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Belichtungsautomatisierter Röntgendiagnostikapparat mit Überlastungsschutzmitteln
und einer Vorrichtung zum Messen der Strahlendosisleistung Zusatz zum Patent: 1076
836 Die Erfindung betrifft einen belichtungsautomatisierten Röntgendiagnostikapparat
mit tJberlastungsschutzmitteln für die Röntgenröhre, mit einer Vorrichtung zum Messen
der Strahlendosisleistung hinter dem Aufnahmeobjekt sowie mit einer Schaltungsanordnung
zum Einstellen der Röntgenröhrenleistung und mit einem einzigen Einstellmittel für
die Voreinstellung der Röntgenröhrenspannung gemäß Patent 1 076 836.
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Bekannte Röntgenapparate mit Belichtungsautomat besitzen eine Überlastungsschutzvorrichtung
für die selbsttätige Unterbrechung der Röntgenaufnahme bei Erreichen der höchstzulässigen
Belastung der Röntgenröhre (Grenzlast) ohne Berücksichtigung der vom Belichtungsautomaten
registrierten und für die richtige Abbildung des Aufnahmeobjekts auf dem Film erforderlichen
Dosis. Um zu verhindern, daß die Aufnahme vor dem Ansprechen des Belichtungsautomaten,
also vor Erreichen der für die richtige Filmschwärzung erforderlichen Dosis, von
der Oberlastungsschutzvorrichtung unterbrochen wird, ist es notwendig, daß die Bedienungsperson
in Kenntnis der Tatsache, daß die Grenzlast mit kleiner werdender Röntgenröhrenleistung
steigt, die für die Größe der Röntgenröhrenleistung maßgebenden Betriebswerte, also
Röntgenröhrenspannung und/oder -strom, klein genug wählt, damit die Grenzlast der
Röntgenröhre auch bei sehr stark strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten groß genug
ist, um ein vorzeitiges Abschalten der Röntgenröhre durch die Überlastungsschutzvorrichtung
zu vermeiden. Diese Anpassung der Grenzlast an das am stärksten strahlenabsorbierende
Aufnahmeobjekt durch Verkleinerung der voreingestellten Röntgenröhrenleistung hat
zur Folge, daß bei Aufnahmen von schwächer strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten
die Röntgenröhre entweder nicht voll ausgenutzt ist oder die die Röntgenröhrenleistung
bestimmenden, vor Beginn der Aufnahme einzustellenden elektrischen Werte an das
jeweilige Aufnahmeobjekt angepaßt werden müssen.
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Die letztgenannte Maßnahme bewirkt eine unerwünschte Komplizierung
der Einstellarbeit, die die erstrebte Bedienungsvereinfachung durch Verwendung eines
Belichtungsautomaten weitgehend aufhebt. Ein Verzicht auf die Anpassung der elektrischen
Werte an das jeweilige Aufnahmeobjekt würde hingegen bei normal oder schwach absorbierenden
Aufnahmeobjekten eine verlängerte Aufnahmezeit zur Folge haben, und das an sich
mögliche Optimum einer geringeren Bewegungsunschärfe wäre daher nicht erreichbar.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bereits ein Röntgendiagnostikapparat
mit einer Meßvorrichtung für die Strahlendosisleistung bekannt, bei dem die Aufnahmezeit
konstant gehalten und die Röntgenröhrenspannung während der Aufnahme mittels einer
elektronischen Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von der Dosisleistung trägheitslos
an das jeweilige Aufnahmeobjekt angepaßt wird. Der bekannte Röntgendiagnostikapparat
enthält weiterhin Überlastungsschutzmittel, die den Röntgenröhrenstrom an die sich
jeweils ergebende Röntgenröhrenspannung unter Berücksichtigung der Grenzlast anpassen.
Die Steuerung von Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom wird demnach so vorgenommen,
daß hinter dem Aufnahmeobjekt während der konstanten Aufnahmezeit eine stets gleichbleibende,
von der Patientenstärke unabhängige Dosisleistung herrscht.
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Bei diesem bekannten Röntgendiagnostikapparat ist also die Röntgenröhrenspannung
und damit die Strahlenhärte abhängig von dem Grad der Strahlenschwächung durch das
jeweilige Aufnahmeobjekt.
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Die Röhrenspannung ist also nicht frei wählbar und vor Beginn der
Aufnahme unbekannt. Durch diesen schwerwiegenden Nachteil ist der bekannte Röntgen-
apparat
daher lediglich auf einen engen Spezialbereich röntgendiagnostischer Aufnahmen beschränkt.
