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Einrichtung zur Herstellung von Röntgenaufnahmen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Herstellung von Röntgenaufnahmen vorzugsweise für Drehstrom-Röntgendiagnostikapparate
mit zwei Schalttrioden und einem Organ- bzw. Organgruppenwähler, einer sogenannten
Organautomatik, und mit Mitteln, mit denen während der Exposition der Aufnahme die
an der Röntgenröhre liegende Spannung in ihrem Wert geändert wird, Röntgendiagnostikapparate
mit Schalttrioden, die gleichzeitig auch zum Regeln und Glätten der Hochspannung
dienen, sind bekannt. Es sind weiter Röntgendiagnostikapparate mit einer Organautomatik
bekannt. Bei Apparaten dieser Art werden mit einem einzigen Regler alle Aufnahmekenngrößen,
wie die Kilovolt (kV), das Milliamperesekundenprodukt (mAs-Produkt) sowie der die
Röntgenröhre durchfließende Strom oder an Stelle des mAs-Produkts die Belichtungszeit
gewählt. Die Anpassung an die unterschiedliche Objektdicke erfolgt in diesem Fall
mit einem zweiten, meist vielstufigen Regler, wobei noch zur Erfassung größerer
Dickenunterschiede des gleichen Aufnahmeobjektes mehrere Organfelder zur günstigeren
Anpassung vorgesehen sind. Bei der Anpassung insbesondere des Bildcharakters an
das betreffende Aufnahmeobjekt muß der Einstellende die Stärke des Objektes sowie
dessen Absorptionsverhältnisse, wenn nicht mit einem Belidhtungsautomaten gearbeitet
wird, berücksichtigen. Es gehören auch bei dieser schon relativ einfachen Einstelltechnik
noch reichliche Erfahrungen dazu, um optimale Aufnahmeergebnisse zu erzielen.
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Für die Röntgenschirmbildfotografie wurden, um die Arbeit des Anpassens
der kV-Zahl an die Objektdicke zu vermeiden, Röntgendiagnostikapparate gebaut, die
mit fallendem Röhrenstrom arbeiten. Die Belastungscharakteristik des Hochspannungsgenerators
ist bei einem solchen Apparat so ausgelegt, daß bei fallendem Röhrenstrom die Hochspannung
ansteigt. Die Beendigung der Aufnahme geschieht durch einen Belichtungsautomaten,
der bei Erreichen der gewünschten Filmschwärzung die Aufnahme beendet. Die Änderungsgeschwindigkeit
der Hochspannung wird in diesem Fall von der thermischen Trägheit der Glühkathode
der Röntgenröhre bestimmt. Bei Verwendung einer Röntgenröhre mit einer Kathode,
die eine andere thermische Trägheit hat, ist der Abfall des Röhrenstromes entsprechend
zeitlich geändert und damit auch der Anstieg der Hochspannung. Apparate nach diesem
Konstruktionsprinzip können sich durchaus für ein Aufnahmeobjekt bei Verwendung
einer bestimmten Röntgenröhrentype bewähren. Um den vorstehend beschriebenen Mangel
zu beseitigen, wurde bei einem bekannten Röntgenapparat in den Primärkreis des Hochspannungstransformators
ein durch einen Motor geregelter Widerstand eingeschaltet, bei dem ein Stromabnehmer
auf einer Kontaktbahn gleitet und Anschläge vorgesehen sind, um den Regelweg und
gegebenenfalls auch die Regelgeschwindigkeit zu ändern. Dadurch wird erreicht, daß
die Hochspannung an der Röntgenröhre während der Belichtungszeit von einem vorwählbaren
Anfangswert bis auf den vorgewählten Höchstwert ansteigt, sofern nicht der Belichtungsautomat
schon vor dem Erreichen des Höchstwertes die Hochspannung unterbricht.
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Die vorstehend beschriebene Einrichtung zum Steuern der Hochspannung
während der Belichtungszeit einer Röntgenaufnahme ist bei Anwendung von Hochleistungsröntgenröhren
zu träge.
