das erste Kühlfluid übertragen. Eine dadurch verursachte differenzielle Änderung der Temperatur des Fluids wird durch den zweiten Term der Differenzialgleichug (1) beschrieben.
Jedes an das erste Kühlfluid thermisch gekoppelte Fluid kann eine differenzielle Änderung der ersten Kühltemperatur verursachen, was durch den Summenterm der Differenzialgleichung (2) beschrieben wird.
Zur Kühlung des ersten Kühlfluids ist ein zweites Kühlfluid vorgesehen. Eine durch das zweite Kühlfluid verursachte Änderung der ersten Kühltemperatur wird in der Differenzialgleichung (2) durch den zweiten Term beschrieben.
Das erste Kühlfluid kann an sonstige Wärmequellen der Röntgeneinrichtung thermisch gekoppelt sein. Bei der sonstigen Wärmequelle kann es sich um einen oder mehrere elektrische Verbraucher, z. B. einen Röntgengenerator, einen Drehmotor einer Drehkolbenröntgenröhre, eine Steuerelektronik und dgl., handeln, welcher/welche eine Verlustleistung in Form von Wärme erzeugt/erzeugen. Die Wärmequelle verursacht eine in der Differenzialgleichung (2) durch den dritten Term beschriebene Änderung der ersten Kühltemperatur.
Die Effektivität der thermischen Kopplung des Fluids an das erste Kühlfluid, des ersten Kühlfluids an das zweite Kühlfluid und des ersten Kühlfluids an die Wärmequelle wird jeweils durch die mit k_1i und k_2i, k₃ und l_P0 bezeichneten Temperaturübergangs- bzw. Leistungsabsorptionskoeffizienten beschrieben.
Mit dem Differenzialgleichungssystem (1), (2) können unterschiedliche Ursachen der thermischen Belastung, wie z.B. Anoden und elektrische Verbraucher, berücksichtigt werden. Die thermische Belastung kann anhand einer Lösungsfunktion der ersten Kühltemperatur besonders genau beschrieben und simuliert werden. Es kann eine besonders hohe Auslastung der Röntgeneinrichtung erreicht werden.
Das Differenzialgleichungssystem (1), (2) ist ein lineares Differenzialgleichungssystem. Es kann mit herkömmlichen mathematischen Methoden gelöst werden. Die Lösungsfunktion der ersten Kühltemperatur kann aus Exponentialtermen und konstanten Termen zusammengesetzt sein. Funktionswerte einer derartigen Lösungsfunktion können einfach und schnell berechnet werden. Das Verfahren ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Simulation der thermischen Belastung.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist i = 2. In diesem Fall weist die Röntgeneinrichtung zwei Anoden auf. Die Lösungsfunktion der ersten Kühltemperatur für das Differenzialgleichungssystem (1), (2) für einen im Zeitintervall [t; t + Δt] gelegenen Zeitpunkt (t + δt) lautet: TKF1 (t + δt) = {Σ[Aj·Bj·exp (Bj – δt)] – lP1·P1}/k11 + TF1 (t + δt) (3)
Lösungsfunktionen für das erste und das zweite Fluid sind gegeben durch: TF1 (t + δt) = Σ[Aj·exp(Bj·δt)] + S, (4) TF2 (t + δt) = {Σj[Aj·Bj·(Bj + k11)·exp(Bj – δt)]/k11 – k21·TF11 (t + δt) + + (k21 + k22 + k3)·TF2 (t + δt) – k3·TKF2 – lP0·P0}/k22 (5)
Für die Lösungsfunktionen (3)–(5) gilt:
j =1, 2, 3,
l_P1 = l_P2 und
S = [lP₁·(k₁₂·(k₂₁ + k₃)·P₁ + k₁₁·k₂₂·P₂) +
+ k₁₁·k₁₂·(k₃·T_KF2 + l_P0·P₀)]/k₁₁·k₁₂·k₃.
Die A sind Koeffizienten und die B_j sind Nullstellen des Polynoms a₁·X³ + a₂·X² + a₃· X+a₄, mit:
a₁ = 1,
a₂ = k₁₁ + k₁₂ + k₂₁ + k₂₂ + k₃,
a₃ = k₁₁ – (k₁₂ + k₂₂ + k₃) + k₁₂·(k₂₁ + k₃),
a₄ = k₁₁·k₁₂·k₃, und
a₅ = l_P1·[k₁₂·(k₂₁ + k₃)·P₁ + k₁₁·k₂₂·P₂] + k₁₁·k₁₂·(k₃·T_KF2 + l_P0·P₀).
Die zweite Kühltemperatur T_KF2 kann als konstant angenommen werden. Die oben genannten Bedingungen für S, B_j, a₁ bis a₅ sowie das Polynom und die Koeffizienten A ergeben sich durch Lösen des Differenzialgleichungssystems (1), (2) für i = 2.
