DE1245502B - Roentgendiagnostikapparat mit Initiallaststeuerung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05g

Deutsche Kl.: 21 g -19/01

Nummer: 1245 502

Aktenzeichen: S 57893 VIII c/21 g

Anmeldetag: 18. April 1958

Auslegetag: 27. Juli 1967

Die Erfindung betrifft einen Röntgendiagnostikapparat mit Initiallaststeuerung durch Umschaltung von einem vor Aufnahmebeginn vorhandenen höchstzulässigen Heizstromwert für die Glühkathode der Röntgenröhre auf einen niedrigeren Heizstromwert während der Aufnahme.

Es ist bekannt, einen Röntgendiagnostikapparat, der zum Einstellen von Röhrenspannung, Röhrenstrom und Aufnahmezeit bzw. Röhrenspannung und mAs-Produkt Einstellmittel besitzt, die mit einer Überlastungsschutzvorrichtung kombiniert und in bestimmter gegenseitiger Abhängigkeit einstellbar sind, mit einem Belichtungsautomaten zu betreiben. Dabei bleiben zum Schutz der Röntgenröhre vor Überlastung die mit der Überiastungsschutzvorrichtung kombinierten Einstellmittel voll in Funktion. Beim Betrieb mit Belichtungsautomat ergibt sich die für das betreffende Objekt notwendige Belichtungszeit erst im Verlauf der Aufnahme. Daher müssen bei dieser Betriebsart die elektrischen Werte an der Röntgenröhre vor der Aufnahme so eingestellt werden, daß auch bei extrem dicken Objekten keine vorzeitige Unterbrechung der Aufnahme durch den Zeitschalter bzw. das rnAs-Relais zu erwarten ist. Die Anwendung der .Belichtungsautomatik zwingt also dazu, entweder die elektrischen Werte an das jeweilige Aufnahmeobjekt anzupassen, was den Wert der Belichtungsautomatik hinsichtlich einer Bedienungsvereinfachung mindert, oder die Werte an das am wenigsten strahlungsdurchlässige Objekt anzupassen und in Kauf zu nehmen, daß die Röhre bei allen Objekten, die strahlendurchlässiger sind als das extrem dicke Objekt, auf das sich die Einstellung bezieht, mit einer ,geringeren als der-maximal zulässigen Belastung betrieben wird. -Die Aufnahmezeit wird dadurch in den meisten Fällen länger, als sie es bei einer an das jeweilige Objekt angepaßten Einstellung der Werte sein könnte.

Der ^Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgendiagnostikapparat -zu schaffen, der in Verbindung mit einem Belichtungsautomaten nur noch ein einziges Bedienimgselement für die Einstellung der gewünschten Röhrenspannung benötigt und der bei jedem Wert der Röhrenspannung und bei jeder durch den Belichtungsautomaten geschalteten Aufnahmezeit eine gewünschte, insbesondere die maximal zulässige Röhrenbelastung gewährleistet.

Zur erfindungsgemäßen Losung dieser Aufgabe sind bei einem Röntgendiagnostikapparat der eingangs beschriebenen Art in Kombination vorhanden: mit dem Einstellglied für die Röhrenspannung gekuppelte Steuermittel für die Wahl der Heiz-Röntgendiagnostikapparat mit
Initiallaststeuerung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin -und München, Erlangen, Henkestr. 127

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Kurt Bischoff, Erlangen - -

stromwerte gemäß dem Belastungsnomögramm

der Röntgenröhre; .

Steuermittel zum rohen Ausgleich der während des Aufnahmeablaufs als Folge des reduzierten Heizstromwertes und damit des absinkenden ao Röhrenstroms ansteigenden Röhrenspannung; für die Abschaltung der Röhrenspannung eine Schaltvorrichtung, die von einer in Strahlenrichtung hinter dem Objekt angeordneten Dosismeßeinrichtung gesteuert ist.

Die Initiallaststeuerung eines Röntgendiagnostikapparates ist zwar an sieh bekannt, desgleichen auch die Röntgenbelichtungsautomatik. Aber erst die mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestattete bestimmte Art der Initiallaststeuerung ermöglicht in Verbindung mit einem Belichtungsautomaten die beschriebenen Vorteile. Die Bedienungsperson braucht dabei nur noch ein einziges Bedienungselement, nämlich dasjenige für die Röhrenspannung, zu betätigen und die Spannung so ,zu wählen, daß die gewünschte Strahlenhärte erreicht wird. Es sind weder ein einstellbarer .Zeitschalter noch ein einstellbares mAs-Relais erforderlich. ,Dennoch ist die Röhrenausnutzung bei jedem wählbaren Spannungswert optimal.

