-
Röntgendiagnostikapparat mit Regelmitteln zum Konstanthalten
des
Röntgenröhrenstroms Die Erfindung betrifft einen Röntgendiagnostikapparat
mit Einstellmitteln zum Voreinstellen der Hochspannung an der Röntgenröhre, des
Röntgenröhrenstroms und der Aufnahmedauer sowie mit einem Regelkreis für die Konstanthaltung
des voreingestellten Röntgenröhrenstroms während der Aufnahmedauer, bestehend aus
einem Differenzspannungsverstärker, der aus einer dem vorhandenen Röntgenröhrenstrom
proportionalen Istspannung und einer dem voreingestellten Röntgenröhrenstromwert
entsprechenden Sollspannung eine Differenzspannung bildet, sowie aus einer Steuervorrichtung,
die den Röntgenröhrenstrom stets auf den Nullwert der Differenzspannung steuert.
Bei Röntgendiagnostikapparaten dieser Art greift die Regelgrösse zum Konstanthalten
des vor Aufnahmebeginn gewählten Röntgenröhrenstroms während des Aufnahmeablaufs
in den Heizkreis der Röntgenröhre ein. Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht
darin, dass sie wegen der Wärmeträgheit des Heizfadens bei Aufnahmezeiten von weniger
als 1/10 Sekunde praktisch unwirksam ist. Dieser Nachteil kann durch Verwendung
einer gittergesteuerten Röntgenröhre beseitigt werden. Eine solche Röhre ist jedoch
für Röntgenanla-gen mittlerer Grösse zu kostspielig und erfordert einen zu
hohen technischen Aufwand. Um mit einer normalen Röntgenröhre auszukommen und trotzdem
eine wirksame Stromregelung im Kurzzeitbereich zu erzielen, hat man auch
schon eine sog. Phantom-Röntgenröhre benutzt, die eine ähnli-che Strom-Spannungs-Charakteristik
wie die Röntgenröhre in einem Spannungabereieh aufweist, bei dem noch keine nennenswerte
Röntgenstrahlung erzeugt wird. Entsprechend den von der Phantom-Röhre
vor
der eigentlichen Aufnahme ermittelten Daten wird der Heizfaden der Röntgenröhre
derart vorgeheizt, dass sich der gewünschte konstante Röhrenstromwert schon im Kurzzeitbereich
einstellt. Diese sog. Vorstabilisierung durch einen Hilfsstromkreis hat den Nachteil,
dass nach einiger Zeit, etwa auf Grund unterschiedlicher Verschleisserscheinungen,
Abweichungen zwischen den Werten im Hilfsstromkreis und im Röntgenröhrenstromkreis
auftreten. Bei einer bekannten Einrichtung, die diesen Mangel nicht besitzt, ist
eine Hilfselektrode in die Röntgenröhre eingebaut, die dem Heizfaden der Röntgenröhre
bis auf wenige Millimeter genähert ist und an die eine gegenüber dem Heizfaden positive,
von der Röntgenröhrenspannung abhängige Hilfsspannung solcher. Grösse angelegt wird,
dass sich ein Emissionsstrom einstellt, der dem Röntgenröhrenbetriebsström bei der
voreingestellten Röntgenröhrenspannung entspricht. Auch diese Anordnung setzt jedoch
eine verhältnismässig aufwendige Spezialröntgenröhre voraus, die für Röntgenanlagen
der unteren bzw. mittleren Klasse nicht in Betracht kommt. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine auch im Kurzzeitbereich wirksame Stromregeleinrichtung mit
Vorstabilisierung zu schaffen, deren technischer Aufwand so gerinest, dass sie auch
für kleinere und mittlere Röntgenanlagen in Betracht gezogen werden kam. Dazu wird
erfindungsgemäss vorgeschlagen, zum Einschalten des Apparates in drei Stufen eine
Zeitschaltvorrichtung zu benutzeh, die zwei, vor Beginn der Aufnahmeauslösung und
nach Beendigung der Aufnahme geöffnete, im Hochspannungskreis der Röntgenröhre angeordnete
Schaltkontakte betätigt, von denen der erste etwa 600 ms nach dem Schliessen des
Heizkreises den Stromkreis der Röntgenröhre durch Anlegen einer Hochspannung solcher
Grösse schliesst, dass während der Dauer von etwa 40 ms noch keine bildgebende Strahlung
entsteht, und der zweite Schaltkontakt nach dem Ablauf der 40 ms den voreingestellten
Wert der Hochspannung während derAufnahmedauer einschaltet.