Die Lösungsfunktionen (3) bis (5) gelten im Zeitintervall [t; t + Δt], in welchem die Größen P₀, P₁, P₂, l_P1, l_P2, l_P0, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂, und k₃ konstant sind. Bei einer Änderung einer der Größen beginnt ein an das Zeitintervall anschließendes neues Zeitintervall. Lösungsfunktionen für das neue Zeitintervall können mit den oben genannten Bedingungen für S, a₁ bis a₅, A_j und B_j berechnet werden. Aus physikalischen Plausibilitätsbetrachtungen folgt, dass an einer Anschlussstelle des neuen Zeitintervalls an das Zeitintervall ein stetiger Übergang der Lösungsfunktionen für die erste und zweite Temperatur und die erste Kühltemperatur erfolgt. Stetige Anschlussbedingungen können mit einem einfachen Gleichungssystem beschrieben werden. Das Gleichungssystem lautet in Matrixschreibweise beispielsweise:
wobei C₁ = TF₁ (t + δt) – S
C₂ = k₁₁·[(T_KF1 (t + δt) – T_F1 (t + δt)] + l_P1·P₁
C₃ = k₁₁·{(k₁₁ + k₂₁)·[T_F1(t + δt) – T_KF1 (t + δt)] +
+ k₂₂·[(T_F2 (t + δt)) – (T_KF1 (t + δt)]
– k₃·[T_KF1 (t + δt) – T_KF2 (t + δt)]
– l_P1·P₁ + l_P0·P₀}
Funktionswerte der Lösungsfunktionen (3) bis (5) können mit einfachen Rechenoperationen berechnet werden. Die Rechenoperationen können auf einem Lastrechner ausgeführt werden. Das für i = 2 angegebene Verfahren ermöglicht eine schnelle und genaue Simulation der thermischen Belastung der Röntgeneinrichtung mit zwei Anoden. Die thermische Belastung kann besonders umfassend simuliert werden. Basierend auf der Simulation kann eine besonders hohe Auslastung der Röntgeneinrichtung erreicht werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Maximalwert der ersten Kühltemperatur berechnet und als eine die thermische Belastung wiedergebende Größe verwendet. Der Maximalwert kann für mehrere aufeinanderfolgende Zeitintervalle berechnet werden.
Zur Berechnung des Maximalwerts wird vorzugsweise eine Funktion zweiter Ordnung an zeitlich aufeinander folgende erste Kühltemperaturen angepasst und ein Maximum der Funktion als Maximalwert verwendet. Das Maximum der Funktion zweiter Ordnung, wie z. B. einer Parabel, kann in einfacher Weise z. B. mit bekannten Lösungsformeln ermittelt werden. Es ist nicht erforderlich, den ggf. schwer zu berechnenden Maximalwert der Lösungsfunktion für einen oder mehrere aufeinanderfolgende Zeitintervall/e zu berechnen. Zur Ermittlung der Funktion zweiter Ordnung können 3 bis 6 oder mehr für aufeinanderfolgende Zeitpunkte berechnete erste Kühltemperaturen verwendet werden. Durch Verwenden der einfach handzuhabenden Funktion zweiter Ordnung kann der Aufwand zur Berechnung des Maximalwerts verringert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die thermische Belastung für eine Ausführung eines vorgegebenen Röntgenprotokolls simuliert. Aus dem vorgegebenen Röntgenprotokoll können die bei der Simulation verwendeten i-ten Leistungen entnommen werden. Ferner kann anhand des Röntgenprotokolls ermittelt werden, für welche Zeitintervalle die Größen P₀, P_i, l_Pi, l_P0, k_1i, k_2i, bzw. k₃ konstant sind.
Für die erste Kühltemperatur kann ein oberer Grenzwert vorgegeben sein. Bei einer Überschreitung des Grenzwerts kann eine Ausführung des Röntgenprotokolls verhindert und/oder eine Warnung ausgegeben werden. Es ist auch möglich, dass eine erste Wartezeit in das erste Röntgenprotokoll eingefügt wird, so dass die erste Kühltemperatur bei einer Ausführung des Röntgenprotokolls den Grenzwert nicht überschreitet. Es kann vermieden werden, dass Röntgenprotokolle ausgeführt werden, welche die Röntgeneinrichtung thermisch übermäßig belasten. Vorzugsweise werden die Simulation und das Einfügen der Wartezeit vor einer Ausführung des Röntgenprotokolls durchgeführt. Durch Beschränken der ersten Kühltemperatur auf den Grenzwert können eine thermische Überbelastung und Schäden oder Funktionsstörungen der Röntgeneinrichtung zuverlässig vermieden werden.
Vorzugsweise wird die i-te Temperatur berechnet und als eine die thermische Belastung wiedergebende weitere Größe verwendet. Die i-te Temperatur gibt eine thermische Belastung der i-ten Anode wieder. Es kann die thermische Belastung einzelner Anoden überprüft werden. Für die i-te Temperatur kann eine i-te Grenztemperatur vorgegebenen sein. Bei einem Überschreiten der i-ten Grenztemperatur kann die Ausführung des Röntgenprotokolls verhindert, eine Warnung ausgegeben und/oder eine zweite Wartezeit ermittelt und in das Röntgenprotokoll derart eingefügt werden, dass die i-te Temperatur bei der Ausführung des Röntgenprotokolls die i-te Grenztemperatur nicht überschreitet. Eine thermische Überlastung der i-ten Anode kann zuverlässig vermieden werden. Es kann ein be sonders sicherer und materialschonender Betrieb der Röntgeneinrichtung gewährleistet werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die i-te Leistung kleiner oder gleich einer vorgegebenen i-ten Maximalleistung. Die i-te Maximalleistung kann für einen gegebenen Anoden- oder Röntgenröhrentyp in Abhängigkeit von Röhrenstrom, Fokusgröße, Drehzahl einer Drehkolbenröntgenröhre und dgl. in Form einer Tabelle bzw. Matrix vorgegeben sein. Das Verfahren kann durch einen Austausch der Tabelle besonders einfach an unterschiedlich konfigurierte Röntgeneinrichtungen angepasst werden. Die Maximalleistungen können derart vorgegeben sein, dass die i-te Anode mit der i-ten Maximalleistung für zumindest 15 Sekunden, vorzugsweise 20 Sekunden, besonders bevorzugt 30 Sekunden, beschädigungsfrei beaufschlagbar ist. Es kann ein besonders sicherer Betrieb der Röntgeneinrichtung gewährleistet werden. Bei einem kürzeren Beaufschlagen der i-ten Anode kann die thermische Belastung der Anode geringer sein. In diesem Fall kann die i-te Maximalleistung um einen Faktor zwischen 1,05 und 1,15, vorzugsweise zwischen 1,08 und 1,12, vergrößert werden. Eine kurzzeitige Vergrößerung der Maximalleistung ermöglicht es, eine besonders hohe Auslastung der Röntgeneinrichtung zu erreichen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste bis i-te Fluid flüssig und das erste Kühlfluid gasförmig. Bei dem Fluid kann es sich um ein Kühlöl, um Wasser, ein Flüssigmetall oder dgl. handeln.