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Es sind auch schon Röntgendiagnostikapparate bekanntgeworden, bei
denen Schaltventile (d. h. Elektronenröhren mit mindestens einem Steuergitter) verwendet
werden. Mit diesen Schaltventilen, auch Schalttrioden genannt, wird der Hochspannungskreis
durch Beeinflussung des Gitters dieser Röhren gesteuert. Man kann durch diese Steuerung
die Hochspannung ein- und ausschalten sowie die Spannung regeln und zusätzlich auch
noch konstant halten. Bei Apparaten nach diesem Prinzip ist allerdings die Hochspannung
während der Dauer der Röntgenaufnahme konstant und wäre es auch dann, wenn mit fallendem
Röhrenstrom
gearbeitet wird. Man nennt diese Belastungsart fallende Last oder Initiallast.
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Bei einem anderen Röntgenapparat wird die Schalt- und Regeltriode
von einem Dosismesser so beeinfiußt, daß während der Aufnahme bestimmte Belastungs-
und Belichtungsbedingungen eingestellt werden. insbesondere derart, daß die Röntgenröhre
nicht überlastet wird.
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Dieser Anwendung der Schalttrioden haftet der Mangel an, daß die in
den Schalttrioden entstehenden Verluste sehr hoch sind, weil die gesamte Spannungsregelung
nur mit diesen Schalttrioden vorgenommen wird. Es wird z. B. der größte Teil der
vom Hochspannungsgenerator abgegebenen Leistung dann in den Schalttrioden vernichtet,
wenn eine Röntgenaufnahme mit kleiner Spannung und hohem Röhrenstrom hergestellt
wird. Darüber 'hinaus sind diese bekannten Schalttrioden bisher nur in Apparaten
verwendet worden, die mit konstanter Spannung während der Dauer der Röntgenaufnahme
arbeiten.
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Ziel der Erfindung ist es, die Anpassung der Röhrenspannung an das
Aufnahmeobjekt zu vereinfachen, die Pulsation der Röhrenspannung bei einem Drehstrom-Röntgendiagnostikapparat
zu beseitigen, die Verluste in den Schalttrioden beim Glätten der Röhrenspannung
und damit die Leistungsaufnahme aus dem Stromversorgungsnetz klein zu halten. Die
Erfindung betrifft also einen Röntgenapparat mit Organautomatik zur Herstellung
von Röntgenaufnahmen mit einem Organ- bzw. Organgruppenwähler und zwei Schalttrioden
im Hochspannungskreis, welche zum Ein- und Ausschalten der Hochspannung sowie zur
Feinregulierung und Glättung der Hochspannung dienen, vorzusweise einen Drehstrom-Röntgendia
gnostikapparat dieser Art. Das erstrebte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß mit dem Organ- bzw. Organgruppenwähler über einen Regler ein Wert für die Hochspannung
am Ausgang des Hochspannungserzeugers (1) eingestellt wird, der um einen gewissen
Betrag über der höchsten gewünschten Aufnahmespannung für das betreffende Organ
bzw. die Organgruppe liegt, und zugleich die Gitterspannungen für die zwei Schalt-
und Glättungstrioden (7, 8) so eingestellt werden, daß durch die Spannungsverminderung,
die durch das Abschneiden der Spannungsspitzen durch die Trioden auftritt, an der
Röntgenröhre (9) der gewünschte Höchstwert der Hochspannung für das betreffende
Organ sichergestellt ist, und daß weitere Mittel mit dem Organ-bzw. Organgruppenwähler
in den Gitterkreis der Schalttrioden eingeschaltet werden, die bewirken, daß in
bekannter Weise die Hochspannung während der Belichtungszeit von einem vorgewählten
Anfangswert auf den gewählten Höchstwert ansteigt, sofern nicht schon vor Erreichen
des Höchstwertes die Hochspannung von einem Belichtungsautomaten unterbrochen wird.