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Zur Beseitigung dieses Mangels wird bei dem belichtungsautomatisierten
Röntgendiagnostikapparat mit Überlastungsschutzmittein für die Röntgenröhre nach
dem Patent 1076 836 mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung - für die auch die Meßanordnung
des vorhandenen Belichtungsautomaten benutzt sein kann - bei frei einstellbarer
Röntgenröhrenspannung und fest eingestelltem Röntgenröhrenstrom die hinter dem Patienten
auftretende Dosisleistung vor der eigentlichen Aufnahme zugemessen und auf Grund
der gemessenen Dosisleistung eine so hohe Dosisleistung selbsttätig eingestellt,
daß der für eine optimale Filmschwärzung erforderliche Dosiswert bei der Aufnahme
in einer solchen Zeit erreicht wird, daß der Belichtungsautomat stets in einem Grenzbereich
vor Erreichen der Röntgenröhrengrenziast abschaltet. Der fest eingestellte Röntgenröhrenstrom
soll dabei so-niedrig gewählt sein, daß innerhalb der für die Messung erforderlichen
Zeit keine erkennbare Filmschwärzung erfolgt. Aus der gemessenen Dosisleistung und
der für eine optimale Filmschwärzung erforderlichen bekannten Dosis wird die bei
den eingestellten Werten von Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom erforderliche
Aufnahmezeit ermittelt. Aus der nunmehr bekannten Aufnahmezeit und dem bekannten
Röntgenröhrenstrom wird dasjenige mAs-Produkt bestimmt, das bei der ebenfalls bekannten
frei wählbaren Röntgenröhrenspannung für die richtige Filmschwärzung mit der erforderlichen
Dosis aufgewendet werden muß. Aus dem bei einer bestimmten Röntgenröhrenspannung
bekannten Zusammenhang zwischen mAs-Produkt und dem für dieses mAs-Produkt maximal
zulässigen Röntgenröhrenstrom wird mit Hilfe einer Schaltungsanordnung, die mit
dem Funktionszusammenhang von mAs-Produkt und maximal zulässigem Röntgenröhrenstrom
programmiert ist, der für das notwendige mAs-Produkt bei der jeweils gewählten Röntgenröhrenspannung
maximal zulässige Röntgenröhrenstrom und auch die Zeit, während der die Röhre mit
diesen Werten maximal belastet werden darf (Grenzzeit), eingestellt.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung ist dadurch bedingt, daß
die Messung unmittelbar vor Beginn der Aufnahme erfolgt und daher die Dosisleistung
- durch einen entsprechend kleinen Röntgenröhrenstrom - so gering sein muß, daß
praktisch keine Filmschwärzung erfolgt. An die Empfindlichkeit der Meßanordnung
werden daher sehr hohe Anforderungen gestellt, um sowohl die sehr kleinen Dosisleistungen
zu registrieren als auch die Meßergebnisse als elektrische Signale ausreichender
Größe an die Steuerorgane abzugeben. Durch die erforderliche extrem hohe Empfindlichkeit
der Meßvorrichtung sinkt einerseits die Meßgenauigkeit, während andererseits der
Aufwand an Verstärkungsmitteln erheblich steigt. Außerdem ist bei der vorgeschlagenen
Einrichtung das Aufnahmeobjekt einer zusätzlichen Strahlenbelastung ausgesetzt.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile wird bei einem belichtungsautomatisierten
Röntgenapparat gemäß Patent 1076836 erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Strahlendosismessung
unmittelbar nach Aufnahmebeginn während der ersten Aufnahmephase bei in Abhängigkeit
von der voreingestellten Röhrenspannung fest eingestellten Werten von Röhrenstrom
und
Grenzzeit vorzunehmen und eine an sich bekannte Schaltungsanordnung vorzusehen,
die aus der gemessenen Dosisleistung und der voreingestellten Röhrenspannung das
bei einer der gewünschten Filmschwärzung entstehenden Strahlendosis benötigte mAs-Produkt
ermittelt und an Hand des Röhrenbelastungsnomogramms die zugehörigen Werte von Röhrenstrom
und Grenzzeit feststellt, und mit Hilfe einer Regelvorrichtung diese Werte während
des Aufnahmeablaufs einzustellen.