Das gasförmige erste Kühlfluid durchströmt vorzugsweise ein Gehäuse der Röntgeneinrichtung. Auf diese Weise können mit dem ersten Kühlfluid im Gehäuse befindliche elektrische Verbraucher, wie z. B. Motoren, elektronische Schaltungen usw., in einfacher Weise gekühlt werden. Das erste Kühlfluid kann im Gehäuse zirkuliert werden. Eine Kühlung des zirkulierenden ersten Kühlfluids kann mittels eines ebenfalls im Gehäuse angeordneten Wärmetauschers mit dem zweiten Kühlfluid erfolgen. Bei dem Gehäuse kann es sich um einen Bestandteil einer Gantry eines Röntgencomputertomografen handeln.
Vorteilhafterweise wird die i-te Anode und/oder ein die i-te Anode umgebendes Röntgenröhrengehäuse vom i-ten Fluid beaufschlagt. Das Fluid kann eine am Röhrengehäuse angeordnete Kühleinrichtung durchströmen. Beispielsweise kann das Fluid das Röntgenröhrengehäuse um- oder durchströmen. Das Fluid kann auch das Innere der Anode durchströmen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die erste Kühltemperatur und/oder die i-te Temperatur gemessen und ein jeweiliger Messwert für einen vorgegebenen Zeitpunkt mit der entsprechenden berechneten Kühl- und/oder i-ten Temperatur verglichen und bei einer Abweichung wird die Kühl- und/oder die i-te Temperatur durch den entsprechenden Messwert ersetzt. Bei der Simulation werden gewöhnlich technische Daten des Kühlsystems, der Anoden und der elektrischen Verbraucher verwendet. Durch einen Vergleich können die bei der Simulation verwendeten Daten an die tatsächlich vorliegenden Daten der Röntgeneinrichtung angepasst werden. Es kann eine Eichung der Simulation durchgeführt werden. Ferner können die Werte der ersten Kühltemperatur und/oder der i-ten Temperatur zu vorgegebenen Zeitpunkten, z. B. bei einer anfänglichen Initialisierung oder nach einer Betriebspause der Röntgeneinrichtung, aneinander angeglichen werden. Eine Abweichung der simulierten von der gemessenen ersten Kühltemperatur kann beispielsweise auch auf eine Überhitzung einer elektronischen Komponente hindeuten. Infolgedessen ist es möglich, anhand der Abweichung Betriebsstörungen der Röntgeneinrichtung, wie z. B. Störungen des Kühlsystems, der Anoden und/oder der elektrischen Verbraucher festzustellen. Durch den Vergleich der gemessenen mit der simulierten Kühltemperatur und/oder der i-ten Temperatur kann ein sicherer Betrieb der Röntgeneinrichtung erreicht werden.
Der zeitliche Verlauf der ersten Kühltemperatur und/oder der ersten bis i-ten Temperatur kann auf einem Monitor darge stellt werden. Auf dem Monitor können ferner die gemessene erste Kühltemperatur und die gemessene und/oder berechnete i-te Temperatur dargestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Lastrechner eine Steuerung zum Steuern der Röntgeneinrichtung in Abhängigkeit einer mit dem Programm simulierten thermischen Belastung aufweisen.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Röntgeneinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Lastrechner vorgesehen. Bei der Röntgeneinrichtung kann es sich um einen Röntgencomputertomografen handeln. Die Röntgeneinrichtung mit Lastrechner kann besonders sicher und benutzerfreundlich betrieben werden. Ferner kann eine optimale Auslastung der Röntgeneinrichtung erreicht werden.
Weitere Vorteile des Lastrechners und der Röntgeneinrichtung ergeben sich aus den Ausgestaltungen des Verfahrens.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Modell eines dem Verfahren zu Grunde liegenden Wärmeflusses bei der Röntgeneinrichtung,
2 ein erstes Temperatur-Zeit-Diagramm einer Simulation,
3 ein zweites Temperatur-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung der Berechnung eines Maximalwerts der ersten Kühltemperatur,
4 schematisch eine Gantry eines Röntgencomputertomografen mit einem Lastrechner, und
5 ein drittes Temperatur-Zeit-Diagramm.
In 1 bis 5 sind merkmals- oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt ein schematisches Modell eines dem Verfahren zu Grunde liegenden Wärmeflusses bei der Röntgeneinrichtung. Eine erste Anode A1 wird mit einer ersten Leistung P1 beaufschlagt. Eine zweite Anode A2 wird mit einer zweiten Leistung P2 beaufschlagt. Zur Kühlung der ersten Anode A1 ist ein erstes Fluid F1, und zur Kühlung der zweiten Anode A2 ein zweites Fluid F2 vorgesehen. Zur Kühlung des ersten F1 und zweiten Fluids F2 ist ein erstes Kühlfluid KF1 vorgesehen. Eine von einem Verbraucher erzeugte Verlustleistung ist mit PO bezeichnet. Zur Kühlung des Verbrauchers ist dieser mit dem ersten Kühlfluid KF1 thermisch gekoppelt. Ein zweites Kühlfluid KF2 ist zur Kühlung des ersten Kühlfluids KF1 vorgesehen. Ein durch die erste P1 bzw. zweite Leistung P2 verursachter erster bzw. zweiter Wärmefluss von der ersten A1 bzw. der zweiten Anode A2 zum ersten F1 bzw. zweiten Fluid F2 sind mit dem Bezugszeichen W1 bzw. W2 bezeichnet. Ein dritter und vierter Wärmefluss vom ersten F1 und zweiten Fluid F2 zum ersten Kühlfluid KF1 sind mit den Bezugszeichen W21 und W22 bezeichnet. Ein fünfter Wärmefluss vom ersten Kühlfluid KF1 zum zweiten Kühlfluid KF2 ist mit W3 bezeichnet. Eine erste Temperatur des ersten Fluids F1 ist mit TF1, und eine zweite Temperatur des zweiten Fluid F2 ist mit TF2 bezeichnet. Eine erste Kühltemperatur des ersten Kühlfluids ist mit TKF1, und eine zweite Kühltemperatur des zweiten Kühlfluid ist mit TKF2 bezeichnet.