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Röntgenapparate nach der Erfindung ,haben den Vorteil, daß Aufnahmen
mit den kürzestmöglichen Belichtungszeiten hergestellt werden können, weil sie mit
völlig geglätteter Gleichspannung arbeiten. Es fehlen auch noch die kleinen Pulsationen,
wie sie noch bei Drehstrom-Röntgendiagnostikapparaten mit Drei- oder Sechsphasengleichrichtung
vorhanden sind. Darüber hinaus bieten sie den Vorteil für den die Aufnahme Herstellenden,
daß der Wert der Hochspannung nicht wie bisher genau an das Objekt angepaßt werden
muß, weil die Hochspannung sich während der Aufnahme von einem Anfangswert auf den
gewählten Höchstwert innerhalb der längsten zu erwartenden Belichtungszeit ändert.
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Wird bei einem Röntgenapparat nach der Erfindung bei den kleinsten
und auch den größten vorkommenden Dimensionen des aufzunehmenden Objekts immer mit
dem gleichen Anfangswert der Hochspannung die Aufnahme begonnen, dann kann es vorkommen,
daß beim dünnsten Objekt die Anfangsspannung zu hoch ist, so daß der Bildcharakter
der Aufnahme zu hart ist, während beim dicksten vorkommenden gleichen Objekt die
Anfangsspannung zu niedrig sein kann. Die relativ weiche Strahlung der Anfangsspannung
wird von dem Objekt absorbiert, ohne zur Bildgebung praktisch beizutragen. Der Patient
wird in diesem Fall mit einer zu hohen Strahlendosis belastet.
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Zur Vermeidung dieses Mangels wird vorzugsweise bei dem erfindungsgemäßen
Röntgenapparat mit dem Organwähler die Anfangsspannung für das »Normalobjekt gewählt
und mit zwei weiteren Schaltern die Gitterspannungen der Trioden im Hochspannungskreis
so beeinflußt, daß der Anfangswert der Hoch= spannung für dünnere Patienten niedriger
und für stärkere Patienten höher zu liegen kommt. Der mit dem Organwähler festgelegte
Höchstwert für die Hochspannung bleibt dabei unverändert.
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Die Korrektur des Anfangswertes der Hoehspannung durch Beeinflussung
der Gittervorspannungen der Schalttrioden ergibt eine einfache technische Lösung.
Es ist auch möglich, einen Apparat so zu gestalten, daß mit dem Organ- bzw. Organgruppenwähler
lediglich der Höchstwert für die Hochspannung festgelegt wird und daß drei Korrekturschalter
für das betreffende Objekt oder die Objektgruppe vorgesehen werden. Diese drei Korrekturschalter
werden zur Anpassung an dünne, normale und starke Objekte benutzt.
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Eine Organautomatik bei dem Röntgenapparat nach der Erfindung wird
aus Gründen der Einfachheit und übersiohtlichkeit günstig als Organgruppenautomatik
ausgeführt. Es werden z. B. zwei Gruppen für die Extremitäten, eine Gruppe für den
Magen, eine Gruppe für die Wirbelsäule und eine Gruppe für die Lunge vorgesehen.
Die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Röntgenapparates nach der Erfindung mit dem Organgruppenwähler festgelegt. So
wird z. B. - vorausgesetzt ist die Verwendung von hochtourigen Hochleistungsdrehanodenröntgenröhren
- die Anstiegsgeschwindigkeit so eingestellt, daß z. B. bei der Herstellung von
Lungenaufnahmen die Spannung in etwa 0,02 bis 0,03 Sekunden ihren Höchstwert erreicht,
während für den Magenbetrieb die Spannung in etwa 0,05 Sekunden auf den Höchstwert
ansteigt. Dagegen wird die Spannung bei der Gruppe für die Lendenwirbelsäule in
etwa 0,8 bis 1 Sekunde auf den Höchstwert ansteigen.
