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Röntgendiagnostikapparat mit Initialbelastung Unter der Bezeichnung
Initialbelastung ist in der Technik der Röntgendiagnostikapparate ein Verfahren
zum Betrieb einer Röntgenröhre bekannt, bei dem die RöntgenröhrEnleistung während
der Aufnahme vermindert wird, und zwar derart, daß die Brennflecktemperatur infolge
einer hohen Anfangsleistung sehr schnell dem höchstzulässigen Wert angenähert wird,
dieser Wert aber im weiteren Verlauf der Aufnahme nicht überschritten wird. Dieses
Verfahren ermöglicht kürzere Aufnahmezeiten als die übliche Röhrenbelastung mit
während der ganzen Aufnahmedauer gleichbleibenden Betriebswerten (Konstantbelastung),
bei der die höchstzulässige Brennflecktemperatur erst gegen Ende der Belichtung
erreicht wird.
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Die bei der Initialbelastung übliche Verminderung des Röntgenröhrenstronies
während der Aufnahme hat zur Folge, daß sich die Röntgenröhrenspannung wegen des
sich ändernden Spannungsabfalls ebenfalls ändert. Es-ist deshalb sehr schwierig,
bei der Voreinstellung der Belichtungsdaten bestimmte Strahlendosen eindeutig vorher
festzulegen. Es ist zwar vorgeschlagen worden, den sich bei der Initialbelastung
zeitlich ändernden Spannungsabfall während der Aufnahme konstant zu regeln. Soweit
es sich dabei um rein elektronische Regelmittel handelt, sind sie aber sehr aufwendig.
Elektromechanische Regelmittel lassen zumindest im Gebiet kurzer Belichtungszeiten
keine ausreichende Genauigkeit für eine exakte Einhaltung der vorgesehenen Strahlendosis
erzielen. Es ist daher bereits weiterhin vorgeschlagen worden, bei einem Röntgenapparat
mit Initialbelastung die Unterbrechung der Aufnahme selbsttätig auf Grund einer
Strahlendosismessung erfolgen zu lassen, wie es für belichtungsautomatisierte Röntgenapparate
bekannt ist, und bei Verzicht auf Steuermittel für eine exakte Konstantregelung
der Röntgenröhrenspannung während der Aufnahme die Röntgenröhrenspannung durch relativ
einfache Schaltmittel lediglich innerhalb vorgegebener enger Grenzen zu halten.
Diesem Vorschlag liegt die Überlegung zugrunde, daß bei einer Einrichtung, bei der
die Unterbrechung der Aufnahme im Hinblick auf eine optimale Bildschwärzung auf
Grund einer Dosismessung erfolgt, die voreingestellte Röntgenröhrenspannung nur
noch für die Festlegung der mittleren Strahlenhärte und damit des Bildcharakters
maßgebend ist. Im Hinblick auf diese Funktion kann aber eine gewisse Abweichung
der Röntgenröhrenspannung vom vorgewählten Wert in Kauf genommen werden.
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Die Erfindung sucht die Tatsache auszunutzen, daß ein in an sich bekannter
Weise in den Primärkreis des Hochspannungstransformators eines Röntgenapparates
eingeschalteter Glühwiderstand einen während des Einschaltvorganges anwachsenden
Spannungsabfall im Primärkreis verursacht. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen,
einen derartigen, zu Aufnahmebeginn noch kalten Glühwiderstand für einen Röntgenapparat
mit Initialbelastung derart zu bemessen, daß seine zeitliche Widerstandsänderung
beim Einschaltvorgang eine mindestens ungefähre Konstanthaltung der Röntgenröhrenspannung
während der Belastung erzwingt.
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Es ist an sich bekannt, spezielle Glühwiderstände, z. B. sogenannte
Eisen-Wasserstoff-Widerstände, deren Widerstand etwa der angelegten Spannung. proportional
ist, zur Kompensation von Netzspannungsschwankungen in den Primärkreis eines Röntgenapparates
einzuschalten. Entsprechend ihrem ganz anderen Zweck, für den der Einschaltvorgang
ohne Bedeutung ist, unterliegt ihre Bemessung aber einer ganz anderen Regel als
der durch die Erfindung gegebenen. .
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Für die Spannungsänderung an der Röntgenröhre während des Initialvorganges
ist die vorgegebene Anfangs- und Endleistung und der im Pöntgenröhrenstromkreis
wirksame Innenwiderstand maßgebend. Für einen handelsüblichen Drehstromapparat sind
in der Fig. 1 drei Spannungskurven a, b, c dargestellt, welche den Spannungsanstieg
-an der Röntgenröhre für den Fall veranschaulichen, daß die auf der Abszisse abgetragene
Röntgenröhrenleistung von 60 auf 10 kW vermindert wurde. Es leuchtet ein, daß durch
einen sich in geeigneter Weise zeitlich ändernden, im Röntgenröhrenkreis wirksamen
Widerstand z. B. für die maximal einstellbare Röntgenröhrenspannung des Röntgenapparates
eine konstante Röhrenspannung erzielt werden kann (s. die Linie d in Fig. 1). Diese
exakte Kompensation des Spannungsanstiegs wird zweckmäßig bei der höchsten einstellbaren
Röntgenröhrenspannung
vorgenommen, damit deren vorgesehener Maximalwert
betriebsmäßig nicht überschritten wird. Die gleiche Widerstandsänderung würde bei
niedrigeren Röhrenspannungen theoretisch ebenfalls eine vollständige Kompensation
des Spannungsanstiegs bewirken, wenn- man voraussetzt, däß der gesamte Innenwiderstand
des Hochspannungsgenerators auf der Primärseite des Regeltransformators konzentriert
wäre und der Röntgenröhrenstrom sich bei Änderung der Röntgenröhrenspannung umgekehrt
proportional wie diese ändern würde. Praktisch bewirkt aber der auf der Sekundärseite
des Hochspannungsgenerators liegende Widerstandsanteil einen Spannungsanstieg, wie
er durch die Kurven e und f dargestellt ist. Da jedoch bei niedriger Hochspannung
die vom Hochspannungstransformator aufgenommene Primärleistung höher ist als bei
hoher Hochspannung, wird bei der erfindungsgemäßen Einschaltung eines Glühwiderstandes
in den Primärkreis dieser Widerstand bei niedriger Hochspannung stärker erwärmt
und damit am Ende der Belastung hochohmiger als bei einer hohen Röntgenröhrenspannung.
