DE2132879B2 - Röntgengerät mit zwei Impulsgeneratoren, die entladbare Kapazitäten zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen aufweisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgengerät mit einer eine Anode und eine Kathode aufweisenden Röntgenröhre, mit zwei Impulsgeneratoren, die entladbare Kapazität zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen aufweisen und von denen das Ausgangsende des einen mit der Kathode und das Ausgangsende des anderen mit der Anode der Röntgenröhre verbunden ist, während die anderen Enden der Impulsgeneratoren unter sich und mit einer Ladespannungsquelle derart verbunden sind, daß durch letztere die Kapazitäten bildende Belegungen aufgeladen werden und die Impulsgeneratoren bei ihrer gleichzeitigen Auslösung Spannungsimpulsc entgegengesetzter Polaritäten erzeugen und dadurch zwischen Kathode und Anode der Röntgenröhre eine Spannung anliegt, die größer ist als die Ausgangsspannung eines der Impulsgeneratoren, sowie mit einer einen Funkenstreckenschalter autweisenden Einrichtung zur gleichzeitigen Auslösung der Impulserzeugung in beiden Impulsgeneratoren.

Ein derartiges Röntgengerät ist aus der US-PS 25 24 240 bekannt. Die zwei Impulsgeneratoren dieses bekannten Röntgengeräts sind nach Art des bekannten Marx-Generators aufgebaut, der jedoch einen zu großen Aufwand dadurch erfordert, daß für jede Teilspannung eine Kapazität und eine Funkenstrecke bzw. Schaltereinrichtung erforderlich ist.

Aus der GB-PS 9 75 911 ist ein Hochspannungs-Impulsgenerator bekannt, der aus zwei übereinander angeordneten, gegeneinander isolierten und in die Form einer Spirale gewickelten Folien besteht.

In der US-PS 34 32 664 ist zwar die Möglichkeit erwähnt, eine Röntgenröhre durch einen Hochspannungsgenerator zu speisen, der aus mehreren koaxial zueinander angeordneten und gegeneinander isolierten elektrisch leitenden Zylindern besteht, jedoch sind diese nicht dazu geeignet, einen wirkungsvollen Schutz für die bedienende Person zu bieten, da die einzelnen elektrisch leitenden Zylinder ineinander unter Zwischenfügung von dicken Isolierschichten angeordnet sind und daher nicht dazu geeignet sind, eine Röntgenröhre aufzunehmen.

Bei einem weiteren aus der US-PS 32 56 439 bekannten tragbaren Röntgengerät besteht der verwendete Hochspannungsimpulsgenerator wiederum aus dem bekannten Marx-Generator, bei dem jedoch sperrige Bauelemente, wie Kondensatoren, Widerstände und Induktivitäten benötigt werden, wodurch nicht nur das Gewicht des Geräts, sondern auch dessen räumliche Abmaße vergleichsweise groß ausfallen. Auch bietet dieses bekannte Röntgengerät nach außen hin einen vergleichsweise schlechten elektrischen Schutz, was sich auf die zahlreichen außenliegenden Funkenstrekken zurückführen läßt.

Schließlich ist auch aus der DT-AS 12 99 082 ein tragbares mit Hochspannungsimpulsen betriebenes Röntgengerät bekannt, welches jedoch ebenfalls keine ausreichende Sicherheit und Kompaktheit bietet. Bei diesem bekannten Gerät ist im Inneren des Hochspannungsimpulsgenerators bzw. des Impulstransformators ein Ferritstab angeordnet, um dadurch den Wirkungsgrad des Impulstransformators sowie dessen Spannungsfestigkeit zu erhöhen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einem Röntgengerät der eingangs definierten Art einen erhöhten elektrischen Wirkungsgrad und größere Sicherheit für die bedienende Person unter gleichzeitiger Erzielung möglichst gedrängter Bauweise zu erreichen.

Ausgehend von dem Röntgengerät der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der Impulsgeneratoren wenigstens einen Teil der Röntgenröhre umschließt, daß jeder Impulsgenerator aus zwei elektrisch leitenden Folien besteht, die durch eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material gegeneinander isoliert und spiralförmig übereinander gewickelt sind, daß weiter aus einer Vielzahl von aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehenden Stäben mit kleinem Durchmesser gebildete zylindrische Schichten zwischen jedem Impulsgenerator und der Röntgenröhre angeordnet sind, und daß die zylindrischen Schichten entlang ihrer Längenausdehnung durch ein elektrisch nicht leitendes Material unterbrochen und außerdem

fcgeneinander elektrisch isoliert sind.

