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Diagnostik-Röntgenapparat, bei dem die Röntgenröhrenspannungseinstellung
in indirekter Weise durch eine Änderung des Röntgenröhrenstromes vorgenommen wird
Die Erfindung betrifft einen Diagnostik-Röntgenapparat, bei dem die Röntgenröhrenspannungseinstellung
in indirekter Weise durch eine Änderung des Röntgenröhrenstromes vorgenommen wird,
wobei der Innenwiderstand des Apparates so ausgelegt ist, daß die Innenwiderstandsgerade
die einer einzigen definierten Grenzzeit zugeordnete Leistungshyperbel etwa in der
Mitte des Spannungseinstellbereiches tangiert.
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Die Erfindung geht von einem Röntgenapparat aus, bei dem die Röntgenröhrenleistung
bei Änderung der Röntgenröhrenspannung zumindest angenähert erhalten bleiben soll
(Isowatteinstellung), wobei die Röntgenröhrenspannungsänderung in indirekter Weise
durch eine Änderung des Röntgenröhrenstromes vorgenommen wird (indirekte Röntgenröhrenspannungseinstellung).
Bei einem solchen Apparat wird die Tatsache ausgenutzt, daß der Abfall der Röntgenröhrenspannung
am Apparateinnenwiderstand gegenüber der Leerlauf-Hochspannung mit wachsendem Röntgenröhrenstrom
anwächst, wodurch die Röntgenröhrenspannung absinkt. Der Innenwiderstand des Apparates
ist dabei derart ausgelegt, daß die Innenwiderstandskurve die Hyperbel der Röntgenröhrenleistung
etwa in der Mitte des Spannungseinstellbereiches tangiert.
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Die Wirkungsweise eines derartigen Apparates sei an Hand der Fig.
1 erläutert, in der die Kurve a als Leistungshyperbel die Wertepaare des auf der
Abszisse aufgetragenen Röntgenröhrenstromes und der auf der Ordinate aufgetragenen
Röntgenröhrenspannung kennzeichnet, welche die generell gewählte Röntgenröhrenleistung
ergeben. Der Innenwiderstand des Röntgenapparates ist so einzurichten, daß die Widerstandskurve
h die Leistungshyperbel a möglichst in der Mitte des Spannungseinstellbereiches
tangiert. Da der Innenwiderstand eines Röntgenapparates über den Spannungseinstellbereich
nahezu konstant und die Widerstandskurve b daher angenähert eine Gerade ist, hißt
sich die angestrebte, über den Einstellbereich konstant bleibende Röntgenröhrenleistung
exakt nur in einem Punkt (A in Fig. 1) des Spannungseinstellbereiches erreichen.
Das bedeutet für einen Apparat, bei dem nach Erreichen der der gewählten Röntgenröhrenleistung
zugeordneten zulässigen Belastungsdauer (Grenzbelastungszeit) eine Abschaltung der
Röntgenröhrenspannung oder eine Herabsetzung der Röntgenröhrenleistung vorgenommen
wird, daß die Belastungsfähigkeit der Röntgenröhre bei kleinen und großen Röntgenröhrenspannungswerten
nicht voll ausgenutzt wird.
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Für eine vollkommen exakte Leistungskonstanz über den gesamten Spannungseinstellbereich
ist bereits vorgeschlagen worden, den Innenwiderstand des Röntgenapparates in Abhängigkeit
von der Spannungseinstellung zu verändern. Die Charakteristik eines dazu erforderlichen
Zusatzwiderstandes ist in Abhängigkeit von den einstellbaren Stromwerten als Kurve
c in die Fig. 1 gestrichelt eingetragen. Die praktische Durchführung einer derartigen
Maßnahme ist jedoch sehr aufwendig, da der veränderbare Zusatzwiderstand sehr niederohmig
und für eine große Leistung ausgelegt sein muß.