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Es ist auch günstig, die Spannung nicht kontinuierlich bis zur längsten
zu erwartenden Belichtungszeit ansteigen zu lassen, sondern die Einstellung wird
zweckmäßigerweise so vorgenommen, daß der Spannungsanstieg beim »Normalobjekt« nach
etwa 60 bis 70"/o der längsten zu erwartenden Belichtungszeit beendet ist und daß
dann bis zur längsten Belichtungszeit, die im wesentliöhen durch die Belastungsgrenze
der Röntgenröhre bestimmt wird, der Höchstwert der Hochspannung wirksam ist.
Röntgendiagnostikapparate
haben einen Regler zum Einstellen der für die Aufnahme erforderlichen Hochspannung.
Dieser Regler ist bei dem Apparat nach der Erfindung auch vorhanden. Mit diesem
wird die dem Hochspannungsgenerator zugeführte Spannung um einen gewissen Betrag
höher eingestellt als die für die Aufnahme notwendige Spannung. Dieser Regler kann
z. B. mit einer Nachlaufsteuerung versehen sein. Mittel zur Eerücksichtigung des
Spannungsabfalls sind vorgesehen. Eine einfache Ausführung eines Apparates ergibt
sich dadurch, daß mit dem kV-Regler nach Umschaltung auf Organautomatik die Organgruppen
gewählt werden. Die verschiedenen Organgruppen haben manchmal annähernd die gleichen
Anfangsspannungen und in einigen Fällen auch noch etwa die gleichen Höchstspannungen.
Bei der Wahl der Organgruppen mit dem kV-Wähler kann es leicht vorkommen, daß die
betreffenden zusätzlichen Einstellmittel zum Einstellen des Heizstromes für die
Röntgenröhre und der Gittervorspannungen für die Schalttrioden so eng beieinander
zu liegen kommen, daß Unsicherheiten beim Einstellen entstehen. Diese Schwierigkeit
ist dadurch zu vermeiden, daß mit dem Regler für die kV der Röhrenstrom für die
betreffende Organgruppe verschieden hoch eingestellt wird. Die Organmarken liegen
dann entsprechend dem auftretenden Spannungsabfall auseinander. Extremitäten wird
man z. B. nicht mit der gleichen Röhrenleistung wie die Lunge aufnehmen, aber etwa
mit der gleichen Röhrenspannung. Durch die unterschiedlichen Röhrenströme - z. B.
800 mA für die Lunge und 150 mA für die Extremitäten - kann erreicht werden, daß
die betreffenden Organfelder, die längs der kV-Skala angeordnet liegen, nicht übereinander
zu liegen kommen.
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Der Röntgenapparat nach der Erfindung kann von Organautomatik auf
freien Betrieb umgeschaltet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird beim
Arbeiten im freien Betrieb das Feld mit den Organfeldern abgedeckt und beim Arbeiten
mit Organgruppenautomatik ist die kV-Skala abgedeckt oder weggeklappt.
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Die Organgruppenautomatik wird in der Praxis für die Routinetechnik
herangezogen werden. Spezialaufnahmen dagegen werden bei freier Wahl der Aufnahmekenngrößen
hergestellt.
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Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit wird ein Ausführungsbeispiel
des Röntgenapparates nach der Erfindung beschrieben, bei dem kein gesonderter Organgruppenwähler
vorgesehen ist, sondern die Organgruppen mit dem kV-Regler gewählt werden. Die folgende
Darstellung soll nur das Prinzip zeigen, während Einzelheiten über die Steuerung
von Schalttrioden z. B. durch die deutschen Patentschriften 974 342 und 946 250
bekannt sind.
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In A b b. 1 ist mit 1 der Drehstrom-Hochspannungsgenerator bezeichnet.
Er enthält einen Hochspannungstransformator mit je drei Sekundärspulen, wovon z.
