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Röntgendiagnostikapparat zur Anfertigung von Röntgenaufnahmen mit
einem Belichtungsautomaten Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntg'endiagnostikapparat
zur Anfertigung von Röntgenaufnahmen mit einem Belichtungsautomaten zum automatischen
Abschalten der Röntgenröhre nach dem Erreichen einer vorbestimmten Strahlendosis
am Röntgenfilm und automatischen Stelimitteln für die Röntgenröhren-Spannung.
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Bei bekannten Röntgendiagnostikapparaten mit Belichtungsautomat ist
die Röntgenröhrenspannung einzustellen. Die Abschaltung der Röntgenröhre, d.h. die
Beendigung einer Aufnahme, erfolgt, wenn eine vorbestimmte für eine optimale Filmschwärzung
erforderliche Strahlendosis auf den Film eingewirkt hat. Die Röntgenröhrenspannung
muß dabei in Abhängigkeit von dem durchstrahlen Objekt so eingestellt werden, daß
sich ein optimaler
Bildkontrast ergibt. Die Einstellung der Röntgenröhrenspannung
erfolgt anhand von Tabellen oder aufgrund der Erfahrung der untersuchenden Person.
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Durch die deutsche Patentschrift 1 227 570 ist ein belichtungsautomatisierter
Röntgendiagnostikapparat mit Einstellmittel für die Röntgenröhrenspannung und den
Röntgenröhrenstrom, mit einer Uberlastungsschutzvorrichtung zum Ermitteln und Einstellen
der Grenzzeit in Abhängigkeit von der voreingestellten Röntgenröhrenleistung anhand
des Röhrenbelastungsnomogramms, sowie mit einem hinter dem Aufnahmeobjekt angeordneten
Strahlendosisleistungsmesser bekannt. Bei diesem Röntgendiagnostikapparat ist eine
Steuervorrichtung vorgesehen, die bei einer solchen Einstellung der Uberlastungsschutzvorrichtung,
daß die aufgrund der voreingestellten Werte vorhandene Röhrenbelastung stets um
einen bestimmten Bruchteil unterhalb der Grenzbelastung der Röntgenröhre liegt,
die Röntgenröhrenspannung dann während der ersten Aufnahmephase auf den bis zum
Erreichen der Grenzbelastung zulässigen Wert anhebt, wenn die mit Aufnahmebeginn
vorgenommene Dosisleistungsmessung ergibt, daß die für die gewünschte Filmschwärzung
erforderliche Strahlungsdosis bei der voreingestellten Dosisleistung innerhalb der
Grenzzeit nicht erzielbar ist. Bei diesem Röntgendiagnostikapparat erfolgt eine
automatische Anpassung der Röntgenröhrenspannung an die Patientendicke. Es ist also
bereits eine gewisse Automatisierung der Einstellung der Röntgenröhrenspannung erzielbar.
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Der Anfangswert der Röntgenröhrenspannung muß jedoch nach wie vor
dem aufzunehmendem Körperteil bzw. Organ entsprechend gewählt werden. Außerdem stehen
für die Aufnahme eines bestimmten Körperteils bzw. Organs nur zwei verschiedene
Röntgenröhrenspannungen zur Verfügung, so daß die Anpassung an die unterschiedlichen
Patientenkonstitutionen nur s sehr grob erfolgt.
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Es wird daher auch bei diesem Rbntgendiagnostikapparat nicht
immer
eine optimale Belichtungszeit bei der geringstmöglichen Strahlenbelastung des Patienten
und optimalem Bildkontrast erzielt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Röntgendiagnostikapparat der eingangs
genannten Art, also einen belichtungsautomatisierten Röntgendiagnostikapparat, zu
schaffen, der in seiner Bedienung gegenüber dem Stand der Technik dadurch wesentlich
vereinfacht ist, daß eine Einstellung der Röntgenröhrenspannung nicht mehr erforderlich
ist. Die Röntgenröhrenspannung soll sich dabei einem optimalen Kontrast entsprechend
automatisch einstellen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Röntgenröhrenspannung
durch die Steilmittel während einer Aufnahme in einer' im Vergleich zur kürzesten
Aufnahmezeit kleinen Zeit von einem minimalen, für alle Untersuchungen gleichen
Anfangswert aus bis zu ihrem Maximalwert automatisch hochfahrbar ist, und daß die
Stellmittel von einem Vergleichsglied steuerbar sind, dessen einem Eingang ein dem
Differentialquotienten aus der Dosisleistung nach dem Patienten und dem Istwert
der Röntgenröhrenspannung und dessen anderem Eingang ein dem gewünschten Bildkontrast
entsprechendes Signal ugeführt ist und das den Stellmitteln ein Signal zum Festhalten
der Röntgenröhrenspannung zuführt, wenn die durch seine Eingangssignale verkörperten
Kontraste gleich sind. Beim erMindungsgemäßen Röntgendiagnostikapparat ist eine
Einstellung der Röntgenröhrenspannung nicht mehr erforderlich. Es ist lediglich
erforderlich, den gewünschten Bildkontrast zu wählen. Dieser Einstellvorgang braucht
aber nur verhältnismäßig selten zu.