Es ist zwar bereits ein Röntgendiagnostikapparat mit Einstellmitteln für die Röhrenspannung, den Röhrenstrom und die Aufnahmezeit bzw. das mAs-Produkt bekannt, bei dem der Zeitschalter bzw. das mAs-Relais so ausgebildet ist, daß bei Ablauf des jeweils eingestellten Wertes die Röntgenröhre nicht abgeschaltet, sondern die Röntgenröhrenleistung auf einen Wert abgesenkt wird, der bei einer um einen gewissen Betrag längeren Belastungsdauer unter Berücksichtigung der Vorbelastung zulässig ist. Dieser bekannte Röntgendiagnostikapparat unterscheidet sich jedoch bereits dadurch von demjenigen nach der Erfindung, daß ihm eine abweichende Äuf-

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gabenstellung zugrunde liegt. Bei dem bekannten Apparat soll eine Unterbrechung der Röntgenstrahlung zu dem am Zeitschalter oder am mAs-Relais eingestellten Zeit- bzw. mAs-Wert verhindert werden, wenn zu diesem Zeitpunkt noch keine ausreichende Filmbelichtung erzielt ist. Eine Bedienungsvereinfachung, durch die insbesondere das lästige und zeitraubende Abschätzen der vermutlichen Strahlentransparenz, des Aufnahmeobjekts im Hinblick auf die einzustellenden Werte vermieden wäre, ist bei dem bekannten Röntgendiagnostikapparat ebensowenig erreicht wie eine Verminderung der Einstellglieder. Die Bedienungsperson muß nach wie vor die Wertekombination von Spannung, Strom und Zeit bzw. Spannung und mAs-Produkt in Anpassung an das jeweilige Aufnahmeobjekt vornehmen. Eine etwaige Fehlanpassung führt dabei zwar nicht zu einer vorzeitigen Unterbrechung der Aufnahme, aber-unter Umständen zu einer für die gewünschte Aufnahme untragbaren Verlängerung der Aufnahmezeit. Auf Grund der unterschiedlichen Aufgabenstellung und der andersartigen Lösungsmittel waren diesem bekannten Röntgendiagnostikapparat für die vorliegende Erfindung keine Anregungen zu entnehmen.

Ferner ist ein, belichtungsautomatisierter Röntgendiagnostikapparat ^; ohne Initiallaststeuerung mit einem einzigen Einstellglied für die Röhrenspannung bekannt, der Mittel für die selbsttätige Einstellung eines konstanten Röhrenstromwertes besitzt. Die selbsttätige Einstellung des Röhreristroms erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Höhe der frei wählbaren Röhrenspariilüng und der vom Belichtungsautomaten, hinter-dem Patienten gemessenen Dosisleistung in der Weise, daß die Röntgenröhre einerseits vor Überlastung ,geschützt und andererseits stets optimal ausgenutzt ist. Die bei diesem Röntgendiagnostikapparat erforderlichen Mittel sind allerdings sehr aufwendig; denn der Stromwert kann erst auf Grund des vom Belichtuhgsaütomaten gemessenen Dosisleistungswertes während der Aufnahme ermittelt werden. Damit die Stromsteuerung auch bei Kurzzeitaufnahinen genügend schnell ist, muß ein trägheitslos arbeitendes Steuermittel in Gestalt einer gittergesteuerten Röntgenröhre oder eines Steuerventils verwendet werden. Solche im Hochspannungskreis angeordnete steuerbaren Röhren und die dazugehörigen hochisolierten Übertragungselemente sind aber außerordentlich kostspielig. Auch der Aufbau des Belic.htungsautomaten ist verhältnismäßig kompliziert^ denn er muß gleichzeitig den Dosisleistungswert für die Stromsteuerung ermitteln und den Dosiswert, um die Röntgenaufnahme zum gewünschten Zeitpunkt zu unterbrechen.

Für die Verringerung des Röntgenröhrenemissionsstroms im Sinne der Initialbelastung ist es nicht unbedingt erforderlich, den Röhrenheizstrom während der Aufnahme durch mechanisch oder elektrisch gesteuerte Widerstandsmittel zu beeinflussen. So ist in einer besonderen Ausgestaltung eines initiallastgesteuerten Röntgendiagnostikapparates bereits vorgeschlagen worden, zum Herabsetzen des Röhrenstroms bei konstant gehaltener Spannung während des Aufnahmeablaufs einen zu Beginn der Aufnahme noch kalten Glühwiderstand in den primären Röntgenröhrenheizkreis einzuschalten. Demgegenüber genügt es in den meisten Fällen, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zur Erreichung des erforderlichen allmählichen Abfalls der Röntgenröhrenleistung im Verlauf der Aufnahme nur die nach Umschaltung des Röhrenheizstroms auf einen niedrigeren Wert wirksame Wärmeträgheit des Kathoden-Glühfadens der Röntgenröhre auszunutzen.