B. die ersten drei in Stern und die zweiten drei in Dreieck geschaltet sind, damit
nach der Gleichrichtung durch zwei Dreiphasenbrückenschaltungen schon eine Gleichspannung
mit einer relativ kleinen Pulsation an den Hochspannungskabelstecktöpfen 2 und 3
auftritt. Die Gleichrichtersätze der Dreiphasenbrückenschaltungen sind einseitig
geerdet, wovon die eine direkt geerdet ist und die andere über das Miniamperemeter
4. Die praktisch auf Erdpotential liegenden Enden der Gleichrichterbrückenschaltun2en
sind an die Klemmen 5 und 6 angeschlossen. Die an den Kabelstecktöpfen 2 und 3 herrschende
Hochspannung wird den Schalt- und Regeltrioden 7 und 8 zugeführt. Von den Trioden
werden die noch vorhandenen Spannungsspitzen, d. 'h. die Pulsation der Spannung,
abgeschnitten, so daß der Röntgenröhre 9 eine praktisch pulsationsfreie Spannung
zugeführt wird. Deshalb muß die an den Kabelstecktöpfen 2 und 3 auftretende Spannung
um einen gewissen Betraa oberhalb der an der Röntgenröhre 9 während der Aufnahme
herrschenden Spannung liegen, damit die Welligkeit der vom Generator 1 gelieferten
Spannung von den Trioden 7 und 8 abgeschnitten werden kann. Zu diesem Zweck werden
die dem Hochspannungsgenerator zugeführten Spannungen zt, v, 1v um den erforderlichen
Betrag höher eingestellt. Mit 10 ist der Drehknopf des kV-Reglers bezeichnet. Beim
Drehen dieses Reglers im L"hrzeigersinn bewegen sieh die Kohlerollen 11,12 und 13
auf den blankgemadhten Bahnen des Vortransformators mit den Wicklungen 14, 15 und
16 vom Sternpunkt weg in Richtung der offenen Spulenenden. Über die Kohlerollen
17, 18 und 19 wird die Netzspannung R, S und T über den Schalter 20 zugeführt.
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Wenn im freien Betrieb gearbeitet wird, wird die Spannung cc, v, w
in der gleichen Weise dem Hochspannungsgenerator 1 zugeführt wie beim Arbeiten mit
Automatik. Bekannte Mittel zur Kompensation des zu erwartenden Spannungsabfalls
in der Gesamtapparatur einschließlich des Spannungsabfalls im Stromversorgungsnetz
sind vorgesehen; aber hier nicht gezeichnet. Die Einrichtungen zur Erzeugung der
Gitterspannungen für die Schalttrioden sind in dem Block 21 untergebracht. Beim
Arbeiten im freien Betrieb werden zwangläufig mit dem Verstellen der Kdhlerollen
11, 12 und 13 die erforderlichen Gittervorspannungen, die dem Block 21 entnommen
werden, entsprechend den Bedürfnissen mitgeregelt.
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Wird jedoch mit Organautomatik gearbeitet, dann sind weitere Mittel
zur Beeinflussung der Gittervorspannung erforderlich, und zwar muß einmal für den
Höchstwert der Hochspannung eine entsprechende Gitterspannung und zum anderen noch
eine zusätzliche Gitterspannung eingestellt werden, welche die Hochspannung von
einem festgelegten Anfangswert auf den organabhängig gewünschten Höchstwert ansteigen
läßt. Hierzu sind in A b b. 1, allerdings nur im Prinzip. die verstellbaren Kontaktscrhienen
22, 23, 24, 25 und 26 zum Einstellen des gewünschten Höchstwertes sowie die verstellbaren
Kontaktschienen 27, 28, 29, 30 und 31 zum Einstellen der Mittel gezeigt, welche
die Anstiegsgeschwindigkeit der Hochspannung von dem gewählten Anfangswert zu dem
gew'ä'hlten Höchstwert festlegen. Die festen Kontaktschienen 32 und 33 erhalten
Verbindung zu den einstellbaren Kontaktschienen über die Schleifer 34 und 35. Die
verstellbaren Kontaktschienen sind deshalb vorgesehen, um eine einwandfreie überlappungsfreie
Justierung der verschiedenen Gittervorspannungen zu dem Heizstrom und zur Primärspannung
des Hochspannungsgenerators 1 mühelos zu ermöglichen.