Durch die relative Anordnung der Röntgenstrahlröh- _K und der Impulsgenerator ergibt sich der besondere Vorteil, daß zwischen den Impulsgeneratoren und der Röntgenstrahlröhre vergleichsweise sehr kurze leitungen vorgesehen werden können, so daß die Wellenfront der durch die lmpuisgeneratoren induzierten Wanderwelle möglichst steil gestaltet wird, wodurch die Neigung zu Reflexionen ausgeschaltet wird.

Durch diese Anordnung kann das Röntgengerät auch in einer sehr kompakten, gedrängten Bauweise ausgeführt werden, welches relativ zu setner Größe eine außerordentlich hohe Leistung aufweist. Dabei ist das Röntgengerät nach der Erfindung vergleichsweise gewichtsmäßig leicht und bietet darüber hinaus noch einen erheblichen Schutz sowohl hinsichtlich der Röntgenstrahlung als auch hinsichtlich der im Gerät auftretenden Hochspannung. Dadurch, daß die Impulsgenerataren die Röntgenröhre umschließen, werden in unerwünschte Richtungen austretende Röntgenstrahlen im wesentlicher durch die Impulsgeneratoren absorbiert.

Durch die Anordnung der aus Stäben gebildeten zyfndrischen Schicht, die aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität besteht, ergibt sich weiter der Vorteil, daß dadurch eine indukti\e Kopplung zwijehenden zwei lmpulsgeneraloren verhindert wird und ebenso eine induktive Kopplung mit irgendeinem elektrisch leitendem Element, welches in die Nähe des Geräts gebracht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Material mit der hohen magnetischen Permeabilität ein Ferritmaterial mit hohem elektrischen Widerstand ist.

Eine besonders wirkungsvolle Entkopplung der Impulsgeneratoren läßt sich auch dadurch erreichen, daß eine zusätzliche zylindrische Schicht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität und mit hohem elektrischen Widerstand die zwei Impulsgeneratoren umschließt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstcllung eines Röntgengeräts mit zwei Impulsgeneratoren, die hintereinarj.derliegend angeordnet sind, wobei eine Röntgenröhre innerhalb der zwei Generatoren angeordnet ist,

Fig.2 einen Schaltplan, der die elektrische Schaltung des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 wiedergibt,

F i g. 3 eine Schnittdarstellung des Röntgengeräts gemaß der Fi g. 1 nach der Linie 5-5, die die Schicht aus dem Material mit hoher magnetischer Permeabilität innerhalb des Kerns eines der Impulsgeneratoren zeigt,

Fig.4 eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts der Impulsgeneratoren gemäß Fig. 1, wobei die Art und Weise veranschaulicht ist, in welcher die zwei Impulsgeneratoren aneinander geschaltet sind, um die elektrische Verbindung zwischen den Generatoren entsprechend dem Schaltplan von F i g. 2 zu zeigen, und

Fig.5 eine Sehnittdarslcllung des Röntgengeräts ähnlich der F i g. 3, jedoch zusätzlich mit einer Schicht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, welche die äußere Fläche des Impulsgenerators umgibU um die Ausgangsleistung des Generators weiter zu erhöhen und um eine elektrische Kopplung mit nahegelegenen Gegenständen zu verhindern.

Fi g. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Röntgengeräts 46, das zwei hintereinander angeordnete Impulsgeneratoren 48 und 50 aufweist, die unterschiedliche Abschnitte einer Röntgenröhre 52 umgeben. Die einzelnen Abschnitte werden durch ein gegossenes, elektrisch isolierendes Gehäuse 53 in ihren Lugen gehaben und außerdem dadurch elektrisch gegeneinander isoliert. Die Röntgenröhre 52 weist eine Anode 54 und eine Kathode 56 auf. Die Kathode 56 besteht aus einer Vielzahl von Flügeln 58 und aus einem Flanschabschnitt 60, der die Röntgenröhre 52 umgibt. Zwischen der Röntgenröhre 52 und den Impulsgeneratoren 48 und 50 sind jeweils zylindrische Schichten 62 und 64 aus Ferritstäben angeordnet. Diese Schichten erhöhen nicht nur die Ausgangsspannung der Impulsgeneratoren 48 und 50, indem sie den Aufbau eines starken magnetischen Felds unterstützen, sondern sie verhindern auch eine elektrische Kopplung zwischen den Impulsgeneratoren und den leitenden Flächen innerhalb des oder der Impulsgeneratorkerne. Beispielsweise verhindert die Ferrnsehicht 62 eine eiektro-magnetische Kopplung zwischen dem Impulsgenerator 48 und dem ringförmigen Flanschabsehniu 60 der Kathode der Röntgenröhre. Wenn eine eiektro-magnetische Kopplung zwischen diesen zwei Elementen auftreten würde, so würde ein Kurzschlußsirom im Flanschabsehniu 60 indi:/iert, der die Ausgangsgröße des Impulsgenerators 48 wesentlich herabsetzen müßte. Gemäß F i g. 1 braucht die Schicht 62 nicht alle direkten Bahnen zwischen einer innerhalb des Kerns des Impulsgenerators angeordneten elektrisch leitenden Fläche und allen Abschnitten dieses Generators abzuschirmen, um eine eiektro-magnetische Kopplung /wischen dieser leitenden Fläche und den diese umschließenden Impulsgenerator zu verhindern.