Für die Gestaltung des Leistungsabfalls während der Aufnahme bei der Initiallaststeuerung hat man bisher angenommen, daß nur das Überschreiten einer

ίο bestimmten Brennflecktemperatur verhindert werden müsse und daß man, wenn diese Grenztemperatur während der ganzen Belichtungszeit eingehalten wird, denselben Röhrenschutz erzielt wie bei der Konstantbelastung bei der diese Gfehztemperatur nur am Ende der Aufnahme erreicht wird. Für den normalen Verschleiß der Röhre, der durch eine allmählich immer stärker werdende Aufrauhung der Anode zustande kommt, ist aber im wesentlichen die Verdampfung des Anodenmaterials maßgebend, die eine Funktion der Brennflecktemperatur und der Zeit ist, während der diese Temperatur auftritt. Dabei geht die Brennflecktemperatur in sehr hoher Potenz ein. Würde man daher bei der Initialbelastung die Röhre während der ganzen Aufnahmedauer mit der bei der Konstantbelastung erst am Ende der Aufnahmedauer auftretenden maximalen Brennflecktemperatur betreiben, so würde pro Aufnahme wesentlich mehr Wolfram verdampfen, und die Röhre würde entsprechend schneller verschleißen. Eine ins Gewicht fallende Verdampfung des· Wolframs findet erst bei einer Temperatur von etwa 2300° C statt, und die Grenztemperatur liegt nur wenig über diesem Wert. Man brauchte bei der Initialbelastung demzufolge nur wenig unter der maximalen Brennflecktemperatur zu bleiben, um für eine durch eine entsprechende Verlängerung der Aufnahmezeit belastungsmäßig gleiche Aufnahme etwa dieselbe Wolframver^ dampfung zu erhalten wie bei der Konstantbelastung. Um eine Röntgenröhrenbelastung zu erzielen, die um einen bestimmten wählbaren Prozentsatz unterhalb der Grenzbelastung bleibt, sind zwar sogenannte Prozentwähler bekannt. Die Wahl eines bestimmten Belastungsgrades setzt indessen voraus, daß Spannung, Strom und Zeit bekannt sind. Diese Voraussetzung trifft aber beim'Betrieb des erfindungsgemäßen Initiallastapparates mit Belichtungsautomat nicht zu. Bei dieser Kombination sind Strom und Zeit zu Beginn der Aufnahme nicht bekannt. Um dennoch eine weitgehende Röhrenschonung zu er-

reichen, ohne die Aufnahmequalität durch eine Ver? längerung der Aufnahmezeiten im Kurzzeitbereich zu verschlechtern, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, die Steuermittel für die Heizstromwerte so zu dimensionieren, daß der zu Beginn der Aufnahme vorhandene Heizstromwert einer höchstzulässigen Röhrenbelastung und der während der weiteren Aufnahmedauer vorhandene Heizstromwert einer geringeren Röhrenbelastung entspricht. Dadurch ist erreicht, daß im Gebiet kurzer Aufnahmezeiten die Röntgenröhre stets mit ihrer Höchstbelastung betrieben wird, während im weiteren Verlauf der Aufnahme, bei dem die Aufnahmedauer ohnehin gegenüber den Organbewegungen groß ist mit verminderter Belastung betrieben wird,

d. h., man nutzt die Belastungsfähigkeit der Röhre im Kurzzeitgebiet voll aus, erreicht also hier besonders kurze Aufnahmezeiten und verlängert die Belichtungsdauer nur in dem Bereich, bei dem es ohne-

hin auf kürzeste Belichtungszeiten nicht mehr ankommt.