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Bemerkt sei in diesem Zusammenhang, daß ein Apparat nach der Erfindung
entweder mit konstantem Röhrenstrom oder mit zeitlich in der Höhe sich änderndem
Röhrenstrom betrieben werden kann.
Er kann auch beim Arbeiten mit
fallendem Röhrenstrom in seinen Werten so ausgelegt sein, daß er mit fallender Last
arbeitet, d. h., daß der Röntgenröhre gerade so viel elektrische Energie zugeführt
wird, daß der Brennfleck auch bei Schwerstaufnahmen keine schädlich hohe Temperatur
annimmt.
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An die Anschlußpunkte 36 und 37 sowie 38 und 39 des Blockes 21, in
dem sich die Mittel zur Beeinflussung der Gitter der Schalttrioden 7 und 8 befinden,
werden die Schalter zur Festlegung des Anfangswertes für dünne und starke Objekte
angeschlossen.
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Mit A b b. 2 soll lediglich gezeigt werden, wie sich zeitabhängig
die Hochspannung bei der Einstellung für das dünne, normale und starke Aufnahmeobjekt
ändert. Die Linie 1 nach A b b. 2 zeigt den Verlauf für das dünne Objekt, die Linie
2 für das normale Objekt und die Linie 3 für das starke Objekt. Es ist dort zu erkennen,
daß beim starken Objekt die Anfangsspannung höher liegt als bei den übrigen und
die Höchstspannung eher erreicht wird. Es ist auch möglich, daß bei einem sehr starken
Objekt die Höchstspannung eine Zeitlang während der Aufnahme wirksam ist, bis der
Belichtungsautomat die Hochspannung abschaltet.
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A b b. 3 zeigt ein Beispiel für die Anordnung der kV-Skala und der
Organgruppenfelder. Die kV-Skala ist mit 43 bezeichnet. Oberhalb von ihr befinden
sich die Organgruppenfelder 44 (»Extremit.«, »Lunge«, »Wirbels.« und »Magen«). An
den Organgruppenfeldern sind kleine Marken 41 angebracht, auf welche der Zeiger
42 einzustellen ist, der sich beim Verstellen des Knopfes 10 des kV-Reglers (s.
A b b.1) entsprechend mitbewegt. Durch die Schraffierung der kV-Skala 43 soll angedeutet
werden, daß beim Arbeiten mit Organgruppenautomatik diese Skala abgedeckt ist, also
nur die Organgruppenfelder 44
sichtbar sind.
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Der Antrieb des Einstellknopfes 10 zum Bewegen der Kohlerollen 11,
12 und 13 nach A b b. 1 und der mit diesen verbundenen Einstellelemente kann selbstverständlich
auch motorisch erfolgen. Bei Verwendung von Synchronmotoren ist dann leicht eine
Fernsteuerung gegeben, die der Arzt z. B. vom Untersuchungsgerät aus vornehmen kann.
An diesem wird dann eine gleiche Skala 43 mit Organgruppenfeldern 44 nach A b b.
3 angebracht. Entsprechende Blockierungsleitungen bzw. Signalleitungen müssen vorgesehen
werden. damit die richtige Einstellung der kV-Werte beim Arbeiten im freien Betrieb
bzw. Organgruppen beim Arbeiten mit automatischem Betrieb garantiert ist. Eine einfache
Lösung ist bei Anwendung von Synchronmotoren für den Antrieb und die Datenübertragung
gegeben. Hier wird zweckmäßig eine Rutschkupplung zwischen den Antriebsmotor und
die anzutreibenden Bauelemente geschaltet, um beim Anfahren gegen den Anschlag in
der niedrigsten oder in der höchsten Stellung eine Gleichlaufeinstellung des Antriebsmotors
und des Hilfsmotors am Gerät durchführen zu können.