Der in 1 dargestellte Wärmefluss kann als Grundlage für eine Simulation der thermischen Belastung der Röntgeneinrichtung zu verwendet werden. Der erste Wärmefluss W1 führt zu einer Änderung der ersten Temperatur TF1, und der zweite Warmefluss W2 zu einer Änderung der zweiten Temperatur TF2. Der dritte und vierte Wärmefluss W21 und W22 verursachen Änderungen der ersten TF1, der zweiten TF2 und der ersten Kühltemperatur TKF1. Die Verlustleistung PO verursacht eine Änderung der ersten Temperatur TKF1. Der fünfte Wärmefluss W3 verursacht Änderungen der ersten TKF1 und der zweiten Kühltemperatur TKF2.
Die Änderungen der ersten TF1 und zweiten Temperatur TF2 sowie der ersten Kühltemperatur TKF1 können mit den Differenzialgleichungen (1) und (2) für i = 2 beschrieben werden. Bei der Simulation zur Berechnung eines zeitlichen Verlaufs der ersten Temperatur TF1, der zweiten Temperatur TF2 und der ersten Kühltemperatur TKF1 können die Lösungsfunktionen (3) bis (5) verwendet werden. Die ersten bis fünften Wärmeflüsse W1, W2, W21, W22 und W3 werden durch die Leistungsabsorptions- bzw. Temperaturübergangskoeffizienten l_P1, l_P2, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂ und k₃ beschrieben. Ein durch die Verlustleistung PO verursachte Temperaturänderung der ersten Kühltemperatur TKF1 wird durch den Leistungsabsorptionskoeffizient l_P0 beschrieben.
2 zeigt ein erstes Temperatur-Zeit-Diagramm einer Simulation. Der Simulation liegt eine Röntgeneinrichtung mit zwei Anoden zu Grunde. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Zeit in Sekunden, und auf der Ordinate die Temperatur in °C aufgetragen. Im ersten Diagramm sind eine den zeitlichen Verlauf der ersten Temperatur TF1 wiedergebende erste Kurve D1, eine den zeitlichen Verlauf der zweiten Temperatur TF2 wiedergebende zweite Kurve D2 und eine den zeitlichen Verlauf der ersten Kühltemperatur TKF1 wiedergebende dritte Kurve D3 dargestellt. Das Bezugszeichen TG bezeichnet einen oberen Grenzwert der ersten Kühltemperatur TFK1. T0 bezeichnet eine Anfangstemperatur für die erste TF1 und die zweite Temperatur TF2 sowie für die erste Kühltemperatur TKF1. Ein erster Zeitpunkt und ein zweiter Zeitpunkt sind mit den Bezugszeichen t1 und t2 bezeichnet. Das Bezugszeichen M bezeichnet einen Maximalwert für die erste Kühltemperatur TKF1.
Der Simulation liegen folgende Annahmen zu Grunde: T0 = 20°C, TG = 23°C, t1 = 12s, t2 = 50s. In einem ersten Zeitintervall [0; 12s] gilt P1 = P2 = 72kW, P0 = 1kW. In einem zweiten Zeitintervall [12s; 50s] gilt P1 = P2 = 0, P0 = 1kW und in einem dritten Zeitin tervall [50s; 600s] gilt P1 = P2 = P0 = 0. Am ersten Zeitpunkt t1 ändern sich P1 und P2 und am zweiten Zeitpunkt verändert sich P0. Das erste bis dritte Zeitintervall werden jeweils durch ein Differenzialgleichungssystem der Form (1), (2), i = 2 beschrieben. Die erste Kurve D1 ist eine stetige Verknüpfung von Lösungsfunktionen der ersten Temperatur TF1 für das erste bis dritte Zeitintervall. Analog sind die zweite D2 und dritte Kurve D3 stetige Verknüpfungen der Lösungsfunktionen für die zweite Temperatur TF1 und die erste Kühltemperatur TKF1. Die stetigen Anschlussbedingungen können beispielsweise anhand des oben beschriebenen Gleichungssystem (6) mit (t + Δt) = t1 bzw. t2 ermittelt werden. Für die zweite Anode A2 wurde eine bessere Kühlung angenommen als wie für die erste Anode A1. Infolgedessen liegt die zweite Kurve D2 unter der ersten Kurve D1.
Eine Übertragung von Wärme von der ersten A1 und zweiten Anode A2 zum ersten Kühlfluid KF1 erfolgt mit endlicher Geschwindigkeit. Infolgedessen folgt der Temperaturverlauf der ersten Kühltemperatur TKF1 zeitversetzt zum Temperaturverlauf der ersten TF1 und zweiten Temperatur TF2. Der Maximalwert M wird zur Zeit t > t1, t2 erreicht. Anhand der Simulation kann überprüft werden, ob die erste Kühltemperatur TKF1 bzw. der Maximalwert M den Grenzwert TG überschreitet. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel bleibt die erste Kühltemperatur TKF1 sowie der Maximalwert M unter dem Grenzwert TG. Eine obere Grenze der thermischen Belastung der Röntgeneinrichtung wird nicht überschritten. Ein Röntgenprotokoll, welches die obigen Annahmen erfüllt, kann ohne eine thermische Überlastung der Röntgeneinrichtung ausgeführt werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kann neben der ersten Kühltemperatur TKF1 auch der Maximalwert M als eine die thermische Belastung der Röntgeneinrichtung wiedergebende Größe verwendet werden.