F i g. 3 zeigt eine Schniudarsiellung des Röntgengeräts 46, wobei die Schicht 64 aus Ferritmaterial gezeigt ist. Die Schicht 64 besteht aus einer Vielzahl von Stäben 65 aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität und aus einem elektrisch nichtleitenden Material 66, welches zumindest /wei Stäbe der zylindrischen Schicht 64 längs deren gesamten Längenausdehnung trennt, so daß das Ferritmaterial bzw. Material mit hoher magnetischer Permeabilität keine geschlossene elektrische Ringleitung bildet. Bei dieser Konstruktion ist es nicht erforderlich, das Material mit hoher magnetischer Permeabilität gegen den Impulsgenerator 50 zu isolieren. Das heißt, bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 wirkt die zylindrische Schicht 64 einfach als zusätzliche Windung des Impulsgenerators 50 und stellt keinen geschlossenen elektrisch kurzg;-schlossenen Kreis für die Ausgangsspannung des Generators dar. In F i g. 1 ist veranschaulicht, daß, wenn die zylindrischen Schichten 62 und 64 in Kontakt mit den Impulsgeneratoren 48 und 50 gebracht sind, diese Schichten voneinander getrennt und elektrisch gegeneinander isoliert sein müssen, so daß kein geschlossener elektrischer Kreis zwischen den zwei lmpulsgeneraloren 48 und 50 entsteht. Auf Grund der hohen Ausgangsspannungen, die von den Impulsgeneratoren 48 und 50 erzeugt werden, würden die lmpuisgeneratoren kurzgeschlossen, wenn diese Schichten aneinander geschaltet wären und zwar selbst dann, wenn dies über ein Material mit einem sehr hohen elektrischen Widerstand geschähe. Es lassen sich jedoch die zwei zylindrischen Schichten 62 und 64 durch eine einzelne Schicht ersetzen, wenn diese einzelne Schicht einen Abstand zu den zwei lmpuisgeneratoren aufweist und elektrisch gegen diese isoliert ist.

Eine innere Folie jedes der Impulsgeneraioren 48 und 50 ist mit einer äußeren Folie des anderen Impulsgenerators verbunden, so daß der Impulsgenerator 48 die Kathode 56 mit einer negativen Spannung versorgt und der Impulsgenerator 50 die Anode 54 mit einer positiven Spannung versorgt, wenn ein Funkenstrckkenschalter 67 ausgelöst wird. Die Verbindung zwischen den zwei Impulsgeneratoren, die hintereinander geschaltet sind, ist in F i g. 4 in perspektivischer Darstellung (teilweise gebrochen) veranschaulicht. Wie sich aus dieser Figur entnehmen läßt, weist der Impulsgenerator 48 eine innere leitende Folie 68 und eine äußere leitende Folie 70 auf, die von der Folie 68 durch eine elektrisch isolierende Schicht 72 getrennt ist. Der Impulsgenerator 50 besitzt eine innere leitende Folie 74 und eine äußere leitende Folie 76, die von der Folie 74 durch eine elektrisch isolierende Schicht 78 getrennt ist. Die zwei Impulsgeneratoren sind über Leitungen 80 und 82 aneinandergeschaltet, wobei sich diese Leitungen auch zum Funkenstreckenschalter 67 erstrecken. ao

Die Leitungen 80 und 82 sind an den Impulsgenerator 48 direkt angeschlossen, wobei die Leitung 80 Kontakt mit der inneren Folie 68 und die Leitung 82 Kontakt mit der äußeren Folie 70 des Impulsgenerators 48 hat. Die isolierende Schicht 72 trennt die Leitung 82 »5 von der inneren Folie 68. Die Leitung 80 erstreckt sich über die Fläche der äußeren leitenden Folie 76 des Impulsgenerators 50 und verbindet die innere Folie 68 des Impulsgenerators 48 mit der äußeren Folie 76 des Impulsgenerators 50. Die äußere Folie 76 des Impulsgenerators 50 ist abgeschnitten und erstreckt sich nicht über die Leitung 80. Die Isolierschicht 78 und die innere leitende Folie 74 sind jedoch an dieser Stelle nicht abgeschnitten, sondern sind über den oberen Abschnitt der Leitung 80 gefaltet, wobei die Isolierschicht 78 die leitende Folie 74 von der Leitung 80 trennt. Die Leitung 82 erstreckt sich über den oberen Abschnitt der Folie 74 und verbindet somit die äußere Folie 70 des Impulsgenerators 48 mit der inneren Folie 74 des Impulsgenerators 50.

