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Röntgendiagnostikapparat Die Erfindung betrifft einen Röntgendiagnostikapparat
mit einer im Primärkreis des Hochspannungstransformators angeordneten und von einer
die Aufnahmedauer bestimmenden Vorrichtung gesteuerten elektronischen Schaltungsanordnung
für das Ein- und Ausschalten der Röntgenröhre, bestehend aus einer dem Primärkreis
des Hochspannungstransformators in Serie geschalteten Vollweggleichrichteranordnung,
an deren gleichstromseitigen Anschlußpunkten ein elektronisches Schaltelement angeschlossen
ist, das zum Einschalten der Röntgenröhre von der die Aufnahmedauer bestimmenden
Vorrichtung mit Hilfe eines Steuerimpulses in den leitenden Zustand steuerbar ist
und dem die Serienschaltung einer elektronischen Schaltröhre und eines Kondensators
parallelliegt, der durch eine nur während der Aufnahmepausen eingeschaltete Gleichspannungsquelle
mit einer Polarität aufladbar ist, die derjenigen des gleichstromseitigen Ausgangs
der Vollweggleichrichteranordnung entgegengerichtet ist und der zum Ausschalten
der Röntgenröhre durch Zünden der Schaltröhre mit Hilfe eines von der die Aufnahmedauer
bestimmenden Vorrichtung abgegebenen weiteren Steuerimpulses an das elektronische
Schaltelement zu seiner Unterbrechung parallelschaltbar ist.
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Ein Röntgendiagnostikapparat, der mit einer solchen bekannten Schaltungsanordnung
ausgerüstet ist, ermöglicht das Abschalten der Röntgenröhre unabhängig von der jeweiligen
Phasenlage des Primärstroms. Diese Unabhängigkeit des Abschaltens von der Phasenlage
ist, um Belichtungsfehler zu vermeiden, vor allem bei der dosisabhängigen Steuerung
des Röntgendiagnostikapparates durch einen Belichtungsautomaten von Bedeutung. Die
Auslegung der Schaltungsanordnung bietet jedoch bei Serien- bzw. Kinoaufnahmebetrieb
aus folgendem Grund erhebliche Schwierigkeiten. Um das elektronische Schaltelement
bei beliebiger Phasenlage des Primärstroms in den nichtleitenden Zustand zu steuern,
muß eine Stromquelle vorhanden sein, deren Spannung derjenigen am elektronischen
Schaltelement entgegengesetzt gerichtet und die so dimensioniert ist, daß sie die
Spannung am elektronischen Schaltelement während einer bestimmten Zeit so weit zu
kompensieren gestattet, daß sie unter den für eine Stromunterbrechung notwendigen
Minimalwert absinkt. Dazu wird meist ein entsprechend aufgeladener Kondensator benutzt,
dessen Kapazität auf Grund des geringen Innenwiderstandes des Primärkreises des
Hochspannungstransformators sehr groß bemessen sein muß, um die Spannung am elektronischen
Schaltelement auch während einer genügend langen Zeit so weit herabzusetzen, daß
das Schaltelement mit Sicherheit stromlos wird. Wenn für das Wiederaufladen des
Kondensators eine genügend lange Zeit zur Verfügung steht, kann der Ladekreis mit
verhältnismäßig einfachen Schaltelementen aufgebaut sein. Wird jedoch die zur Verfügung
stehende Zeit zwischen zwei Aufnahmen sehr kurz, wie z. B. bei Serien- oder Kinoaufnahmen,
so muß auf Grund der großen Kapazität des Kondensators der Ladekreis sehr niederohmig
bemessen sein und außerdem, mit Rücksicht auf die bestmögliche Ausnutzung der zur
Verfügung stehenden Zeit, an Stelle eines elektromechanisch gesteuerten Schalters
einen elektronisch gesteuerten Schalter besitzen. Ein solcher Ladekreis erhöht nicht
nur den erforderlichen Aufwand, sondern auch die Störanfälligkeit der Schaltvorrichtung
