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Röntgendiagnostikapparat mit einem Regelkreis für einen Aufnahme-Parameter
Ein Röntgendiagnostikapparat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bei dem
die Röntgenröhrenspannung geregelt wird, ist in der DT-OS 1 930 714 beschrieben.
Bei diesem Röntgendiagnostikapparat ist zur Einstellung des Heizstromes vor Beginn
einer Aufnahme auf den etwa zu erwartenden Wert ein Widerstand im Heizkreis eingeschaltet.
Dieser Widerstand muß entsprechend eingestellt werden. Hierzu ist er mit einem F4nstellwiderstand
für die Röntgenröhrenspannung gekuppelt, d.h. bei der Einstellung der Röntgenröhrenspannung
wird automatisch der Röntgenröhrenheizstrom auf einen Wert eingestellt der dem etwa
während einer Aufnahme sich ergebenden Wert entsprechen soll. Bei von der Röntgenröhrenspannung
unabhängigen Wahl des Röntgenröhrenstroms sind weitere Widerstände erforderlich.
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Nachteilig ist bei dem bekannten Röntgendiagnostikapmarat, daß vor
Inbetriebnahme eine individuelle Anpassung der Einstellwiderstände
an
die verwendete Röntgenröhre und die Länge verschiedener Kabel erforderlich ist,
damit auch tatsachlich während des Betriebs vor einer Aufnahme eine Vorheizung der
Röntgenröhre mit einem Heizstrom erfolgt, der bereits zu Beginn der Aufnahme etwa
den gewünschten Röntgenröhrenstrom zur Folge hat. Dieser Nachteil wird dadurch verstärkt,
daß bei Verwendung eines einzigen Hcchspannungsgenerators mit dem zugeordneten Regelkreis
in Verbindung mit mehreren verschiedenen Röntgenröhren diese Stellwiderstände mehrmals
vorhanden sein und die Kalibrierungsarbeiten also mehrmals erfolgen müssen. Ferner
ist nachteillg, daß bei einer Alterung der Röntgenröhre eine einwandfreie Funktion
der Röntgenröhrenspannungsregelung nicht gewährleistet ist, seil sich in diesem
Fall trotz der Voreinstellung des Röntgenröhrenstroms eine verhältnismäßig starke
Abweichung zu Beginn einer Aufnahme von dem erforderlichen Wert einstellen kann,
was zu einer starken Abweichung der Röntgenröhrenspannung von ihrem Sollwert zu
Beginn einer Aufnahme führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgendiagnostikapparat
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem eine manuelle Einstellung
vor Inbetriebnahme zur Anpassung des Röntgenröhrenheizstromes im Sinne der Erzielung
möglichst geringer Regelabweichungen zu Beginn von Rontgenaufnahmen nicht erforderlich
ist, bei dem also diese Anpassung automatisch erfolgt. Eine automatische Anpassung
des Anfangwerts des Röntgenröhrenstroms zu Beginn einer Aufnahme soll ferner auch
bei einer Röntgenröhrenalterung und bei Verwendung des Röntgendiagnostikapparats
in Verbindung mit mehreren Röntgenröhren automatisch erfolgen können.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens
des Patentanspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen
Röntgendiagnostikapparat
merkt sich ein Speicher während einer Aufnahme zu jeder Röntgenröhrenspannung und
weiteren Aufnahme-Paratern den jeweils eingestellten Röntgenröhrenheizstrom und
stellt den Röntgenröhrenheizstrom vor Beginn der nächsten Aufnahme mit derselben
Röntgenröhrenspannung und denselben weiteren Aufnahmeparametern so ein, daß zu Beginn
dieser Aufnahme etwa bereits der richtige RöntgenronrenJeron fließt. Bei einer Alterung
der Röntgenröhre erfolgt automatisch eine Veränderung der gespeicherten Röntgenröhrenheizstromwerte.
Bei Verwendung des Röntgendiagnostikapparats in Verbindung mit mehreren Röntgenröhren
beschreibt ein Aufnahme-Parameter, welche der Röntgenröhren betrieben werden soll
und zu jeder Röntgenröhre und zu jeder Röntgenröhrenspannung läßt sich der sich
bei einer Aufnahme ergebende Röntgenröhrenheizstrom speichern. Im Rahmen der Erfindung
ist es ebenso möglich, den Röntgenröhrenheizstrom nicht nur für jede Röntgenröhrenspannung
und jede angeschlossene Röntenröhre sondern auch noch für weitere Parameter, z.B.
für den Röntgenröhrenstrom und für den Fokus, zu speichern, d.h. für eine Vielzahl
von beliebigen Parameterkombirationer. den entsprechenden Röntgenröhrenheizstrom
jeweils zu erfassen und zu speichern und bei der Wahl einer bestimmten Parameterkombination
für eine Röntgenaufnahme automatisch den gespeicherten Röntgenröhrenheizstrom abzufragen
und vor Aufnahmebeginn entsprechend einzustellen. Eine manuelle Einstellung vor
Tnbetriebnahme des Röntgendiagnostikapperats oder während des Betriebs zur Anpassung
an veränderte Betriebsvel.hältnisso (Röntgenröhrenalterung) ist beim Erfindungsgegenstand
also nicht erforderlich.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig.