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erfolgen. Im Rahmen der Erfindung kann der gewünschte Dildkontrast
auch fest eingestellt sein, wenn eine Eontrastveränderung nicht für erforderlich
gehalten wird. Die Bedienung des erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikapparats ist.
daher sehr
einfach, weil praktisch überhaupt keine Aufnahmedaten
gewählt werden müssen. Es ist somit ein vollautomatischer Betrieb möglich.
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Im Rahmen der Erfindung kann zur Bildung eines der Änderung der Dosisleistung
nach dem Patienten entsprechenden Signals ein Differenzierglied für eine dem Ionisationsstrom
des Belichtungsautomaten entsprechende Spannung vorgesehen sein.
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Der Ionisationsstrom des Belichtungsautomaten wird dabei sowohl zur
Erzeugung einesAbschaltsignals für die Röntgenröhre als auch zur Einstellung der
Röntgenröhrenspannung benutzt.
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Es ergibt sich somit ein sehr einfacher Aufbau.
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Die Anstiegsfunktion der Röntgenröhrenspannung kann fest programmiert
sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Anderung der Röntgenröhrenspannung
tatsächlich zu erfassen, sondern die Steuerung des Vergleichsglieds kann dem Hochfahren
der Röntgenröhrenspannung entsprechend erfolgen. Eine besonders einfache Ausgestaltung
ergibt sich dabei, wenn die Röntgenröhrenspannung in Abhängigkeit von der Zeit linear
ansteigt, weil in diesem Fall die Erfassung des Ionisationsstroms des Belichtungsautomaten
zur Steuerung des Vergleichsglids ausreicht, Weitere Vorteile und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine graphische Darstellung des Verlaufs
des Dosisleistungsfaktors in Abhängigkeit von der Röntgenröhrenspannung für verschiedene
Patientendicken, Fig. 2 den entsprechenden Verlauf des Kontrastfaktors,
Fig.
3 das Blockschaltbild eines Röntgendiagnostikapparats nach der Erfindung und Fig.
4 den Verlauf der Röntgenröhrenspannung bei dem Röntgendiagnostikapparat gemäß Fig.
3.
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In der Fig. 1 sind vier Kurven 1 bis 4 dargestellt, die den Verlauf
des Dosisleistungsfaktors Dlf nach dem Patienten für vier verschiedene Patientenkonstitutionen
in Abhängigkeit von der Röntgenröhrenspannung UR darstellen. Die Kurve 1 gilt dabei
für einen dünnen Patienten, während die Kurve 4 für einen dicken Patienten gilt.
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Der Bildkontrast E einer Röntgenaufnahme ist proportional dem Differentialquotienten
aus der Dosisleistung DL nach der Röntgenröhrenspannung UR. Demgemäß gilt für den
Bildkontrast folgende Beziehung:
Der Verlauf des Kontrastfaktors Kf in Abhängigkeit von der Röntgenröhrenspannung
UR ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Kurven 5 bis 8 entsprechen dabei den Kurven
1 bis 4 in der Flug. 1. In der Fig. 2 ist eine Linie 9 eingezeichnet, die einen
bestimmten, optimalen Kontrast darstellt. Aus der Fig. 2 geht hervor, daß zur Erzielung
des Kontrastes gemäß der Linie 9 für den den Kurven 1 und 5 zugeordneten Patienten
eine Röntgenröhrenspannung von etwa 70 kV erforderlich ist, während für den den
Kurven 4 und 8 zugeordneten Patienten eine Röntgenröhrenspannung von etwa 95 kV
benötigt wird. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß zu jeder Patientenkonstitution
eine ganz bestimmte Röntgenröhrenspannung gehört, mit der ein vorbestimmter Kontrast
erzielt wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die oben angegebene
Beziehung für den Bildkontrast dazu ausgenutzt werden kann, den jeweils tatsächlich
erzielbaren Bildkontrast zu messen und mit einem Sollwert zu vergleichen und ein
der Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert des Kontrastes entsprechendes Signal
zur automatischen Einstellung der Röntgenröhrenspannung zu benutzen.