3 zeigt ein zweites Temperatur-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung der Berechnung des Maximalwerts M der ersten Kühltemperatur TKF1. Auf der Abszisse des zweiten Diagramms ist die Zeit in Sekunden, und auf der Ordinate die Temperatur in °C aufgetragen. Schwarz ausgefüllte Punkte S bezeichnen simulierte erste Kühltemperaturen TKF1. An die Punkte S ist eine erste Parabel PB1 angepasst. Koordinaten eines Maximums Max sind mit tmax und Tmax bezeichnet. Eine zweite Parabel ist mit PB2 bezeichnet.
Zur Berechnung des Maximalwerts M wird die erste Parabel PB1 an die Punkte S angepasst und das Maximum Max = (t_max, T_max) der ersten Parabel PB1 als Maximalwert M der ersten Temperatur TKF1 verwendet. Es können 3 bis 6 oder mehr Punkte S simuliert werden. Die Punkte S werden vorzugsweise derart simuliert, dass jeweils links und rechts des Maximalwerts M ein Punkt S liegt. Das ist für eine zeitlich aufeinanderfolgende Reihe von Punkten S1 = (t1; T1), S2 = (t2; T2), S3 = (t3; T3) mit t1 < t2 < t3 dann der Fall, wenn gilt: T1, T3 < T2. Mit derart berechneten Punkten S können Koeffizienten a, b, c der ersten Parabel PB1 der allgemeinen Form ax² + bx + c durch ein einfaches Gleichungssystem in bekannter Art und Weise bestimmt werden. Aus den Koeffizienten a, b, und c kann das Maximum Max der ersten Parabel PB1 zu Max = (–b/2a; c – b²/4a) bestimmt werden.
Im Gegensatz zur ersten Parabel PB1 überschreitet die zweite Parabel PB2 den Grenzwert TG. Bei überschreiten des Grenzwerts TG kann eine Ausführung des der Simulation zu Grunde liegenden Röntgenprotokolls verhindert oder eine Warnung erzeugt oder angezeigt werden.
Im Falle eines Überschreitens ist es auch möglich, eine Wartezeit zu berechnen und in das Röntgenprotokoll einzufügen, so dass die erste Kühltemperatur TFK1 bei einer Ausführung des Röntgenprotokolls den Grenzwert TG nicht mehr überschreitet. Die Berechnung der Wartezeit für ein Röntgenprotokoll kann z. B. wie folgt durchgeführt werden: Der Wert der Wartezeit wird ausgehend von einem Anfangswert in 50s-Schritten vergrößert. Für jeden Wert der Wartezeit wird der zeitliche Verlauf der ersten Kühltemperatur TKF1 simuliert und der zugehörige Maximalwert M, bzw. das Maximum Max, berechnet. Der Wert der Wartezeit wird so lange vergrößert bis der Maximalwert M zum ersten Mal gleich oder kleiner als der Grenzwert TG ist. An die berechneten Maxialwerte M wird wiederum eine dritte Parabel PB3(t) als Wartezeitfunktion angepasst. Eine im Wertebereich der Wartezeiten gelegene Nullstelle von PB3(t)-TG gibt diejenige Wartezeit an, bei welcher der Grenzwert TG gerade nicht überschritten wird.
4 zeigt schematisch eine Gantry 1 eines Röntgencomputertomografen mit einem Lastrechner 2. Die Gantry 1 weist eine in einem Gehäuse 3 an einem rotierbaren Rahmen 4 angebrachte erste 5A und zweite Röntgenröhre 5B auf. Die erste 5A bzw. zweite Röntgenröhre 5B weist eine erste A1 bzw. zweite Anode A2 auf. Zur Kühlung der ersten A1 bzw. zweiten Anode A2 ist ein erstes F1 bzw. ein zweites Fluid F2 vorgesehen. Gegenüberliegend der ersten 5A bzw. der zweiten Röntgenröhre 5B ist ein erster 6A bzw. zweiter Detektor 6B auf dem Rahmen 4 angeordnet. Eine am Rahmen befestigte und mit dem ersten 6A bzw. mit dem zweiten Detektor 6B verbundene Elektronikeinheit zur Steuerung und/oder Bildverarbeitung ist mit dem Bezugszeichen 7A bzw. 7B bezeichnet. Ein im Gehäuse 3 zirkulierendes erstes Kühlfluid ist mit KF1 bezeichnet. Zur Kühlung des ersten Kühlfluids ist ein Wärmetauscher 8 mit einem nicht gezeigten zweiten Kühlfluid vorgesehen. Zum Datenaustausch oder zum Übertragen von Steuersignalen ist der Lastrechner 2 mit der Gantry über eine Daten- oder Busleitung 9 verbunden.
Die Funktion der Gantry 1 und des Lastrechners 2 ist folgende:
Beim Betrieb der ersten Röntgenröhre 5A und/oder der zweiten Röntgenröhre 5B werden/wird wird die erste Anode A1 und/oder die zweite Anode A1 mit einer nicht dargestellten ersten und/oder zweiten Leistung beaufschlagt. Bei der ersten 5A und/oder der zweiten Röntgenröhre 5B kann es sich um eine Fest-, Drehanoden-, Drehkolben- oder um eine Gleitlagerrönt genröhre handeln. Am Rahmen 4 können auch lediglich eine Anode und ein Detektor gebracht sein. Es können auch drei oder mehr Anoden und Detektoren angebracht sein. Es kann sich um gleiche oder verschiedene Anodentypen handeln. Die Anoden und Detektoren können gegeneinander um einen Winkel zwichen 0 und 180 Grad versetzt auf dem Rahmen 4 angebracht sein. Das Beaufschlagen der ersten A1 und/oder zweiten Anode A2 führt zu einer Temperaturerhöhung der ersten A1 und/oder zweiten Anode A2 und des ersten F1 und/oder zweiten Fluids F2. Je nach Anodentyp kann die erste A1 bzw. zweite Anode A2 an einer Unterseite oder in deren Inneren vom ersten F1 bzw. zweiten Fluid F2 beaufschlagt werden. Zur Kühlung kann auch das Röhrengehäuse der ersten A1 bzw. zweiten Anode A2 vom ersten F1 bzw. zweiten Fluid F2 um- oder durchströmt werden. Beim Betrieb der Röntgeneinrichtung verursachen im Gehäuse 3 befindliche Antriebsmotoren von Drehanoden- und Drehkolbenröntgenröhren, die erste 7A und zweite Elektronikeinheit 7B, und nicht gezeigte elektrische Verbraucher eine thermische Belastung. Zur Verringerung der thermischen Belastung wird im Gehäuse das erste Kühlfluid KF1 zirkuliert. Eine vom ersten Kühlfluid KF1 aufgenommene Wärme wird über den Wärmetauscher 8 mittels des zweiten Kühlfluids aus dem Gehäuse 3 nach außen abgeführt.