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Bei einem anderen bekannten Röntgenapparat, bei dem die Einstellung
der Röntgenröhrenspannung ebenfalls indirekt durch eine Änderung des Röhrenstroms
vorgenommen wird, sind die Verhältnisse so gewählt, daß eine Spannungsänderung praktisch
keine Änderung der von der Röntgenröhre abgegebenen Dosisleistung bewirkt. Die Folge
davon ist, daß jede Dosisänderung in Anpassung an verschiedene Aufnahmeobjekte gemäß
der Beziehung Dosis gleich Dosisleistung mal Zeit nur durch eine entsprechende Änderung
der Aufnahmezeit erreicht werden kann. Um eine konstante Röhrenbelastung über den
gesamten Regelbereich zu erreichen, muß jeder einstellbaren Aufnahmezeit eine entsprechende
Röhrenleistung zugeordnet sein. Zur diesem Zweck ist bei diesem bekannten Röntgenapparat
ein regelbarer und mit dem Zeiteinstellglied gekuppelter Widerstand in den Primärkreis
des Hochspannungstransformators eingeschaltet. Da dieser Widerstand und damit auch
sein
Regelabgriff von dem hohen Primärstrom durchflossen wird, stellen
sich bezüglich der Kontaktsicherheit zwischen Regelabgriff und Widerstand erhebliche
technische Schwierigkeiten ein.
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Soll dieser bekannte Röntgenapparat mit einem Belichtungsautomaten
betrieben werden, so ergibt sich ein weiterer Nachteil durch die Möglichkeit der
freien Wahl der beiden die Belastung der Röntgenröhre bestimmenden Faktoren. Leistung
und Zeit. Es ist möglich und für den Betrieb ohne Belichtungsautomat auch sinnvoll,
beispielsweise bei sehr starken Aufnahmeobjekten eine niedrige Röhrenleistung bei
langer Aufnahmezeit einzustellen. Bei automatisiertem Betrieb kann diese Einstellung,
falls sie durch ein Versehen bei einem schwächeren Aufnahmeobjekt beibehalten wird,
zu einer unzulässigen Verlängerung der Aufnahmezeit führen. Umgekehrt reicht bei
versehentlich zu hoher Leistungseinstellung und entsprechend kurzer Aufnahmezeit
bei sehr starken Aufnahmeobjekten die Dosis nicht aus, um eine ausreichende Schwärzung
des Röntgenfilms zu erzielen. Bei diesem bekannten Röntgenapparat ist also trotz
des verwendeten Belichtungsautomaten eine relativ genaue Anpassung der einzustellenden
Werte an das jeweilige Aufnahmeobjekt notwendig.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
für die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Belastung der Röntgenröhre über
den gesamten Spannungseinstellbereich den Zeitschalter zu kuppeln mit dem Wahlschalter
für die indirekte Spannungseinstellung der Röntgenröhre zur selbsttätigen Beeinflussung
der Grenzzeit in Abhängigkeit von der Röntgenröhrenspannung und nach Erreichen der
Grenzzeit in an sich bekannter Weise Widerstandsmittel einzuschalten, die eine solche
Reduzierung der der Röntgenröhre zugeführten Leistung bewirken, daß eine Überlastung
der Röntgenröhre unter Berücksichtigung der maximalen Aufnahmezeit vermieden ist.
Dadurch ist erreicht, daß die Röntgenröhre mit der maximal zulässigen Leistung über
den gesamten Spannungseinstellbereich ohne eine Beeinflussung durch Widerstandsmittel
im Primärkreis des Hochspannungstransformators voll ausgelastet ist. Gleichzeitig
ist vermieden, daß der Zeitschalter, obschon die erforderliche Dosis innerhalb der
Grenzzeit gegebenenfalls nicht erreicht ist, die Röntgenröhre abschaltet. Sie wird
vielmehr mit verminderter Leistung im Rahmen der zulässigen Belastung so lange weitenbetrieben,
bis die richtige Dosis erreicht und der Röntgenapparat beispielsweise vom Belichtungsautomaten
abgeschaltet wird.