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Ein Röntgendiagnostikapparat, der nach diesem Prinzip arbeitet, ist
in der Fig. 3 dargestellt. Der Röntgendiagnostikapparat gemäß Fig. 3 besitzt einen
Drehstrom-Hochspannungstransformator 10, dessen Sekundärseite aufgeteilt ist. Zwei
Hochspannungsgleichrichter 11 und 12 speisen eine Röntgenröhre 13 über zwei im Hochspannungskreis
liegende Röhren 14 und 15. Den Röhren 14 und 15 sind Steueranordnungen 16 und 17
zugeordnet, durch die der Anoden-Kathodenwiderstand der Röhren 14 und 15 und damit
der Spannungsabfall an den Röhren 14 und 15 einstellbar ist.-Durch die Steueranordnungen
16 und 17 ist daher die Röntgenröhrenspannung einstellbar.
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Die Ansteuerung der Steueranordnungen 16 und 17 erfolgt durch ein
Vergleichsglied 18, das einen Eingang 19 besitzt, der an einem Sollwertgeber 20
für den gewünschten Bildkontrast angeschlossen ist. Das Vergleichsglied 18 besitzt
ferner einen Eingang 21, an dem eine an einem Widerstand 22 abgegriffene Spannung
liegt. Der Widerstand 22 ist Bestandteil eines aus ihm und einem Kondensator 23
bestehenden Differenzierglieds, welches am Ausgang eines Verstärkers 24 angeschlossen
ist. Der Eingang des Verstärkers 24 ist mit einer Ionisationskammer 25 verbunden,
die nach dem Patienten 26 und vor einem Röntgenfilm 27 liegt.
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Das Ausgangs signal des Verstärkers 24 ist außer dem Differenzierglied
22, 23 einem Abschaltverstärker 28 zugeführt, der einen Sollwerteingang 29 besitzt
und das Ausgangssignal des Verstärkers
24 mit dem Sollwertsignal
für die Filmschwärzung vergleicht.
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Wenn diese beiden Signale übereinstimmen, d.h. wenn die gewünschte
optimale Filmschwärzung erreicht ist, liefert der Abschaltverstärker 28 an seinem
Ausgang 30 einer Abschaltvorrichtung 31 ein Abschaltsignal. Die Abschaltvorrichtung
31 kann auf die Steueranordnungen 16 und 17 zur Sperrung der Röhren 14 und 15,aber
auch auf ein im Primärkreis des Hochspannungstransformators 10 angeordnetes Schaltglied
zum Abschalten der Röntgenröhre 13 einwirken.
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Zwischen den Klemmen 32 liegt eine Spannung, die der Dosisleistung
nach dem Patienten 26 entspricht. Der Widerstand 22 ist Ta klein gegenüber dem Bruch
C s in dem TG die längste vòrkommende Aufnahmezeit und C die Kapazität des Kondensators
23 ist.
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Für die Spannung am Widerstand 22 gilt:
ist ist dabei die Spannung im Widerstand 22, i der Strom durch diesen Widerstand
und R der Widerstandswert dieses Widerstands.
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C ist die Kapazität des ICondensators23, UDL eine der Dosisleistung
entsprechende Spannung (Spannung zwischen den Klemmen 32) und t die Zeit. c' ist
eine Konstante.
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Dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 liegt zugrunde, daß die Röntgenröhrenspannung
linear mit der Zeit ansteigt. Demgemäß gilt für die Röntgenröhrenspannung: UR =
E* . t K* ist dabei eine Konstante. Zur Erzielung eines linearen Anstiegs der Röntgenröhrenspannung
ist das Vergleichsglied 18 so programmiert, daß dieser lineare Anstieg erfolgt,
so lange die
Spannung an seinem Eingang 21 von der Spannung am Eingang
19 abweicht.