F i g. 2 zeigt einen Schaltplan des Röntgengeräts. in dem die Art und Weise veranschaulicht ist, in welcher impulsgeneratoren 14 und 16 aneinander geschaltet und an einen Funkenstreckenschalter 30 und an eine Röntgenröhre 12 angeschlossen sind. Die Impulsgeneratoren 14 und 16 bestehen aus zwei elektrisch leitenden Folien 32 und 34, die in eine zylindrische Gestalt aufgewickelt sind. Die Folie 32 bildet eine äußere Folie 36 des Impulsgenerators 14 und eine innere Folie 38 des Impulsgenerators 16, während die Folie 34 die innere Folie 40 des Impulsgenerators 14 und die äußere Folie 42 des Impulsgenerators 16 bildet. Die äußere elektrisch leitende Folie des einen Impulsgenerators ist als diejenige Folie definiert, deren äußere Windung einen größeren Radius aufweist und außerhalb der äußersten Windung der äußeren oder inneren elektrisch leitenden Folie dieses Generators über einen Hauptabschnitt des Umfangs dieses Generators reicht. Die innere und die äußere leitende Folie jedes linpulsgenerators 14 und 16 ist durch eine isolierschicht, die te der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, getrennt. In den Zeichnungen sind auch nur einige wenige Windungen der leitenden Folien jedes Impulsgenerators veranschaulicht, wobei jedoch die Impulsgeneratoren in Wirklichkeit sehr vie! mehr Windungen atifwei- 6j sen.

Im Betrieb gelangt eine Ladespannung aus einer Stromversorgungsquclle 44 auf die Leitung 32. Gemäß einem typischen Ausführungsbeispiel kann der Impulsgenerator etwa 30 Windungen aufweisen und es wird eine Ladespannung in der Größe von + 6000 bis + 10 000 Volt von der StromversorgungsquelJe 44 zugeführt. Eine hohe Spannung in der Größe von 100 000 Volt wird an der Röntgenröhre 12 durch Auslösung des Funkenstreckenschalters 30 aufgebaut, wobei die Folien 32 und 34 gegeneinander kurzgeschlossen werden. Danach breitet sich eine Fortpflanzungswelle zwischen den leitenden Folien jedes Impulsgenerators aus, läuft vorwärts und rückwärts und erzeugt eine Spannung von etwa — 50 000 Volt am inneren Ende der Folien des Impulsgenerators 16 und eine Spannung von etwa 4- 50 000 Volt am inneren Ende der Folie des Impulsgenerators 14. Es ist wesentlich einfacher, zwei Spannungen mit absoluten Werten von 50 000 Vott gegen Erde zur Röntgenröhre 12 hin zu übertragen als 100 000 Volt zu dieser Röhre hin zu übertragen, wie dies erforderlich wäre, wenn ein einziger Impulsgenerator an die Röntgenröhre angeschlossen wäre. Auch sind die Isolationsprobleme bei 50 000 Volt einfacher zu beherrschen als bei einer Spannung von 100 000 Volt.