1 ein Blockschaltbild des Heizkreises eines Röntgendiagnostikapparats nach der Erfindung
Fig. 2 bis 4 Signalverläufe zur Erläuterung der Figur 1, Fig. 5 die Schaltung eines
Einzelteils von Figur 1, und Fig. 6 eine Ausgestaltung der Schaltung gemäß Figur
1.
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In der Figur 1 ist der Heizkreis eines Röntgendiagnostikapparats dargestellt,
der ein geregeltes Gleichstromnetzteil 1 und einen steuerbaren Wechselrichter 2
enthält. Der Ausgang 3 des Wechselrichters 2 fahrt zur Röntgenröhrenkathode und
versorgt die R' ftgenröhre mit einer rechteckimpuisförmigen Heizwechselspannung
konstanter Amplitude. Das Impuls-Pausen-Verhältnis der Ausgangsspannung des Wechselrichters
2 und damit der Heizspannung wird durch das Ausgangssignal eines Vergleichers 10
auf der Leitung 12 bestimmt. Außer durch den Vergleicher 10 wird der Wechselrichter
2 noch von einem Binäruntersetzer 4 angesteuert. Dessen Eingang ist über ein Gatter
5 mit dem Ausgang eines Zählers 6 verbunden. Der Zähler 6 zählt die Ausgangsimpulse
eines Pulsoszillators 7.
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Die Alsgangssignale des Binäruntersetzers 4 auf den Leitungen 8 und
9 bestimmten, ob der Wechselrichter gerade eine positive oder eine negative Halbwelle
liefert. Die Ausgangssignale des Binäruntersetzers 4 wechseln, sobald der Zähler
6 das Ende seiner Zählkapazität erreicht hatte und wieder bei Null zu zählen arf-Eagt.
Die Dauer einer Wechselrichter-Halbperiode ist also gegeben als dws Produkt aus
Oszillator-Periodendauer und Zählerkapazität, z,.B. als 5/uns * 128.
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Zur Festlegung der Dauer, wahrend der innerhalb einer Wechselrichter-Halbperiode
tatsächlich Spannung am Ausgang 3 des Wechselrichters 2 liegt, d.h. zur Bestimmung
des Puls-Pause-Verhältnisses, dient der Vergleicher 10, der den Stand des Zählers
6 mit der von einem Speicher 11 gelieferten Information vergleicht. Wenn diese Information
und der Stand des Zählers 6 gleich sind, liefert der Vergleicher 10 ei seinem Ausgang
12 ein Signal zur Beendigung des Ausgangs impulses des Wechselrichters 2.
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Die Figur 2 zeigt die usgangsimpulse des Pulsoszillators 7 und die
Figur 3 die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2, d.h.
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die Heizspannung der Röntgenröhre, bei fehlendem Signal auf der Leitung
12. Die Figur 4 zeigt die Ausgangsspannung des Wechselrichters 3 für den Fall, daß
in den Zeitpunkten t auf der Leitung 12 ein Signal für den Heizungsstop auftritt.
Die Figur 4 zeigt deutlich, daß der Effektivwert des Heizstroms der Röntgenröhre
durch den Zeitpunkt, in dem nach Beginn einer Halbwelle der Ausgangsspannung des
Wechselrichters 2 ein Stopsignal auf der Leitung 12 auftritt, einstellbar ist.
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Der Speicher 11 liefert an seinem Ausgang 13 eine Information, die
dem jeweils gewünschten Röntgenröhrenstrom entspricht. Es sind im Speicher 11 eine
Vielzahl von Informationen gespeichert, von denen jede je einer Aufnahme-Parameterkombination
zugeordnet ist. Bei der Wahl einer bestimmten AuSnahme-Parameterl-ombination, z.B.
einer bestimmten Röntgenröhre, einer bestimmten Röntgenröhrenspannung und eines
bestimmten Fokusses,wird ein entsprechendes Adressensignal dem Speicher 11 auf der
Leitung 14 zugeführt und dadurch die zugeordnete Information im Speicher 11 aufgerufen
und über die Leitung 13 dem Vergleicher 10 angeboten.