Eine weitere Verbesserung der Belastbarkeit im Kurzzeitbereich der Röntgenaufnahme wird dadurch erreicht, daß die Drehzahl des Drehanodenmotors der Röntgenröhre entsprechend der Leistung gewählt wird, mit der die Röntgenröhre jeweils beaufschlagt ist. Dazu wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, Mittel zum Erhöhen der Frequenz der Speisespannung des Drehanodenmotors über die Netzfrequenz hinaus vorzusehen und zu Beginn der Aufnahme den Drehanodenmotor mit Hilfe eines Umschalters von der Speisespannung zu trennen und ihn mit Mitteln zum Vermindern der Drehzahl entsprechend der niedrigeren Röhrenbelastung zu verbinden. Die Drehzahlerhöhung über den üblichen Wert von 3000 U/min hinaus bringt bei konstanter Röhrenleistung während des Aufnahmeablaufs eine etwa der Wurzel aus dem Faktor der Drehzahlerhöhung proportionale Leistungssteigerung. Für den Initiallastbetrieb ergibt sich aber noch ein zusätzlicher Vorteil. Da sich auf Grund des Wesens dieser Belastungsart die Grenztemperatur des Brennflecks nicht erst wie bei der konstanten Leistung gegen Ende der Belichtungszeit, sondern schon vorher einstellt, kann das Verfahren der Drehzahlerhöhung erst dann wirksam werden, wenn die Aufnahmezeit länger ist als die Umlauf zeit der Drehanode. Bis zu dieser Belastungszeit ist die zulässige Röhrenbelastung für beide Belastungsarten die gleiche, weil hier der Brennfleck in jedem Augenblick auf hoch nicht vorgewärmtes Material zu liegen kommt. Durch die höhere Drehzahl gelingt es daher, den Wirkungsbereich der Initialbelastung nach kleinen Zeiten hin wesentlich zu erweitern. Bei einer Drehanodenumlaufzahl von beispielsweise 600 U/min beginnt der Wirkungsbereich bereits bei 0,01 gegenüber 0,02 Sekunden bei der üblichen Umdrehungszahl von 3000 U/min, die der Netzfrequenz von 50 Hz entspricht. Insbesondere wirkt sich die Anpassung der Drehzahl der Drehanode an den Leistungsverlauf der Röntgenröhre bei belichtungsautomatisiertem Betrieb günstig aus, weil bei dieser Betriebsart die Aufnahmezeit vor Beginn der Aufnahme unbekannt ist und sich erst während des Aufnahmeablaufs ergibt. Beim Bekanntsein der Aufnahmezeit und damit auch der zu erwartenden Röhrenbelastung kann die Drehzahl entsprechend der erforderlichen höheren Leistung vorgewählt werden. Diese Möglichkeit entfällt beim belichtungsautomatisierten Betrieb. Durch das Abbremsen der Drehanode am Ende des Kurzzeitbereichs ist weiterhin erreicht, daß der Lagerverschleiß der Röhre vermindert wird.

An Hand eines Ausführungsbeispiels, das die Schaltungsanordnung eines Röntgendiagnostikapparates ohne Gleichrichteranordnung im Stromkreis der Röntgenröhre schematisch zeigt, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.

Eine Röntgenröhre 1 wird über einen Hochspannungstransformator 2 gespeist, solange der im Primärkreis des Transformators 2 angeordnete Kontakt 3 durch ein schematisch angedeutetes Steuergerät 4 geschlossen ist. Die Abschaltung der Röntgenröhre 1 wird durch eine selbsttätige Abschaltvorrichtung 5 bewirkt, der eine in Strahlenrichtung hinter dem Objekt 6 angeordnete Ionisationsmeßkammer 7 zugeordnet ist, und die nach Erreichung der einem optimalen Schwärzungsgrad für den Film 8 entsprechenden Dosis ein Abschaltsignal an das Steuergerät 4 gibt. Die Einstellung der Hochspannung erfolgt an einem Vortransformator 9 durch Verstellen eines Abgriffes 10.

Die Röntgenröhrenheizspannung wird einem Heiztransformator 11 entnommen, dessen Primärkreis einen Widerstand 12 mit zwei verstellbaren Anzapfungen 13 und 14 enthält. Von diesem Widerstand

ίο 12 ist der kleinere Teil über die Anzapfung 13 vor Beginn der Aufnahme durch den Kontakt 15 in den Heizstromkreis eingeschaltet, so daß sein Wert 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 Widerstands 12 und ein dem Widerstand 12 in Serie geschalteter Glühwiderstand 16 den Emissionsstrom bestimmen, welcher allerdings wegen der Wärmeträgheit des Kathodenglühfadens erst allmählich auf seinen Endwert absinkt. Die Anfangs- und Endwerte des Emissionsstroms müssen zur Erzielung bestimmter Anfangs- und Endwerte der Röntgenröhrenleistüng 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. ..