Zur Simulation der thermischen Belastung ist der Lastrechner 2 vorgesehen. Vor Ausführen eines Röntgenprotokolls simuliert der Lastrechner 2 mit einem dafür vorgesehenen Programm zeitlich vorausschauend die erste Kühltemperatur und/oder den Maximalwert M. Die Simulation kann mit dem in Bezug zu 1 bis 3 beschriebenen Verfahren erfolgen.
Der Lastrechner kann bei einem Überschreiten des Grenzwerts der ersten Kühltemperatur eine Ausführung des Röntgenprotokolls verhindern oder eine Warnung ausgeben. Vorzugsweise berechnet der Lastrechner 2 automatisch eine erste Wartezeit und fügt diese derart in das Röntgenprotokoll ein, dass bei einer Ausführung des Röntgenprotokolls der Grenzwert nicht überschritten wird.
Vorteilhafterweise simuliert der Lastrechner auch die Temperatur der ersten A1 bzw. zweiten Anode A2. Der Lastrechner kann bei einem Überschreiten einer Grenztemperatur für die Temperatur die Ausführung des Röntgenprotokolls verhindern, eine Warnung ausgeben oder automatisch eine zweite Wartezeit berechnen und diese derart in das Röntgenprotokoll einfügen, dass bei einer Ausführung des Röntgenprotokolls die Grenztemperatur nicht überschritten wird.
Zur Überprüfung der tatsächlichen mit der simulierten Temperatur bzw. ersten Kühltemperatur kann der Lastrechner eine Temperaturüberwachungseinheit aufweisen. Anhand von nicht gezeigten Temperatursensoren kann die Temperatur des ersten F1 und/oder zweiten Fluids F2 und/oder die erste Kühltemperatur des ersten Kühlfluids KF1 gemessen werden. Mit gemessenen Werten kann eine Eichung durchgeführt werden. Das ist insbesondere bei einer Inbetriebnahme des Röntgencomputertomografen oder nach einer längeren Betriebspause von Vorteil. Ferner kann durch einen Vergleich der simulierten und der gemessenen ersten Kühltemperatur festgestellt werden, ob bei der Kühlung oder bei den vom ersten Kühlfluid KF1 gekühlten Komponenten eine Fehlfunktion vorliegt. Beispielsweise würde bei einer Überhitzung einer elektronischen Komponente eine größere Wärmemenge an das erste Kühlfluid KF1 abgegeben werden als der Simulation zu Grunde liegt. Die simulierte erste Kühltemperatur wäre kleiner als die tatsächlich gemessene.
Der zeitliche Verlauf der simulierten und/oder gemessenen Temperatur, der ersten Kühltemperatur, Warnungen oder dgl. können auf einem mit dem Lastrechner verbundenen, nicht gezeigten Monitor angezeigt werden.
Zur Steuerung von Funktionen des Röntgencomputertomografen in Abhängigkeit des Ergebnisses der Simulation kann der Lastrechner 2 eine nicht gezeigte, mit der Gantry 1 über die Daten- oder Busleitung 9 verbundene Steuerung aufweisen. Mittels der Steuerung kann der Lastrechner nach Berechnen einer geeigneten Wartezeit für ein vorgegebenes Röntgenprotokoll eine Röntgenuntersuchung automatisch ausführen. Eine Bedienung des Röntgencomputertomografen kann vereinfacht und ein Betrieb automatisiert werden.
5 zeigt ein drittes Temperatur-Zeit-Diagramm. Auf der Abszisse des dritten Diagramms ist die Zeit in Sekunden, auf der linken Ordinate die Temperatur in °C und auf der rechten Ordinate eine mittlere Leistung PQ in kW aufgetragen. Das dritte Diagramm zeigt einen Vergleich eines Ergebnisses der Simulation mit einem herkömmlichen Verfahren zur Überwachung einer thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung mit zwei Anoden. Im dritten Diagramm sind eine den zeitlichen Verlauf der ersten Temperatur einer ersten Anode wiedergebende vierte Kurve D4, eine den zeitlichen Verlauf der zweiten Temperatur einer zweiten Anode wiedergebende fünfte Kurve D5 und eine den zeitlichen Verlauf der ersten Kühltemperatur wiedergebende sechste Kurve D6 dargestellt. Eine siebte Kurve D7 gibt einen zeitlichen Verlauf einer auf die erste bzw. zweite Anode in einem Zeitintervall von 10 Minuten eingestrahlte mittlere Leistung PQ wieder. Das Bezugszeichen TG bezeichnet einen oberen Grenzwert der ersten Kühltemperatur. T0 bezeichnet eine Anfangstemperatur der ersten und zweiten Temperatur und der ersten Kühltemperatur. Eine Startzeit ist mit tS und ein dritter bis siebter Zeitpunkt sind mit t3 bis t7 bezeichnet. Eine Wartezeit ist mit dem Bezugszeichen r bezeichnet. Eine mittlere obere Grenzleistung ist mit PQG bezeichnet.