-
Dadurch ist mit einfachen Mitteln eine auch im Kurzzeitbereich hinreichend
genau wirkende vorstabilisierende Stromregelung geschaffen.
Zwar
ist der sog. Durchgriff der Röntgenröhre, d.h. die Abhängigkeit des Röhrenstroms
von der Röhrenspannung,nicht berücksichtigt. Der dadurch entstehende Fehler ist
jedoch so gering, dass er ausserordentlich kurzzeitig ausgeregelt und daher praktisch
vernachlässigt werden kann. ' Die Erfindung ist an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
-
Dabei zeigen Fig. 1 die Schaltung eines Röntgendiagnostikapparates
mit den Merkmalen der Erfindung und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der elektrischen
Grössen an der Röntgenröhre.
-
Gemäss Fig. 1 wird eine Röntgenröhre 1 von einem Röntgengenerator
mit den Primärwicklungen 2 und den Sekundärwicklungen 3 über die beiden in der elektrischen
Mitte geerdeten Gleichrichtergruppen 4 gespeist. Die Primärwicklungen des Hochspannungsgenerators
sind mit dem Einstelltransformator 5 verbunden, der am Fusspunkt seiner Wicklung
an die Netzleitung 0 angeschlossen ist. Zum Einstellen einer Hilfsspannung, deren
Funktion im folgenden näher beschrieben wird, besitzt der Einstelltransformator
5 die Kohlerolle 6, für die Einstellung der Röntgenröhrenbetriebsspannung durch
Verändern der Primärspannung des Hochspannungstranformators die Kohlerolle 7. Beide
Kohlerollen sind über die vom Zeitschaltwerk 8 steuerbaren Schaltkontakte K1 bzw.
K2 und den Drucktastenschalter S1 an die Netzleitung R angeschlossen. Zur Heizstromversorgung
ist die Röntgenröhre über einen Heizwandler mit der Primärwioklung 9 und der Sekundärwicklung
10 mit dem Netz R, 0 verbunden.
-
Der Regelkreis zum Konstanthalten des Röntgenröhrenstroms ist aus
der Steuerdrossel 11 mit der Arbeitswicklung 12 und der Steuerwicklung 13 dem Differenzverstärker
14, dem im Röhrenstromkreis angeordneten Widerstand 15 und dem an der Stromquelle
16 angeschlossenen einstellbaren Widerstand 17 gebildet, mit dessen Einstellabgriff
18 'der Sollwert des Röhrenstroms wählbar ist.
Die Funktion der
Schaltung ist folgende.-Das schematisch d argestellte Zeitsehaltwerk 8 besitzt einen
Antriebsmotor 19, der, ausgehend von der dargestellten Grundposition, mittels der
Schaltwalzen 20, 21 nacheinander die Schaltkontakte K1 und K2 mit K3 betätigt, deren
Funktion noch erläutert wird. Der Motor wird durch die nicht dargestellte Schaltungsanordnung
24 nach beendeter Arbeitsperiode stets in die dargestellte Grundposition gesteuert.
Nach dem Schliessen des Druckschalters S1 wird die Primärwicklung 9 des Heizwandlers
der Röntgenröhre mit dem Speisenetz verbunden.
-
In dieser sog. Vorbereitungsstellung ist also nur der Heizkreis der
Röntgenröhre geschlossen. Zum Auslösen der Aufnahme wird der Druckschalter S2 geschlossen.
Dadurch läuft der Motor 19 an und schliesst nach etwa 600 ms mit Hilfe der Schaltwalze
20 den Schaltkontakt K1. Dadurch wird der verstellbare Abgriff 6 des Einstelltransformators
mit der Netzleitung R verbunden, so dass der Röntgenröhre eine Hilfsspannung zugeführt
ist, die mit Hilfe des Abgriffs 6 so eingestellt werden kann, dass die Röntgenröhre
bis zum Aufnahmebeginn keine bildgebende Strahlung erzeugt. Durch das Anlegen der
Hilfsspannung fliesst jedoch Strom im Röntgenröhrenstromkreis und am Widerstand
15 entsteht die Ist-Spannung.