F i g. 5 ist ähnlich der F i g. 3 und zeigt einen Schnitt durch ein Röntgengerät 86, welches ähnlich dem Röntgengerät 46 gemäß den F i g. 1 und 3 aufgebaut ist. Das Röntgengerät 86 unterscheidet sich von dem Röntgengerät 46 nur dadurch, daß es nicht nur eine erste zylindrische Schicht 64 aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität enthält, die um die innere Fläche eines Impulsgenerators 50 gewunden ist, sondern auch eine zusätzliche zylindrische Schicht 88 aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität enthält, die die äußere Fläche des Impulsgenerators 50 umgibt. Das die zusätzliche zylindrische Schicht 88 formende Material weist außerdem einen hohen elektrischen Widerstand auf, so daß keine spezielle Isolierung der Schicht 88 gegenüber den Impulsgeneratoren des Röntgengeräts 86 vorhanden sein braucht. Dies bedeutet, daß die Spannungen an der Außenseite der Impulsgeneratoren ausreichend niedrig sind, wobei die äußere Fläche von einem Impulsgenerator auf Masse oder Erdpotential bleibt und die äußere Fläche des anderen nicht das Ladepotential während der Aufladung oder während des Betriebs des Impulsgenerators überschreitet, so daß die zylindrische Schicht 88, wenn sie hohen elektrischen Widerstand aufweist, mit beiden Impulsgeneratoren des Röntgengeräts 86 Kontakt haben kann. Die zusätzliche zylindrische Schicht 88 schafft somit keinen Leitungsweg, durch den die Ausgangsspannung der Impulsgeneratoren vermindert werden kann. Die einzige Isolationsanforderung für die zusätzliche zylindrische Schicht 88 besteht darin, daß sie in elektrischem Sinn von der Schicht 64 isoliert sein muß, so daß kein geschlossener elektrischer Kreis über den Impulsgenerator 50 geschaffen wird. Ein derartiger elektrischer Kreis würde die Ausgangsspannung des Impulsgenerators kurzschließen. Die Abschnitte der Schichten 64 und 88 in Reihe mit dem Impulsgenerator 50 sind durch den Generator selbst getrennt. Das nichtleitende Gehäuse 53 trennt ferner die zylindrische Schicht 88 von den Schichten 62 und 64, die innerhalb der Impulsgeneratoren angeordnet sind, elektrisch und verhindert dadurch die Bildung einer elektrischen Leitungsverbindung längs den Kanten der Impulsgeneratoren, die diese Schichten verbinden würde. Die zusätzliche zylindrische Schicht 88 erhöht die Ausgangsspannung des Impuisgenerators 86. indem sie ein starkes magnetisches

Feld um den Impulsgenerator aufrechterhält, was bei Fehlen dieser Schicht nicht der Fall sein würde. Die zusätzliche zylindrische Schicht 88 verhindert ebenso eine elektro-magnetische Kopplung zwischen dem Impulsgenerator 50 und nahegelegenen Gegenständen, so daß dadurch eine Verminderung der Generatorausgangsgröße verhindert wird, die dann auftreten würde, wenn zwischen dem Impulsgenerator und einer Masse,

Fläche oder Erdpotentialfläche eine Kopplung bestehen würde. Das Verhindern einer solchen Kopplung schützt außerdem Personen in der Nähe des Röntgengeräts 86. durch Jas scnst ein potentiell schädlicher Strom in irgendwelchen nahegelegenen elektrisch leitenden oder elektrisch halbleitenden Gegenständen induziert werden könnte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Röntgengerät mit einer eine Anode und eine Kathode aufweisenden Röntgenröhre, mit zwei Impulsgeneratoren, die entladbare Kapazitäten zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen aufweisen und von denen das Ausgangsende des einen mit der Kathode und das Ausgangsende des anderen mit der Anode der Röntgenröhre verbunden ist, während die anderen Enden der Impulsgeneratoren unter sich und mit einer Ladespannungsquelle derart verbunden sind, daß durch letztere die Kapazitäten bildende Belegungen aufgeladen werden und die Impulsgeneratoren bei ihrer gleichzeitigen Aus'ösung Spannungsimpulse entgegengesetzter Polaritäten erzeugen und dadurch zwischen Kathode und Anode der Röntgenröhre eine Spannung anliegt, die größer ist, als die Ausgangsspannung eines der Impulsgeneratoren, sowie mit einer einen Funken-Streckenschalter aufweisenden Einrichtung zur gleichzeitigen Auslösung der Impulserzeugung in beiden Impulsgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Impulsgeneratoren (48, 50) wenigstens einen Teil der Röntgenröhre (52) umschließt, daß jeder Impulsgenerator aus zwei elektrisch leitenden Folien (68, 70; 74, 76) besteht, die durch eine Schicht (72; 78) aus elektrisch isolierendem Material gegeneinander isoliert und spiralförmig übereinander gewickelt sind, daß weiter aus einer Vielzahl von aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehenden Stäben (65) mit kleinem Durchmesser gebildete zylindrische Schichten (62; 64) zwischen jedem Impulsgenerator (48; 50) und der Röntgenröhre (52) angeordnet sind, und daß die zylindrischen Schichten (62; 64) entlang ihrer Längenausdehnung durch ein elektrisch nicht leitendes Material (66) unterbrochen und außerdem gegeneinander elektrisch isoliert sind.

2. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit der hohen magnetischen Permeabilität ein Ferritmaterial mit hohem elektrischen Widerstand ist.

3. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche zylindrische Schicht (88) aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität und mit hohem elektrischen Widerstand die zwei Impulsgeneratoren (48,50) umschließt.