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Wird die Beziehung für die Röntgenröhrenspannung UR in die Beziehung
für die Spannung am Widerstand 22 UE eingesetzt, so ergibt sich für die Spannung
YK:
In dieser Gleichung ist der Differentialquotient der Dosisleistung nach der Röntgenröhrenspannung
enthalten. Unter der Voraussetzung, daß die Röntgenröhrenspannung linear mit der
Zeit ansteigt, ist somit die Spannung am Eingang 21 bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 ein Maß für den jeweils erzielbaren Bildkontrast. Die Wirkungsweise
des Röntgendiagnostikapparats gemäß Fig. 3 ist daher gemäß Fig. 4 folgende: Die
Röntgenröhrenspannung UR steigt vom Beginn einer Röntgen aufnahme an linear bis
zum Zeitpunkt T0 an. Im Zeitpunkt T0 sind die durch die Signale an den Eingängen
19 und 21 des Vergleichsglieds 18 verkörperten Kontraste gleich groß, d.h. der Istwert
des Kontrastes ist gleich dem gewünschten Sollwert. Im Zeitpunkt T0 wird daher die
Röntgenröhrenspannung auf dem Wert U1 festgehalten und die Röntgenaufnahme mit der
Spannung Ul bis zum Zeitpunkt T1 angefertigt, in dem der Abschaltverstärker 28 die
Aufnahme beendet-. Nach dem Zeitpunkt T1 klingt die Röntgenröhrenspannung exponentiell
auf Null ab. Die Anstiegssteilheit der Röntgenröhrenspannung zu Beginn einer Aufnahme
ist so gewählt, daß die Zeit T0 auch bei der maximal vorkommenden Röntgenröhrenspannung
klein im- Vergleich zur Zeit T1, nämlich der minimal vorkommenden Aufnahmezeit ist,
so daß während des größten Teils der Aufnahmezeit die dem optimalen Kontrast entsprechende
Röntgenröhrenspannung an der Röntgenröhre liegt.
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Zusammenfassend ergibt sich, daß zu b bei dem Röntgendiagnostikapparat
gemäß Fig. 3 eine Einstellung der Röntgenröhrenspannung nicht erforderlich ist.
Da auch der Röntgenröhrenstrom gemäß dem Belastungsnomogramm der Röntgenröhre fest
programmiert werden kann, ist bei diesem Röntgendiagnostikapparat die Bedienung
wesentlich vereinfacht, weil praktisch keine Aufnahmedaten eingestellt werden müssen.
Der gewünschte Kontrast kann für eine Vielzahl von Aufnahmen einmal am Sollwertgeber
20 eingestellt werden, und die Anpassung an den verwendeten Röntgenfilm erfolgt
ebenfalls für eine Vielzahl von Aufnahmen einmal durch ein entsprechendes Signal
am Eingang 29 des Abschaltverstärk=s 28. Der Röntgendiagnostikapparat gemäß Fig.
3 ist somit voll belichtungsautomatisiert, wobei der Einstellvorgang für die Röntgenröhrenspannung
in die Automatisierung einbezogen ist.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist besonders einfach, weil die
Röntgenröhrenspannung linear mit der Zeit ansteigt und daher keine besondere Erfassung
der Röntgenröhrenspannungsänderung durch entsprechende Meßglieder erfolgen muß.
Im Rahmen der Erfindung kann der Anstieg der Röntgenröhrenspannung aber auch nach
einer anderen Funktion erfolgen. Wird diese Funktion im Vergleichsglied 18 fest
programmiert, so ist auch in diesem Fall keine Messung des jeweiligen Istwerts der
Röntgenröhrenspannungsänderung erforderlich. Im Rahmen der Erfindung ist. es auch
möglich, sowohl die Dosisleistungsänderung als auch die Röntgenröhrenspannungsänderung
durch entsprechende Meßglieder zu erfassen und durch ein Differenzierglied den Differentialquotienten
d DL zu bilden. Wesentlich für (1 UR die Erfindung ist immer, daß dem-Vergleichsglied
18 ein dem Differentialquotienten aus der Dosisleistung und der Röntgenröhrenspannung
und damit dem Istwert des Kontrastes entsprechendes Signal zugeführt wird, und daß
dieses Signal mit einem dem Sollwert des Kontrastes entsprechenden Signal verglichen
und
bei Gleichheit der diesen Signalen zugeordneten Kontraste die Röntgenröhrenspannung
festgehalten wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß die Röntgenröhrenspannung,
wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, von Null aus hochgefabren wird. Wesentlich
ist nur, daß der minimale Anfangswert der Röntgenröhrenspannung so gewählt ist,
daß der Bereich, den die Röntgenröhrenspannung bei ihrem Hochfahren überstreichen
kann, für alle aufzunehmenden Eörperteile und Organe ausreicht.