beträchtlich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Röntgendiagnostikapparat
der oben angegebenen Art eine elektronische Schaltvorrichtung zu schaffen, die beim
Betrieb mit einem dosisabhängig gesteuerten Belichtungsautomaten für Einzelaufnahmen
ein phasenunabhängiges Ausschalten und wahlweise umschaltbar bei Serien- bzw. Kinoaufnahmen,
bei denen die Aufnahmezeit also nicht erst während des Aufnahmeablaufs durch einen
Belichtungsautomaten ermittelt wird, sondern durch das Serien- bzw. Kinoaufnahmegerät
bereits vor Aufnahmebeginn festgelegt und häufig synchron mit der Netzfrequenz gesteuert
ist, ein phasenabhängiges Abschalten der Röntgenröhre im Nulldurchgang des Primärstroms
ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist bei dem bekannten Röntgendiagnostikapparat mit Hilfe
des bereits vorhandenen elektronischen Schaltelements nicht zu lösen, denn das Schaltelement
liegt nicht an einer Wechselspannung, sondern an einer pulsierenden Gleichspannung,
die entweder - wie beim Drehstrombetrieb - niemals
unter den für
eine Stromunterbrechung notwendigen Minimalwert oder - wie beim Einphasenbetrieb
- während zu kurzer Zeit unter diesen Wert absinkt, um ein sicheres Abschalten ohne
den Abschaltkreis. der beim Serien- bzw. Kinobetrieb wegen der beschriebenen Schwierigkeiten
ausgeschaltet werden soll, zu gewährleisten. Auch ein etwa zusätzlich vorhandener
mechanisch gesteuerter Schalter ist ung (Y -eeignet, denn auf Grund seiner mechanischen
Träg heit wäre er nicht in der Lage, die für den Kinobetrieb erforderlichen kurzen
Zeiten, wie sie beispielsweise bei einer Aufnahmefrequenz von über 25 Aufnahmen
pro Sekunde auftreten, zu schalten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von den in jedem
Strompfad der Vollweggleichrichteranordnung befindlichen zwei Gleichrichtern wenigstens
einer durch ein steuerbares elektronisches Schaltelement ersetzt ist, und daß ein
Steuergerät, dessen Steuerimpulse in ihrer zeitlichen Folge durch eine die Aufnahmedauer
bestimmende Vorrichtung festgelegt sind, die elektronischen Schaltelemente wahlweise
in der Weise steuert, daß die Unterbrechung der Aufnahme entweder durch die im Strompfad
der Vollweggleichrichteranordnung befindlichen elektronischen Schaltelemente im
Nulldurchgang des Primärstroms oder, in an sich bekannter Weise, durch das an den
gleichstromseitigen Anschlußpunkten der Vollweggleichrichteranordnung angeschlossene
elektronische Schaltelement in jeder beliebigen Phasenlage des Primärstroms erfolgt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zum gedämpften
Einschalten der Röntgenröhre bei beiden Betriebsarten an den gleichstromseitigen
Anschlußpunkten derVollweggleichrichteranordnung ein vorzugsweise spannungsabhängiger
Dämpfungswiderstand angeschlossen, wobei zum Einschalten der Röntgenröhre das Steuergerät
zunächst die in den Strompfaden der Vollweggleichrichteranordnung befindlichen elektronischen
Schaltelemente in den leitenden Zustand steuert, so daß der gesamte Primärstrom
über den Dämpfungswiderstand Hießt, und dann nach Ablauf einer bestimmten Zeit das
an den gleichstromseitigen Anschlußpunkten der Vollweggleichrichteranordnung angeschlossene
elektronische Schaltelement in den leitenden Zustand steuert und damit den Dämpfungswiderstand
überbrückt. Der Dämpfungswiderstand ist vorzugsweise so bemessen, daß der an ihm
auftretende Spannungsabfall bei der höchsten Röhrenspannung und dem bei dieser Spannung
höchstzulässigen Röhrenstrom etwa der halben Primärspannung gleich ist.