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Die Informationen im Speicher 11 sind nicht fest, sondern verändern
sich laufend entsprechend den Änderungen des Röntgenröhrenheizstroms infolge von
Röntgenröhrenalterungsers heinungen,
dem Austausch von Röntgenröhren
und dergleichen. Hierzu besitzt der Speicher 11 zwei Eingänge 15 und 16, die in
Verbindung mit der Figur 5 noch näher erläutert werden.
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Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, daß im Speicher 11 für
jede Aufnahme-Parameterkombination eine Information gespeichert ist, die einen rontgenröhrenheizstrom
charakterisiert, der die gewünschte Röntgenröhrenspannung mit hoher Genauigkeit
zur Folge hat und daß der Heizstrom der Röntgenröhre vor Aufnahmebeginn bei der
Wahl der Aufnahme-Parameterkombination der über die Leitung 14 angewählten Information
entsprechend bereits so eingestellt wird, daß durch die Röntgenröhre mit Aufnahmebeginn
bereits mit groBer Genauigkeit der richtige Röntgenröhrenstrom fließt. Entscheidend
ist dabei, daß die Informationen im Speicher 11 während des Betriebs automatisch
korrigiert werden.
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Der Speicher 11 liegt in einem Regelkreis für die Röntgenröhrenspannung
und in ihm ist für jede Aufnahme-Parameterkombination der sich während einer Aufnahme
ergebenden Röntgenröhrenheizstrom auch nach Beendigung der Aufnahme noch gespeichert
und wird bei Beginn einer neuen Aufnahme der gewählten Aufnahme-Parameterkombination
entsprechend abgefragt.
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Aus der Figur 5 geht hervor, daß der Speicher 11 ein Speicherelement
17 aufweist, in dem fiir jede Aufnahme-Parameterkombination eine einen Grundwert
des Heizstroms der Röntgenröhre charakterisierende Information gespeichert ist,
und daß ferner im Speicher 11 ein lernfähiges Speicherelement 18 vorhanden ist.
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DJe Ausgangssignale der Speicherelemente 17 und 18 werden in einem
Addierer 19 addiert. Das lernfähige Speicherelement 18 enthält eine Speicherzelle
20 mit einer Adresse und eine Speicherzelle 21, deren Adressenzahl gleich der Adressenzahl
des Speicherelements 17 ist und damit auch der Anzahl der Aufnahme-Parameterkombinatimientspri-cht.
Die Speicherzelle 20 besitzt einen Schreib-Befehls-Eingang 22 und die Speicherzelle
21 einen Lese-Befehls-Eingang 23 und einen Schreib-Befehls-Eingang 24. Im Speicherelement
18 ist ferner ist Addierer 25, ein Analog-Digital-Wandler 26 und ein Komparator
27 vorhanden. Der Komparator 27
vergleicht das Eirgangssignal am
Eingang 16, das den Sollwert der Röntgenrb-1uenspannung verkörpert, mit dem Eingangssignal
am Eingang 15, das den Istwert der Röntgenröhrenspannung darstellt.
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Das Ausgangssignal des Addierers 19, das den Vergleicher 10 steuert
und damit die Länge der Ausgangs impulse des Vechselrichters 2 bestimmt, ist die
Summe aus dem Ausgangssignal des Speicherelements 17, das einer Basis-Heizpulslänge
entspricht, und dem Ausgangssignal des lernfähigen Speicherelements 18, das die
Be.sis-Heizpulslänge korrigiert.
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Das Speicherelement 17 wird unabhängig von dem jeweils vor handenen
Röntgenröhrenexemplar und den verwendeten Kabelläng a ganz allgemeinguitig programtert.
In dem Speicherelement 17 ist also in jeder Adresse eine solche Heizstrominformation
gespeichert, daß selbst bei äußerster Exemplarstreuung der betreffenden Röntgenröhre
im oberen Röntgenröhrenspannungsbereich keine gefährlichen Überspannungen wegen
Unterheizens und im oberen Röntgenröhrenstrombereich kein Uberheizen auftreten kann.
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Das lernfähige Speicherelement 18 ist vor der Inbetriebnahme des Röntgenapparates
auf allen Adressen leer. Die Adressen füllen sich jedoch bereits bei den ersten
Testaufnahmen, wenn über die Eingänge 24 und 28 Schreib- und Lese-Befehle zugeführt
werden.