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In dem Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht die Kurve h den Innenwiderstand
des Apparates. Jedem Röntgenröhrenspannungswert läßt sich eine Leistungshyperbel
zuordnen, welche die Kurve h in der Höhe des Spannungswertes schneidet. Jede dieser
Leistungshyperbeln entspricht einer Grenzzeit der höchstzulässigen Röntgenröhrenbelastung,
die bei kontinuierlicher Regelung der Grenzzeit dem entsprechenden Spannungswert
zuzuordnen wäre. Praktisch verfährt man zur Ermittlung der den Spannungswerten zugeordneten
Grenzzeiten so, daß man im Diagramm der Fig. 2 zu den Spannungswerten die ihnen
durch die Widerstandskurve h zugeordneten Stromwerte aufsucht und damit die zugehörigen
Röntgenröhrenleistungen errechnet. Aus dem Belastungsdiagramm der Röntgenröhre,
das die zulässige Röntgenröhrenleistung in Abhängigkeit von der Einschaltdauer darstellt,
ermittelt man dann zu den errechneten Leistungswerten die zugeordneten Grenzzeiten.
Weist der Röntgenapparat eine stufenweise Spannungseinstellung auf, so sind die
Grenzzeiten auf diese Weise zu den vorgegebenen Spannungsstufenwerten zu ermitteln.
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In dem Diagramm der Fig. 2 sind die Leistungshyperbeln d bis g mit
den Grenzzeiten 0,2, 0,3, 0,=i und 0,6 Sekunden eingezeichnet. Die Widerstandskurve
h tangiert die Kurve rl für die größte Röntgenröhrenleistung. In einer Tabelle
sind den einstellbaren Spannungswerten die auf ganze zehntel Sekunden aufgerundeten
Grenzzeiten gegenübergestellt. Man ersieht daraus, daß den Grenzzeiten 0,3 und 0,4
Sekunden Spannungswerte des oberen und des unteren Spannungseinstellbereiches zugeordnet
sind.
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In der Fig. 3 ist schematisch die Schaltungsanordnung eines Röntgenapparates
nach der Erfindung -der Einfachheit halber ohne Gleichrichteranordnung - dargestellt.
Eine Röntgenröhre 1 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 Röntgenröhrenspannung
bewirkt eine selbsttätige Abschaltvorrichtung 5 (Belichtungsautomat), 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.
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Die Röntgenröhrenheizspannung wird einem Heiztransformator 9 entnommen,
in dessen Primärkreis ein veränderbarer Widerstand 10 angeordnet ist. Die Einstellung
des Widerstandes 10 erfolgt durch den Einstellknopf 11 nicht wie üblich nach Maßgabe
einer mA-Skala, sondern an Hand einer kV-Skala. Der Innenwiderstand des Röntgenapparates
ist durch den zusätzlich in den Primärkreis des Hochspannungstransformators 2 eingefügten
Widerstand 12 derart abgestimmt, daß die Widerstandskurve den in der Fig. 2 skizzierten
Verlauf hat.
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Unabhängig von der durch den Belichtungsautomaten 5 gesteuerten Wirkung
des Steuergerätes 4 schaltet dieses durch Öffnen des Schalters 16 nach einer veränderbaren
Grenzzeit, sofern bis dahin der Belichtungsautomat noch nicht angesprochen hat,
den Widerstand 14 in den Heizkreis der Röntgenröhre 1. Damit die Röntgenröhrenspannung
dabei nicht infolge des verringerten Röntgenröhrenstromes und der damit verringerten
Spannungsabfälle an den nicht unbeträchtlichen Innenwiderständen des Röntgenapparates
über den voreingestellten Wert ansteigt, wird zugleich mit der Verminderung des
Röntgenröhrenstromes durch Öffnen des Schalters 17 ein Widerstand 18 in den Primärkreis
des Apparates eingeschaltet.
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Nach einer weiteren fest vorgegebenen Zeit von z. B. 5 Sekunden, bis
zu welcher die Röntgenröhre mit der verminderten Leistung ungefährdet weiterbelastet
werden kann, wird der Kontakt 3 geöffnet, sofern dies bis dahin noch nicht durch
den Belichtungsautomaten 5 veranlaßt wurde.
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Wie durch eine gestrichelte Linie zwischen dem Einstellknopf 11 und
dem Steuergerät 4 angedeutet, wird die Zeit, nach welcher die Herabschaltung der
Röntgenröhrenleistung erfolgt, in Abhängigkeit von der Röntgenröhrenspannung nach
den an Hand der Fig. 2 erläuterten Regeln verändert. Das Steuergerät enthält für
diesen Zweck z. B. einen Kondensatorzeitschalter
mit einem Satz
wahlweise einzuschaltender Entladewiderstände.