Der Simulation liegen folgende Annahmen zu Grunde: T0 = 20°C, TG = 23°C, TKF2 = 12°C, P0 = 1kW, t3 – tS = 20s, P1 = P2 = 60kW in [tS; t3], P1 = P2 = 0 in] t3; t4 – 0,5s], P1 = P2 = 10kW in] t4–0,5s; t4 + 0,5s]. Analog zu t4 gilt P1 = P2 = 10kW für die Zeitpunkte t5 bis t7.
Im Zeitintervall [tS; t3] wird auf beide Anoden eine Leistung von 60 kW eingestrahlt. Infolgedessen steigen die vierte D4 und fünfte Kurve D5 an. Dem dritten Zeitpunkt folgt die Wartezeit τ von 252s. Nach der Wartezeit τ wird im Zeitintervall [t4 – 0,5s; t4 + 0,5s] auf beide Anoden eine Leistung von 10kW eingestrahlt. Letzteres gilt analog für den fünften bis siebten Zeitpunkt t5 bis t7. Die Wartezeit τ wurde basierend auf der Simulation der ersten Kühltemperatur ermittelt. Die Länge der Wartezeit τ wurde derart berechnet, dass die sechste Kurve D6 der ersten Kühltemperatur unter dem Grenzwert TG bleibt. Mit der so berechneten Wartezeit τ kann ein auf den obigen Annahmen basierendes Röntgenprotokoll durchgeführt. werden, ohne dass eine durch den Grenzwert TG gegebene obere Grenze der thermischen Belastung der Röntgeneinrichtung überschritten wird.
Im Vergleich dazu ist mit der siebten Kurve D7 die in einem Zeitintervall von 10 Minuten auf jede der Anoden eingestrahlte mittlere Leistung PQ gegenüber der Zeit aufgetragen. Eine Beschränkung der in einem festen Zeitintervall, von z.B. 10 Minuten, auf die Anode eingestrahlten Leistung ist ein nach dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Überwachung der thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung. Wie aus dem Verlauf der siebten Kurve D7 entnommen werden kann, hat die mittlere Leistung PQ am Beginn der ermittelten Wartezeit τ die Grenzleistung PQG noch nicht erreicht. Jedoch wird die Grenzleistung PQG von der mittleren Leistung PQ für Zeiten mit t > 400s deutlich überschritten. D.h. nach dem bekannten Verfahren müsste eine weitere Wartezeit eingefügt werden, während mit dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren der Grenzwert TG nicht überschritten wird. Aus diesem Vergleich wird deutlich, dass das der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren eine verbesserte Ausnutzung der Leistung ermöglicht.
Mit dem erfindungsgemäßen Lastrechner mit dem Programm zur Durchführung des Verfahrens ist es möglich, die thermische Belastung der Röntgeneinrichtung besonders einfach, genau und umfassend zu berechnen. Eine Simulation der thermischen Belastung mit dem der Erfindung zugrunde liegende Verfahren ermöglicht es ferner eine besonders hohe Auslastung der Röntgeneinrichtung zu erreichen. Der Lastrechner kann zur Steuerung der Röntgeneinrichtung verwendet werden. Eine Röntgeneinrichtung mit dem Lastrechner ermöglicht einen besonders zuverlässigen Betrieb und eine besonders hohe Auslastung.

Claims

Lastrechner (2) mit einem Programm zur Durchführung eines Verfahrens zur Simulation einer thermischen Belastung einer Röntgeneinrichtung mit i Anoden (A1, A2), wobei i = 1, 2, 3, ... ist, wobei zur Kühlung der i-ten Anode (A1, A2) ein i-tes Fluid (F1, F2), zur Kühlung des ersten bis i-ten Fluids (F1, F2) ein erstes Kühlfluid (KF1) und zur Kühlung des ersten Kühlfluids (KF1) ein zweites Kühlfluid (KF2) vorgesehen sind, wobei der Lastrechner eine Temperaturüberwachungseinheit zur Überwachung einer ersten Temperatur (TF1, TF2) und/oder einer i-ten Temperatur (TF1, TF2), einen Sensor zum Ermitteln einer ersten Kühltemperatur (TKF1), einen i-ten Temperatursensor zum Ermitteln der i-ten Temperatur (TF1, TF2) aufweist, wobei das Programm zur Durchführung des Verfahrens den folgenden Schritt umfasst: zeitlich vorausschauendes Berechnen der die thermische Belastung in einem Zeitintervall wiedergebenden ersten Kühltemperatur (TKF1) des ersten Kühlfluids (KF1) anhand einer das folgende lineare Differenzialgleichungssystem lösenden Lösungsfunktion: TFi = lPi·Pi – k1i·(TFi – TKF1) TKF1 = Σi k2i·(TFi – TKF1) – k3·(TKF1 – TKF2) + lP0·P0,wobei P₀, P_i, l_Pi, I_P0, k_1i, k_2i, und k₃ im Zeitintervall konstant sind, wobei die Lösungsfunktion an Anschlussstellen aufeinanderfolgender Zeitintervalle stetig ist, und wobei T ._Fi eine zeitliche Änderung der i-ten Temperatur (TF1, TF2) des i-ten Fluids (F1, F2), T ._KF1,2 eine zeitliche Änderung der ersten bzw. zweiten Kühltemperatur (TKF1, TKF2), P_i eine auf die i-te Anode (A1, A2) eingestrahlte i-te Leistung (P1, P2), P₀ eine auf das erste Kühlfluid (KF1) übertragene, von einem elektrischen Verbraucher (5, 6, 7) der Röntgeneinrichtung erzeugte Verlustleistung (P0), l_Pi ein Leistungsabsorptionskoeffizient des i-ten Fluids (F1, F2) für die Leistung P_i (P1, P2), l_P0 ein Leistungsabsorptionskoeffizient der ersten Kühlflüssigkeit (KF1) für die Leistung P₀ (P0) und k_1i, k_2i, k₃ Temperaturübergangskoeffizienten sind.