Ein mit mehreren Anzapfungen versehener. Zwischentransformator 17 und ein zusätzlicher einstellbarer Widerstand 18 dienen dazu, den Übergang von einer Röntgentype zur anderen unter Beibehaltung des Steuermechanismus für die Anzapfungen 13 und 14 zu ermöglichen. Zum rohen Ausgleich der Hochspannungsänderung infolge des sich ändernden Röhrenstroms dient ein dem Vortransformator 9 vorgeschalteter einstellbarer Widerstand 19, dessen Ohmwert durch einen Motor 20 mit Beginn der Aufnahme verringert wird. Diese rohe, vom Steuergerät 4 her ausgelöste Steuerung, die in einer festen Zeitabhängigkeit den Widerstand 19 während des Aufnahmeablaufs vergrößert, reicht aus, um Änderungen der Röntgenröhrenspannung während der Aufnahme im Hinblick auf eine vorherige Festlegung des Aufnahmecharakters in angemessenen Grenzen zu halten. Da die Netzstromaufnahme unabhängig von der Spannungseinstellung durch den Abgriff 10 nur der Röhrenleistung proportional ist, wirkt diese Korrektur der Spannungsänderung bei allen Spannungseinstellungen in gleicher Weise. Im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf der Röntgenröhrenleistung kann die zeitliche Änderung der Röntgenröhrenspannung bei der Festlegung des Emissionsstromverlaufs berücksichtigt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   l.Röntgendiagnostikapparatmitlnitiallaststeuerung durch Umschaltung von einem vor Aufnahmebeginn vorhandenen höchstzulässigen Heizstromwert für die Glühkathode der Röntgenröhre auf einen niedrigeren Heizstromwert während der Aufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Anzahl der Einstellglieder für die Betriebswerte der Röntgenröhre

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   auf ein einziges Einstellglied (10) in Kombination vorhanden sind:

   mit dem Einstellglied (10) für die Röhrenspannung gekuppelte Steuermittel (13, 14) _g für die Wahl der Heizstromwerte gemäß dem Belastungsnomogramm der Röntgenröhre;

   Steuermittel (19^ 20) zum rohen Ausgleich der während des Aufnahmeablaufs als Folge des reduzierten Heizstrom wertes und damit des absinkenden Röhrenstroms ansteigenden Röhrenspannung;

   für die Abschaltung der Röhrenspannung eine Schaltvorrichtung (3, 4, S) die von einer _1S in Strahlenrichtung hinter dem Objekt angeordneten Dosismeßeinrichtung (7) gesteuert ist.
2. 2. Röntgendiagnostikapparat nach Anspruch 1-, ao dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung des erforderlichen allmählichen Abfalls der Röntgenröhrenieistung im Verlauf der Aufnahme nur die nach Umschaltung des Röhrenheizstroms auf einen niedrigeren Wert wirksame Wärmeträgheit des Kathodenglühfadens der Röntgenröhre benutzt ist.
3. 3. ft.öntgendiagnostikapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkreis der Röntgenröhre zwei mit Hilfe eines Umschalters (15) wahlweise einschaltbare Steuernüti'el 1(0^.14) für zwei verschiedene Heizwerte enthält und der Umschalter zufolge seiner Kupplung mit dem Einschalter (3) für die Röhrenspannung den größeren Heizstromwert nur bis zu Beginn der Aufnahme und den kleineren Heizstromwert mit Beginn der Aufnahme einschaltet.
4. 4. Röntgendiagnostikapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Dimensionierung der Steuermittel (13, 14) für die Heizstromwerte, daß der zu Beginn der Aufnahme vorhandene Heizstromwert einer höchstzulässigen Röhrenbelastung und der während der weiteren Aufnahmedauer vorhandene Heizstromwert einer geringeren Röhrenbelastung entspricht.
5. 5. Röntgendiagnostikapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erhöhen der Frequenz der Speisespannung des Drehanodenmotors über die Netzfrequenz hinaus vorhanden sind und daß zu Beginn der Aufnahme ein Umschalter den Drehanodenmotor von der Speisespannung trennt und ihn mit Mitteln zum Vermindern der Drehzahl entsprechend der niedrigeren Röhrenbelastung verbindet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 550 870> 628 013,

   696, 898 198;
   Werbedruckschfift der Fa. N. V. Nederlandsche

   Röhtgenäpparätefäbriek, »The Itinerix-M.C.S.-

   Cäbintrailer«, Druckzeichen E-205/12 3Ό0 056 V. S,, Dezember 1956.

   Iii Betracht gezogene' ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 1075 228.

   Hierzu i Blatt Zeichnungen

   709 618/434 7. 67

   Bundesdruckerei Berlin