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Auf diese Weise wird die Dosisleistungsmessung bei voller Röntgenröhrenleistung
vorgenommen, was zur Folge hat, daß eine größere Meßgenauigkeit erzielbar ist. Außerdem
entfällt durch die Vermeidung einer besonderen Vorbelichtungszeit einmal die zusätzliche
Strahlenbelastung des Aufnahmeobjekts und zum anderen die Verzögerungszeit von der
Vorbereitung bis zum Beginn der Aufnahme.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Erkenntnis
ausgenutzt, daß die meisten Röntgenröhren bis zu einer Aufnahmezeit von etwa 0,1
Sekunde mit maximaler Leistung betrieben werden können. Für den während des Meßvorgangs
vorhandenen konstanten Röhrenstrom wird daher ein solcher Wert gewählt, daß die
Röntgenröhre bei der jeweils voreingestellten Spannung während der Zeit von 0,1
Sekunde maximal belastet ist. Da die innerhalb dieser Zeit von der Röntgenröhre
abgegebene Strahlendosis in den weitaus meisten Fällen für die gewünschte Filmschwärzung
ausreicht, braucht die Regelvorrichtung daher nicht so häufig in Funktion zu treten.
Sie kann darüber hinaus wesentlich einfacher gestaltet werden, weil sie hinsichtlich
ihrer Regelempfindlichkeit und Regelgeschwindigkeit nur geringen Anforderungen zu
genügen braucht.
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Die Erfindung sei an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele näher
erläutert. In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem Röntgenröhrenstrom
und Grenzzeit in Abhängigkeit von der voreingestellten Röntgenröhrenspannung und
der Strahlentransparenz des Aufnahmeobjekts selbsttätig einstellbar sind; in F i
g. 2 ist die Abhängigkeit des maximal möglichen Röntgenröhrenstroms in Abhängigkeit
vom erforderlichen mAs-Produkt bei einer bestimmten Röntgenröhrenspannung dargestellt.
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In Fig. 1 wird über einen Regeltransformator 1 und einen Hochspannungstransformator
2 der Röntgenröhre 3 eine durch den Spannungswähler 4 regelbare Hochspannung zugeführt.
Außer der Röntgenröhrenspannung, die den Charakter der Röntgenaufnahme bestimmt,
braucht die Bedienungsperson die weiteren Betriebswerte, Strom und Aufnahmezeit,
nicht einzustellen. Diese Werte werden vielmehr unter Einhaltung der zulässigen
Röntgenröhrenbelastung im Hinblick auf eine optimale Filmschwärzung und eine möglichst
kurze Belichtungszeit selbsttätig bemessen. Und zwar wird auf Grund der eingestellten
Spannung der Röntgenröhrenstrom zunächst vor Aufnahmebeginn, wie dies durch die
gestrichelte Verbindungslinie zwischen Spannungswähler 4 und dem einstellbaren Abgriff
5 des Hilfstransformators 6 zur Regelung der Primärspannung für den Röntgenröhrenheiztransformator
7 angedeutet ist, selbsttätig derart eingestellt, daß für die erste 0,1 Sekunde
der Aufnahme auf Grund der voreingestellten Röntgenröhrenleistung keine Überlastung
der Röntgenröhre eintreten kann.
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Bei Beginn der Aufnahme durch Schließen des Schalters 8 über ein
Kommandogerät 9 wird die Röntgenröhre demzufolge mit der gewählten Spannung und
einem bestimmten Anfangsstromwert betrieben. Die dadurch gegebene Dosisleistung
erzeugt in der zwischen dem AufnahmeobjektlO und dem Film 11 angeordneten Ionisationskammer
12 einen der Röntgenstrahlendurchlässigkeit (Transparenz) des Objektes 10 proportionalen
Ionisationsstrom, der an einem dem Belichtungsautomaten 13 vorgeschalteten Widerstand
14 einen Spannungsabfall erzeugt.
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Entsprechend dieser Spannung wird über einen Gleichrichter 15 und
einen Widerstand 15 a ein Kondensator 16 im Gitterkreis einer Elektronenröhre 15
aufgeladen, so daß der Ionisationsstrom bei gegebener Spannung der Gleichspannungsquelle
18 und bei gegebenem Anodenwiderstand 19 den Anodenstrom der Röhre 17 bestimmt.
Die amAnodenwiderstand 19 abfallende Spannung stellt daher ein Maß für die hinter
dem Objekt zu Beginn der Aufnahme vorhandene Dosisleistung dar. Vom Widerstand 19
wird jetzt durch den mit dem Röhrenstromreglerabgriff 5 gekuppelten Abgriff 20 ein
Spannungswert abgegriffen, welcher der Dosisleistung pro Milliampere entspricht,
d. h. dem Röntgenröhrenstrom umgekehrt proportional ist. Der so gewonnene Spannungswert
stellt somit ein Maß für die Transparenz des Objektes 10 dar. Auf Grund dieser Transparenz
läßt sich bei gegebener Röntgenröhrenspannung und gegebenem Röntgenröhrenstrom der
mAs-Wert bestimmen, der für eine optimale Filmschwärzung benötigt wird. Die vom
Widerstand 19 abgegriffene Spannung und eine mit der eingestellten Röntgenröhrenspannung
veränderbare, durch die Potentiometeranordnung 21, 22 gewonnene Spannung werden
einer Schaltungsvorrichtung 23 von prinzipiell bekanntem Aufbau zugeführt, welche
auf Grund der empfangenen Spannungen eine resultierende Spannung liefert, die dem
für eine optimale Filmschwärzung zu fordernden mAs-Produkt entspricht.