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Die steuerbaren elektronischen Schaltelemente und die Gleichrichter
der Vollweggleichrichteranordnung können noch eine weitere Aufgabe bei der synchron
mit der Netzfrequenz gesteuerten Serien- bzw. Kinoaufnahmetechnik erfüllen, die
darin besteht, einmal, zur besseren Ausnutzung der vorhandenen Röhrenleistung, die
Röntgenröhrenspannung impulsweise und synchron mit der Netzfrequenz so zu steuern,
daß während der Transportphase des Films keine Röntgenstrahlen erzeugt werden, und
zum anderen das Verhältnis von Impulsdauer zu Pausendauer in gewissen Grenzen zu
variieren. Diese Aufgabe ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gelöst,
daß einige der Gleichrichter und der steuerbaren Schaltelemente der Vollweggleichrichteranordnung
vor jeder Aufnahmeserie wahlweise zu bzw. abschaltbar sind. An Hand eines Ausführungsbeispiels
mit den F i g. 1 urd ? sei die Erfindung im folgenden näher erläutert.
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In F i g. 1 ist in stark vereinfachter Form ein Röntgendiagnostikapparat
dargestellt, der aus einem Drehstromnetz RST über einen Regeltransformator mit den
Wicklungen 1. 2, 3 gespeist ist und der einen Hochspannungstransformator 4, eine
Hochspannungsgleichrichteranordnung 5, einen Heiztransformator 6, eine Röntgenröhre
7 sowie je ein Einstellmittel 8 für die Röhrenspannung, 9 für den Röhrenstrom
und 10
für die Aufnahmezeit besitzt. Die Röhrenspannung wird durch mit dem
Einstellmittel 8 gekuppelte Regelabgriffe 11, 12, 13 eingestellt, die an
den Wicklungen 1, 2, 3 des Regeltransformators von der Einstellung des Einstellmittels
8 abhängige Spannungen abgreifen. die den Primärwicklungen 14 des Hochspannungstransformators
zugeführt sind. Die an den Sekundärwicklungen 15 auftretende Hochspannung wird über
die Drehstromvollweggleichrichteranordnung 5 der Röntgenröhre 7 zugeführt. Zum Regeln
des Röhrenstroms ist dem Primärkreis des Heiztransformators 6, an dessen Sekundärwicklung
der Heizfaden der Röntgenröhre angeschlossen ist, ein regelbarer Widerstand
16 in Serie geschaltet, dessen Regelabgriff 17 mit dem Einstellmittel 9 für
den Röhrenstrom gekuppelt ist. Zum Ein- und Ausschalten der Röntgenröhre ist der
Sternpunkt der Primärwicklung des Hochspannungstransformators über eine Drehstromvollweggleichrichteranordnung
geführt, die aus den Gleichrichtern 18, 19, 20 und den steuerbaren elektronischen
Schaltelementen 21, 22, 23 besteht. An den gleichstromseitigen Anschlußpunkten 24,
25 dieser Vollweggleichrichteranordnung ist ein weiteres steuerbares elektronisches
Schaltelement 26 angeschlossen, dem die Serienschaltung einer Schaltröhre 27 und
eines Kondensators 28 parallelliegt. Dem Kondensator wiederum ist ein Ladekreis,
bestehend aus der Spannungsquelle 29, dem Schalter 30 und dem Begrenzungswiderstand
31, parallelgeschaltet. Die gewünschte Aufnahmezeit kann durch eine Umschaltvorrichtung
32 mit Hilfe eines Betriebswahlschalters 33 wahlweise von einem Zeitschalter 34,
einem Belichtungsautomaten mit einer Abtastvorrichtung 35 und einem Steuergerät
36 oder einer Kinokamera 37 bestimmt werden. Das Einstellmittel 8 für die Röhrenspannung
ist mit einem Stellglied 38 und das Einstellmittel 9 für den Röhrenstrom
mit einem Stellglied 39
verbunden. Die Stellglieder 38, 39 und der Zeitschalter
34 sind in an sich bekannter und hier nicht näher dargestellter Weise derart miteinander
gekoppelt, daß eine Überlastung der Röntgenröhre durch Einstellen einer unzulässigen
Wertekombination vermieden ist.