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Das Lernen des lernfähigen Speicherelements 18 vollzieht sich in folgender
Weise: Zvsächst sorgt ein Impuls am Eingang 22 und ein Lese-Befehl am Eingang 23
dafür, daß die Speicherzelle 20 die Heizstrominformation, die unter der angewähiten
Adresse in der Speicherzelle 21 steht und die der eingestellten Aufnahme-Paraieterkombination
entspricht,
übernimmt, und für eine gewisse Zeit sowohl dem Addierer 19 als auch dem Addierer
25 zeigt. Der Komparator 27 erkennt, ob der Röntgenröhrenspannungs-Istwert zu groß
ist, was eine größere Heizpulslänge erforderlich machen würde, ob er zu klein ist,
was eine kleinere Heizpulslänge erforderlich machen würde oder ob er richtig ist.
Dementsprechend bietet der Analog-Digital-Wandler 26 dem Addierer 25 eine 1, eine
-1 oder eine Null an. Nach bestimmter eitsnteivallen gibt man der Speicherzelle
21 zunächst einen Schreibimpuls, damit sie den gegenüber der unter der gewählten
Adresse gespeicherten Heizstrominformation um 1, -1 oder überhaupt nicht korrigierten
Wert der Heizstrominfoimatlon übernimmt und dann parallel mit einem Schreibimpuls
an der Speicherzelle 20 einen Leseimpuls, damit die Heizpulslänge während des nächsten
Zeitintervalles von dem korrigierten Wert der Heizstrominformation bestimmt wird.
Auf diese Weise folgen Schreib- und Lese-Befehle aufeinander und die Regelabweichung
wird immer kleiner. Wenn die Regelabweichung den Wert Null erreicht hat, ist in
der Speicherzelle 21 unter der gewählten Adresse eine Heizstrominformation gespeichert,
die exakt dem Heizstrom entspricht, der während der Aufnahme die gewünschte Röntgenröhrenspannung
zur Folge hat.
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Diese Heizstrominformation bleibt auch nach Beendigung der Aufnahme
gespeichert und wenn mit derselben Aufnahme-Parameterkombination eine neue Aufnahme
gemacht wird, wird die Röntgenröhre vor dieser neuen AuSnahme mit einem Heizstrom
gespeist, der zu Beginn der neuen Aufnahme mit hoher Genauigkeit den richtigen Röntgenröhrenstrom
zur Folge hat. Regelabweicw,gen sind also auf ein Minimum reduziert.
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Die Zufuhr von Schreib- und Lesesignalen zu dem lernfähigen Speicherelement
18 ist nicht nur für die Inbetriebnahme des Röntgenapparates möglich, sondern sie
kann auch während des normalen Betriebs wiederholt werden. In diesem Fall stellt
sich der Röntgenapparat während des Betriebs automatisch nach, so daß Röntgenröhrenalterungen
ausgeglichen werden.
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Die Frequenz, mit der die Befehle auf den Leitungen 24 und 28 aufeinander
folgen, kann aus dem Ausgangssignal des Zählers 6 (Fig. 1) durch Untersetzung abgeleitet
werden. Dabei ist zu beachten, daß die Temperatur der Kathodenwendel und somit auch
der Röntgenröhrenstrom erst mit einer gewissen Verzögerung Heizstrom-Änderungen
folgt. Damit also keine Regelschwingungen auftreten, muß dir Untrsetzung hinreichend
groß gewählt werden.
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Es ist zweckmäßig, das lernfähige Speicherelement 18 so auszuführen,
daß es seine Informationen auch bei Netzausfällen behält.
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Die Erfindung ist in Verbindung mit einer digitalen Röntgenröhrenspannungsregelung
beschrieben. Sie ist jedoch auf eine solche Regelung nicht beschränkt, sondern auch
bei einem Röntgendiagnostikapparat mit analog arbeitendem Röntgenröhrenspannungsregelkreis
anwendbar.
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Muß der Heizstrom der Röntgenröhre während einer Röntgenaufnahme entsprechend
der Initiallastkurve reduziert werden, so kann das Impuls-Pausen-Verhältnis des
Wechselrichters 2 beibehalten werden. Die Reduktion erreicht man vorteilhaft durch
Verminderung der Ausgangsspannung des Netzteils 1 gemäß einer Steuerspannung, die
ein speziell für diese Aufgabe dimensionierter Funktionsgenerator liefert (30 in
Fig. 6).
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist der geregelte Aufnahme-Parameter die
Röntgenröhrenspannung. Im Rahmen der Erfindung ist denkbar, daß der Inhalt des Speichers
11 (Fig. 1) bzw. des Speichers 18 (Fig. 5) nach Maßgabe des Ist-Sollwert-Vergleiches
eines anderen Aufnahme -Parametels (z.B. des Röntgenröhrenstromes, der Röntgenröhrenleistung
oder der Dosisleistung) korrigiert wird.