-
Der Differenzverstärker vergleicht nun die Ist-Spannung mit der am
Abgriff 18 des Widerstandes 17 voreingestellten,dem gewünschten Röhrenstrom entsprechende
Soll-Spannung und erzeugt bei einer Ab-
weichung der beiden Werte eine der
Differenzspannung entsprechende Regelspannung, die der Steuerwicklung 13 der Steuerdrossel
zugeführt ist, die den induktiven Widerstand ihrer Arbeitswicklung 12 so lange verändert,
bis der Ist-Wert gleich dem Sollwert ist, d.h. bis zum Nullwert der Differenzspannung.
-
Nach dem Ablauf von etwa 40 ms, die zum Ausregeln der vorhandenen
Differenz zwischen Ist- und Sollwert ausreicht, sahl,iesat die Schaltwalze 21 die
Schaltkontakte K2 und K3. Gleichzeitig öffnet die Schaltwalze 20 den Schaltkontakt
Klo Damit liegt die am einstellbaren Abgriff 7 des Einstelltransformators
wählbare Betriebsspannung an der Röntgenröhre an. Durch das Schliessen des Schaltkontaktes
K3 wird der Aufnahmezeitschalter 22 in. Betrieb gesetzt. Dieser betätigt mit Hilfe
der Relais-wieklung 23 den Umschalter 25,
so dass der Motor 19 von
der bekannten und daher nicht näher dargestellten Schaltungsanordnung 24 in seine
Ausgangsposition zurückgeführt wird. Gleichzeitig mit der Relaiswicklung 23 wird
vom Aufnahmezeitschalter 22 die Relaiswicklung 26 erregt, so dass die Schalter 27
und 28 schliessen und die sich durch das Zurückführen des Motors in seine Ausgangsposition
öffnenden Schaltkontakte K2 und K3 überbrücken.
-
Nach dem Ablauf der eingestellten Aufnahmezeit wird die Relaisspule
26 stromlos, so dass die sich öffnenden Schalter 27, 28 den Röhrenstromkreis und
den Aufnahmezeitschalterkreis unterbrechen. Nach dem öffnen der Druckschalter S1
und 32 werden auch der Röhrenstromkreis und der Motorstromkreis unterbrochen. Gleichzeitig
wird die Relaisspule 23 stromlos, so dass der Umschalter 25 in die dargestellte
Position zurückkehrt. Damit ist die gezeichnete Ausgangsposition wieder erreicht
und eine-neue Aufnahme kann ausgEWst werden.
-
Die Zeitdiagramme nach Fig. 2 zeigen den mi.tliehen Verlauf der elektrischen
Grössen an der Röntgenröhre. Zum Zeitpunkt T1, also nach dem Schliessen des Druektastenschalters
Sl,steigt der Heizstrom der Röntgenröhre (IH) bis auf seinen Nennwert an, den er
auf Grund der thermischen Trägheit des Heizfadens nach etwa 600 ms erreicht. Nach
dem Ablauf der 600 ms wird, wenn man einmal annimmt, dass der Druektastensahalter
S2 zugleich mit dem Drucktastenschalter 81 geschlossen worden ist, der Schaltkontakt
K1 geschlossen, so dass die Röhre mit ihrer Spannungsquelle verbunden ist, deren
Spannung jedoch einen gegenüber der Aufnahmespannung sehr geringen Wert besitzt.
Aus Fig. 2b ist zu entnehmen, dass der dabei sich ergebende Röhrenstrom (IR) zunächst
einen hohen Wert annimmt, wegen der einsetzenden Regelung aber schnell auf
seinen Nennwert abklingt, den er zum Zeitpunkt T3, 40 ms später als T2, erreicht
hat. Gleichzeitig steigt die Röhrenspannung (UR) gemäss Fig. 2o , durch den 9pannung8abfall
am Innenwiderstand "des Generators bedingt, zwisdhen T2 und T3 umgekehrt proportional
zum absinkenden Röhrenstrom an. Die von der Röntgenröhre abgegebene Dosisleistung
(DL) hingegen erreicht gemäss Fig. 2d Wegen der niedrigen Röhrentpannurrg
zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 nur einen geringen
Wert.
Beim Erreichen von T3 schliesst der Schaltkontakt K2, so dass nunmehr die Aufnahmespannung
an der Röntgenröhre anliegt. Dabei steigt wegen des Durchgriffs der Röntgenröhre
der Röhrenstrom, wie in Fig. 2b dargestellt, abermals etwas an. Dieser Anstieg ist
aber nur gering und klingt infolge der sofort einsetzenden Regelung so schnell ab,
dass er keine merkliche Dosisleistungserhöhung zur Folge hat.