Lastrechner (2) nach Anspruch 1, wobei i = 2 ist, das Zeitintervall durch [t; t + Δt] und die Lösungsfunktion gegeben ist durch: TKF(t + δt) = {Σj[Aj·Bj·exp(Bj·δt)] – IP1·P1}/k11+ TF1(t + δt),wobei t + δt ∊ [t; t + Δt], TF1(t + δt) = Σj[Aj·exp(Bj·δt)] + S, TF2 (t + δt) = {Σj[Aj·Bj·(Bj+k11)·exp(Bj·δt)]/k11 – – k21·TF11 (t + δt) + (k21 + k22 + k3)·TF2 (t + δt) – – k3·TKF2 – lP0·P0}/k22, j = 1, 2, 3; lP1 = lP2; S = [in·(k12·(k21 + k3)·P1 + k11·k22·P2) + + k11·k12·(k3·TKF2 + lP0·P0)]/k11·k12·k3 A_j Koeffizienten und B_j Nullstellen des Polynoms a₁·X³ + a₂. sind, und wobei gilt: a₁ = 1, a₂ = k₁₁ + k₁₂ + k₂₁ + k₂₂ + k₃, a₃ = k₁₁·(k₁₂ + k₂₂ + k₃) + k₁₂·(k₂₁ + k₃), a₄ = k₁₁·k₁₂·k₃, a₅ = l_P1·[k₁₂·(k₂₁ + k₃)·P₁ + k₁₁·k₂₂·P2] + k₁₁·k₁₂·(k₃·T_KF2 + l_P0·P₀).
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei des Weiteren ein Maximalwert (M) der ersten Kühltemperatur (TKF1) berechnet und als eine die thermische Belastung wiedergebende Größe verwendet wird.
Lastrechner (2) nach Anspruch 3, wobei zur Berechnung des Maximalwerts (M) eine Funktion zweiter Ordnung (PB1, PB2) an zeitlich aufeinanderfolgende erste Kühltemperaturen (TKF1) angepasst und ein Maximum (Max) der Funktion (PB1, PB2) als Maximalwert (M) verwendet wird.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die thermische Belastung für eine Ausführung eines vorgegebenen Röntgenprotokolls simuliert wird.
Lastrechner (2) nach Anspruch 5, wobei ein oberer Grenzwert (TG) der ersten Kühltemperatur (TKF1) vorgegeben ist, und wobei bei einem Überschreiten des Grenzwerts (TG) eine Ausführung des Röntgenprotokolls verhindert, eine Warnung erzeugt und/oder eine erste Wartezeit (τ) ermittelt und derart in das Röntgenprotokoll eingefügt wird, dass die erste Kühltemperatur (TKF1) bei der Ausführung des Röntgenprotokolls den Grenzwert nicht überschreitet.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die i-te Temperatur (TF1, TF2) berechnet und als eine die thermische Belastung wiedergebende weitere Größe verwendet wird.
Lastrechner (2) nach Anspruch 5 und 7, wobei für die i-te Temperatur (TF1, TF2) eine i-te Grenztemperatur vorgegeben ist und wobei bei einem Überschreiten der i-ten Grenztemperatur die Ausführung des Röntgenprotokolls verhindert, eine Warnung erzeugt und/oder eine zweite Wartezeit ermittelt und derart in das Röntgenprotokoll eingefügt wird, dass die i-te Temperatur (TF1, TF2) bei der Ausführung des Röntgenprotokolls die i-te Grenztemperatur nicht überschreitet.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die i-te Leistung (P1, P2) kleiner oder gleich einer vorgegebenen i-ten Maximalleistung ist.
Lastrechner (2) nach Anspruch 9, wobei die i-te Anode (A1, A2) mit der i-ten Maximalleistung für zumindest 15 Sekunden, vorzugsweise 20 Sekunden, vorzugsweise 30 Sekunden beschädigungsfrei beaufschlagbar ist und wobei die i-te Maximalleistung um einen Faktor zwischen 1,05 und 1,15, vorzugsweise zwischen 1,08 und 1,12, vergrößert wird, wenn die i-te Anode (A1, A2) mit der i-ten Leistung (P1, P2) weniger als 15 Sekunden, vorzugsweise weniger als 8 Sekunden, vorzugsweise weniger als 5 Sekunden beaufschlagt wird.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste bis i-te Fluid (F1, F2) flüssig und das erste Kühlfluid (KF1) gasförmig sind.
Lastrechner (2) nach Anspruch 11, wobei das erste Kühlfluid (KF1) ein Gehäuse (3) der Röntgeneinrichtung durchströmt.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Röntgeneinrichtung ein Röntgencomputertomograf ist und das Gehäuse Bestandteil einer Gantry (1) des Röntgencomputertomografen ist.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die i-te Anode (A1, A2) und/oder ein die i-te Anode (A1, A2) umgebendes Röntgenröhrengehäuse vom i-ten Fluid (F1, F2) beaufschlagt wird.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Kühltemperatur (TKF1) und/oder die i-te Temperatur (TF1, TF2) gemessen und ein jeweiliger Messwert für einen vorgegebenen Zeitpunkt mit der entsprechenden berechneten Kühl- und/oder i-ten Temperatur (TF1, TF2) verglichen wird/werden, und wobei bei einer Abweichung die Kühl- und/oder die i-te Temperatur (TKF1, TF1, TF2) durch den entsprechenden Messwert ersetzt wird/werden.
Lastrechner (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein zeitlicher Verlauf der ersten Kühltemperatur (TKF1) und/oder der ersten bis i-ten Temperatur (TF1, TF2) auf einem Monitor dargestellt wird/werden.
Lastrechner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Steuerung zum Steuern der Röntgeneinrichtung in Abhängigkeit einer mit dem Programm simulierten thermischen Belastung.
Röntgeneinrichtung gekennzeichnet durch einen Lastrechner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 18, wobei die Röntgeneinrichtung ein Röntgencomputertomograf ist.