Das wirkt sich dahin aus, daß bei den niedrigen Röntgenröhrenspannungen die Kompensation
besser ist, als in der Fig. 1 dargestellt.
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Für den temperaturabhängigen Vorwiderstand eignet sich ein Wolframdraht,
der im Vakuum oder in einem Schutzgas untergebracht ist. Für seine exakte Dimensionierung
sind eine Reihe nichtlinearer Zusammenhänge zu berücksichtigen, nämlich die Temperaturabhängigkeit
des spezifischen elektrischen Widerstandes, die Wärmekapazität, die Strahlungsleistung
pro Oberflächeneinheit sowie die Wärmeableitung an die Halterung der Drahtenden
und gegebenenfalls an das Schutzgas. Eine überschlägige Dimensionierung ergibt für
einen mit 380 Volt betriebenen handelsüblichen Drehstromapparat für jede Phasenleitung
einen Wolframdraht von etwa 1 m Länge und 0,8 mm Durchmesser, also ein Bauelement,
das in gewendeltem Zustand nur wenig Raum beansprucht. Die Leistungsaufnahme und
Abstrahlung des Glühwiderstandes beträgt am Ende des Initialvorganges etwa 1 kW.
Ein solches Bauteil läßt sich daher auch durch handelsübliche Glühbirnen verwirklichen.
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An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung erläutert werden.
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In der Fig. 2 ist schematisch die Schaltungsanordnung eines Röntgenapparates
nach der Erfindung - der Einfachheit ohne Gleichrichteranordnung -dargestellt. Eine
Röntgenröhre l wird über einen Hochspannungstransformator 2 an Spannung gelegt,
solange der im Primärkreis des Transformators 2 angeordnete Kontakt 3 durch ein
schematisch angedeutetes Steuergerät 4 geschlossen ist. Die Abschaltung der Röntgenröhre
1 bewirkt eine selbsttätige Abschaltvorrichtung 5, die eine in Strahlenrichtung
hinter dem Objekt 6 angeordnete Ionisationsmeßkammer 7 enthält und nach Erreichung
eines optimalen Schwärzungsgrades für den Film 8 ein Abschaltsignal an das Steuergerät
4 gibt. Die Regelung der Hochspannung erfolgt an einem Vortransformator 9 durch
Verstellen eines Abgriffes 10.
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Die Röntgenröhrenheizspannung wird einem Heiztransformator 11 entnommen,
dessen Primärkreis einen Widerstand 12 mit zwei verstellbaren Anzapfungen 13 und
14 enthält. Von diesem Widerstand 12 ist der kleinere Teil über die Anzapfung 13
vor Beginn der Aufnahme durch den Kontakt 15 in den Heizstromkreis eingeschaltet,
so daß sein Ohmwert den Anfangsemissionsstrom für die Röntgenröhre 1 bestimmt. Mit
Beginn der Aufnahme wird der Kontakt 15 synchron mit dem Kontakt 3 umgeschaltet,
so daß dann der größere, durch die Stellung der Anzapfung 14 bestimmte Teil des
Widerstandes 12 und ein dem Widerstand 12 in Serie geschalteter Glühwiderstand 16
den Emissionsstrom bestimmen, welcher allerdings wegen der Wiirmeträgheit des Kathodenglühfadens
erst allmählich auf seinen Endwert absinkt. Auf diese Weise wird ein exponentiell
abklingender Röntgenröhrenstrom während der Aufnahme erzielt, wobei der Glühwiderstand
16 die Zeitkonstante des allein durch den Glühkathodenfaden der Röntgenröhre 1 gegebenen
Stromabfalls vergrößern und dem gewünschten Wert anpassen soll. Bei der angegebenen
Schaltung ist verhindert, daß der Heizstrom während der Umschaltung vorübergehend
unterbrochen wird. Die Anfangs- und Endwerte des Emissionsstromes müssen zur Erzielung
bestimmter Anfangs- und Endwerte der Röntgenröhrenleistung von der eingestellten
Röntgenröhrenspannung abhängig sein. Daher sind die verstellbaren Anzapfungen 13,
14 des Widerstandes 12 mit dem Abgriff 10 am Vortransformator 9 gekuppelt. Der Glühwiderstand
16 kann z. B. eine einfache handelsübliche Glühbirne sein.
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Um den Anstieg der Röntgenröhrenspannung infolge des absinkenden Röntgenröhrenstromes
in Grenzen zu halten, wird mit Aufnahmebeginn dem Vortransformator 9 ein Glühwiderstand
17 vorgeschaltet, indem das Steuergerät 4 einen weiteren Kontakt 18 auftrennt. Durch
den sich dadurch verzögert erhöhenden Spannungsabfall wird der Spannungserhöhung
an der Röntgenröhre 1 entgegengewirkt. Dabei ist es im angegebenen Falle für eine
gute Kompensation günstig, daß sowohl die Absenkung des Röntgenröhrenstromes als
auch die Absenkung der zugeführten Betriebsspannung durch physikalisch gleichartig
wirkende Mittel erfolgt.