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Zum Auslösen einer Aufnahme wird der Kontakt 40 geschlossen. der das
Steuergerät 41 dazu veranlaßt. den steuerbaren elektronischen Schaltelementen
21, 22, 23 einen Steuerimpuls zuzuführen, der sie in den leitenden Zustand
versetzt, so daß der Primärstromkreis des Hochspannungstransformators zunächst über
den spannungsabhängigen Dämpfungswiderstand 42 geschlossen ist, und der,
bei entsprechender Stellung des Betriebswahlschalters 33, auch die Kinokamera 37
einschaltet. Nach Ablauf einer bestimmten, von der Auslegung des Hochspannungstransformators
abhängig gewählten Zeit, führt das Steuergerät dem steuerbaren elektronischen Schaltelement
26 einen Impuls zu, der dieses in den leitenden Zustand versetzt. so daß der Dämpfungswiderstand
überbrückt
ist und der volle Primärstrom fließt. Nach Ablauf der Aufnahmezeit gibt es zwei
verschiedene Möglichkeiten, die Aufnahme zu unterbrechen, nämlich einmal das phasenstarre
Abschalten im Nulldurchgang des Primärstroms und zum anderen das von der jeweiligen
Phasenlage des Primärstroms unabhängige Unterbrechen zu jedem beliebigen Zeitpunkt
innerhalb einer Netzstromamplitude. Um von beiden Möglichkeiten wahlweise Gebrauch
machen zu können, besitzt das Steuergerät 41 einen Umschalter 43.
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Zum phasenstarren Abschalten der Röntgenröhre im Nulldurchgang des
Primärstroms wird den steuerbaren elektronischen Schaltelementen 21, 22, 23 nach
erfolgtem Abschaltkommando, beispielsweise durch den Zeitschalter 34, vom Steuergerät
41 eine negative Spannung zugeführt, so daß die Schaltelemente nach dem Nulldurchgang
des sie durchfließenden Stroms im nichtleitenden Zustand verbleiben.
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Soll das Abschalten der Aufnahme hingegen unabhängig von der Phasenlage
des Primärstroms erfolgen, so wird, wenn der Schalter 43 vor der Aufnahme in die
entsprechende Stellung gebracht worden ist, der elektronischen Schaltröhre 27 vom
Steuergerät 41 ein Zündimpuls und gleichzeitig den Steuerelektroden aller
steuerbaren elektronischen Schaltelemente eine solche Spannung zugeführt, daß sie
nach Unterschreiten eines bestimmten Stromwertes den nichtleitenden Zustand erreichen
und darin verbleiben. Das Unterschreiten eines bestimmten Primärstroms, unabhängig
von seiner Phasenlage, wird dadurch erreicht, daß die Ladung des Kondensators 28
über die gezündete Schaltröhre 27 in den Primärstromkreis gelangt und kurzzeitig
eine der elektromotorischen Kraft des Transformators entgegengesetzt gerichtete
elektromotorische Kraft bewirkt, die zu einer kurzzeitigen Stromreduzierung führt,
während der die elektronischen Schaltelemente den nichtleitenden Zustand erreichen
und wegen der negativen Vorspannung ihrer Steuerelektroden in diesem Zustand verbleiben.
Vor dem Zünden der Schaltröhre 27 zum Beendigen der Aufnahme wird der Schalter 30
vom Steuergerät 41 geöffnet, so daß der aus den Schaltelementen 29, 30, 31 bestehende
Ladekreis des Kondensators unterbrochen ist. Dadurch ist vermieden, daß der Stromfluß
nach erfolgtem Abschaltkommando über den Ladekreis und die Schaltröhre 27 aufrechterhalten
bleibt. Nachdem der Primärstromkreis unterbrochen und die Schaltröhre 27 gelöscht
ist, wird der Kontakt 30 vom Steuergerät wieder geschlossen, um den Kondensator
für den nächsten Abschaltvorgang aufzuladen.