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Für jedes Anoden-Kathoden-System einer Röntgenröhre besteht ein in
der F i g. 2 durch die Kurve 24 dargestellter Zusammenhang zwischen dem mAs-Produkt
und dem Strom, der für eine maximale Röhrenausnutzung (Grenzbelastung) bei einer
gegebenen Röntgenröhrenspannung gewählt werden darf. Auf Grund eines derartigen
Belastungsdiagramms lassen sich daher mit einer Schaltungsanordnung 25 von ähnlichem
Aufbau wie die Anordnung 23 auf Grund von Spannungen, die dem schwärzungsmäßig zu
fordernden mAs-Produkt und der Röntgenröhrenspannung entsprechen, Spannungswerte
ermitteln, die einerseits dem einzustellenden Röntgenröhrenstrom und andererseits
der maximal zulässigen Aufnahmezeit (Grenzzeit) entsprechen.
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Die von der Schaltungsanordnung 25 gewonnenen Spannungen werden einer
elektronischen Schaltungsanordnung 26 zugeführt, die mit Hilfe des Magnetverstärkers
27, dessen Leistungswicklungen 28, 29 als veränderbare induktive Widerstände im
primären Röntgenröhrenheizstromkreis angeordnet sind, den Röhrenstrom und, in noch
zu beschreibender Weise, die Grenzzeit im angegebenen Sinne steuert.
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Da sich mit der Herabsetzung des Röntgenröhrenstroms der innere Spannungsabfall
des Röntgenapparates vermindert, ändert sich entsprechend dieser Stromverminderung
auch die ursprüngliche Röntgenröhrenspannung, die den Ermittlungen des Röntgen-
röhrenstroms
und der Grenzzeit zugrunde gelegt worden ist. Sollte diese Anderung zulässige Grenzen
überschreiten, so müßte die Röntgenröhrenspannung entsprechend der Röntgenröhrenstromänderung
nachgeregelt werden. Man kann den Spannungsanstieg allerdings auch bereits bei der
Bestimmung des Röntgenröhrenstroms berücksichtigen und diesen im Hinblick auf die
erforderliche Röntgenröhrenleistung entsprechend geringer bemessen.
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Wie bereits erwähnt, wird der Anfangswert des Röntgenröhrenstroms
vor der Aufnahme so eingestellt, daß die Röntgenröhre mit der eingestellten Leistung
gefahrlos 0,1 Sekunde lang belastet werden kann. Das Kommandogerät 9 würde den Schalter
8 nach dieser Zeit wieder öffnen, wenn bis dahin kein Steuerungsvorgang eingesetzt
hätte.
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Alle geschilderten Steuerungsvorgänge geschehen aber in der ersten
Phase der Aufnahme und benötigen weniger als 0,1 Sekunde. Mit der Herabsetzung des
Röntgenröhrenstroms durch die Schaltungsvorrichtung 26 wird dabei die selbsttätige
Abschaltwirkung des Kommandogerätes 9 - wie in der F i g. 1 gestrichelt angedeutet
ist - derart beeinflußt, daß es erst später, und zwar nach Ablauf der von der Schaltungsanordnung
25 durch die ihr zugeführten Meßgrößen ermittelten, der maximalen Belastbarkeit
der Röntgenröhre entsprechenden Zeit (Grenzzeit), abschaltet.
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Damit die Funktion des Belichtungsautomaten als integrierender Dosismesser
voll erhalten bleibt, werden Röntgenröhrenstrom und Grenzzeit durch die Schaltungsanordnung
25 nicht exakt auf die Grenzbelastung abgestimmt, sondern auf einen etwa bis 10
°/o geringeren Belastungswert. Die Abschaltung der Röntgenröhre durch den Belichtungsautomaten
soll somit unter normalen Bedingungen z. B. bereits bei 90 o/o der Grenzbelastung
erfolgen. Auf diese Weise bleibt ein genügender Spielraum, in dem der Belichtungsautomat
Betriebswerteschwankungen ausgleichen kann, ohne daß die Röntgenaufnahme bei Erreichen
der Grenzbelastung vom Kommandogerät 9 vorzeitig unterbrochen wird.