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Die Kinokamera 37 ist im allgemeinen netzsynchron gesteuert. Um der
Röntgenröhre im Hinblick auf die höchstzulässige Belastung die größtmögliche Leistung
entnehmen zu können, besteht häufig der Wunsch bzw. die Notwendigkeit, an Stelle
eines kontinuierlichen Betriebes während der gesamten Kinoserie die Röntgenröhre
mit Hilfe eines nicht dargestellten, an die Kinokamera angebauten Steuerkontaktes
nur während der einzelnen Aufnahmephasen einzuschalten und während der Zeit des
Filmtransports auszuschalten. Für eine solche Impulssteuerung könnte an sich die
Vorrichtung für das phasenunabhängige Unterbrechen der Röntgenröhrenspannung mit
Hilfe des steuerbaren Schaltelements 26 und der zugehörigen Löschvorrichtung benutzt
werden. Da die Zeit zwischen zwei Aufnahmen und damit die Zeit für das Aufladen
des Löschkondensators bei den von der Kinokamera gesteuerten im Vergleich zu den
von Hand gesteuerten Aufnahmen sehr kurz ist und unter Umständen nur einige Millisekunden
beträgt, müßte der Ladekreis für den Löschkondensator 28 sehr niederohmig bemessen
sein und außerdem elektronisch gesteuert werden. Um diesen hohen Aufwand zu vermeiden,
wird beim Kinobetrieb von der bereits beschriebenen Abschaltvorrichtung Gebrauch
gemacht, bei der die vom Steuergerät 41 beeinflußten elektronischen Schaltelemente
21, 22, 23 den Primärkreis des Hochspannungstransformators im Nullpunkt des Stroms
unterbrechen.
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Es besteht häufig der Wunsch, das Verhältnis von Impulsdauer zu Pausendauer
bei Serien- bzw. Kinoaufnahmen in gewissen Grenzen synchron mit der Netzfrequenz
zu variieren. Um auch in diesem Falle die Röntgenröhre impulsweise nur während der
Aufnahmephasen einschalten zu können, ist im Strompfad des Gleichrichters
18 ein Schalter 44 und im Strompfad des Gleichrichters 19 ein Schalter
45 angeordnet, die von einem Kamerasteuergerät 46 über das Steuergerät 41 wahlweise
in Abhängigkeit von dem mit Hilfe des Schalters 47 gewählten Verhältnis von Aufnahmedauer
zu Pausendauer geöffnet bzw. geschlossen werden. Darüber hinaus beeinflußt das Kamerasteuergerät
46 das Steuergerät 41 in der Weise, daß in Abhängigkeit von der mit dem Wahlschalter
47 eingestellten Größe entweder eines der beiden steuerbaren elektronischen Schaltelemente
21, 23 oder beide für die Dauer der Kinoaufnahmeserie im nichtleitenden Zustand
verbleiben. Die sich daraus ergebenden Verhältnisse seien an Hand der F i g. 2 im
folgenden näher erläutert.
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In F i g. 2 a sind die Augenblickswerte der Spannungen zwischen den
einzelnen Phasen des Drehstromnetzes dargestellt. F i g. 2 b zeigt den Spannungsverlauf
an der Röntgenröhre in Abhängigkeit von der Zeit, wenn alle Gleichrichter und steuerbaren
elektronischen Schaltelemente der im Primärkreis des Hochspannungstransformators
angeordneten Vollweggleichrichteranordnung in Betrieb sind. In F i g. 2c ist der
Spannungsverlauf an der Röntgenröhre bei gesperrtem elektronischem Schalter
21, in F i g. 2 d zusätzlich mit geöffnetem Schalter 45, in F i g. 2 e zusätzlich
mit gesperrtem elektronischem Schaltelement 23 und in F i g. 2 f zusätzlich mit
geöffnetem Kontakt 44 dargestellt. Daraus ist zu entnehmen, daß es mit Hilfe der
vorhandenen Schaltelemente, die lediglich durch zwei Kontakte ergänzt sind, möglich
ist, ohne weitere, insbesondere während des Aufnahmeablaufs wirkende Steuermittel,
wie beispielsweise der Steuerkontakt an der Kinokamera, einen Kinoimpulsbetrieb
durchzuführen, der netzsynchron gesteuert ist und außerdem die Möglichkeit bietet,
das Verhältnis von Aufnahmedauer zu Pausendauer in gewissen Grenzen zu variieren.