DE2833282C2 - Röntgenapparat für medizinische Zwecke mit einem Röntgenbelichtungsautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenapparat für medizinische Zwecke mit einem Röntgenbelichtungsautomaten, wobei der Röntgenapparat einen mit seiner Sekundärseite mit einer Röntgenröhre verbundenen, die Betriebsspannung für die Röntgenröhre liefernden Hochspannungstransformator, dessen Primärkreis über eine Schalteinrichtung an eine Spannungsquelle anschließbar ist, sowie eine Heizstromquelle für die Röntgenröhrenheizung aufweist, und wobei der Röntgenbelichtungsautomat mit einem Röntgenstrahlungsdetektor, einer dem Röntgenstrahlungsdetektor nachgeschalteten, einen Verstärker und ein Integrierglied aufweisenden Meßschaltung, einer Stellstufe zum Voreinstellen eines Sollwertes einer zu applizierenden Röntgenstrahlungsdosis und einer Vergleicherstufe versehen ist, die das integrierte Signal des Röntgenstrahlungsdetektors mit dem Sollwert vergleicht und an die Schalteinrichtung ein Abschaltsignal liefert, wenn das integrierte Signal den Sollwert erreicht.

Ein Röntgenapparat dieser Art ist aus der DE-OS 25 56 699 bekannt. Einzelheiten bezüglich der Steuerung der Röntgenröhrenheizung und des Aufschaltens der Röntgenröhrenbetriebsspannung sind dort nicht offenbart.

Es ist ferner ein Röntgenapparat mit Röntgenbelichtungsautomat bekannt (DE-AS 12 77 455), bei dem der Röntgenröhrenheizstrom von einem Hilfstransformator über einen ersten Schaltkontakt oder eine dazu parallel liegende Reihenschaltung aus einem zweiten Schaltkontakt und einem Widerstand sowie über einen Heiztransformator zur Röntgenröhre geht. Einstellmittel für die Röntgenröhrenspannung sind mit von einem Abgriff des Hilfstransformators gebildeten Einstellmitteln zur Voreinstellung des Röntgenröhrenstroms so gekoppelt, daß die Anfangsröhrenleistung als Produkt von Strom und Spannung der Röntgenröhre bei jedem dieser Wertepaare konstant ist. Nach Erreichen einer in Abhängigkeit von der Höhe der konstanten Anfangsleistung fest vorgegebenen Vollastzeit wird über einen Zeitgeber der zunächst geschlossene erste Schaltkontakt geöffnet, während der zunächst geöffnete zweite Schaltkontakt geschlossen wird, wodurch der mit dem zweiten Schaltkontakt in Reihe liegende Widerstand in den Primärkreis des Heiztransformators eingeschaltet wird. Dadurch wird die Röhrenleistung auf einen bis zum Ende der Belastungsdauer zulässigen Bruchteil der Anfangsleistung herabgesetzt. Der Heizstromkreis ist also über einen der beiden Schaltkontakte ständig geschlossen, mit Ausnahme des Übergangs vom Vollastbetrieb auf Teillastbetrieb, wo der Heizstrom kurzzeitig ganz unterbrochen wird, um die Emission der Röntgenröhre rasch auf den gewünschten Wert abzusenken. Die Beschickung der Röntgenaufnahmen hat zur Folge, daß der Heizfaden über Zeitspannen aufgeheizt wird, die wesentlich länger als die eigentliche Röntgenbelichtungsdauer sind. Dies bedingt nicht nur erhöhten Energieverbrauch, sondern verkürzt die Lebensdauer der Röntgenröhre, die in erster Linie durch die der Glühkathode bestimmt wird.

Des weiteren ist es bei einem Röntgenapparat mit Belichtungsautomat bekannt (DE-OS 19 13 891), über ein Triac zusammen mit der Betriebsspannung für die Röntgenröhre auch den Heizstrom der Röntgenröhre in Abhängigkeit vom Ansprechen des Belichtungsautomaten ein- und auszuschalten, wobei das Einschalten der Betriebsspannung über einen Nullspannungsdetektor im Spannungsnulldurchgang erfolgt. Mit dem Einschalten des Heizstroms erst im Augenblick des Anlegens der Betriebsspannung wird zwar die Aufheizdauer der Glühkathode minimiert. Weil jedoch zwischen dem Einschalten des Heizstroms und dem Erreichen der Heizfaden-Arbeitstemperatur eine nicht unerhebliche Zeitspanne vergeht, steigt nach dem Einschaltbefehl die Röntgenstrahlungsintensität vergleichsweise langsam an, so daß sich die Strahlungsintensität im Verlauf der Röntgenaufnahme ändert. Dies ist unerwünscht. Wenn beispielsweise eine Panorama-Röntgenaufnahme auf einem während der Aufnahme gegenüber dem Röntgenstrahl bewegten Röntgenfilm mit vorgegebener Gesamtstrahlungsdosis hergestellt werden soll, sind die Anfangsteile der Aufnahme unterbelichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenapparat der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die erforderliche Vorheizung der Röntgenröhre vor Einschaltung der Hochspannung automatisch gewährleistet ist und dabei Störungen durch zu abruptes Anlegen der Hochspannung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Vorheizzeitgeber zum Einstellen einer vorbestimmten Vorheizdauer der Röntgenröhre und zum Anschalten der Spannungsquelle an die Primärseite des Hochspannungstransformators erst nach Verstreichen der vorbestimmten Vorheizdauer im Zusammenwirken mit einem Nulldurchgangsdetektor, der den Zeitpunkt der Beaufschlagung der Röntgenröhre mit der Betriebsspannung auf den dem Ende der Vorheizdauer nächstfolgenden Nulldurchgang der angelegten Wechselspannung festlegt. Der Vorheizzeitgeber stellt sicher, daß die Glühkathode der Röntgenröhre beim Anlegen der Betriebsspannung bereits ihre volle Arbeitstemperatur hat. Die Intensität der Röntgenstrahlen bleibt infolgedessen während der Aufnahmedauer weitgehend konstant. Andererseits sind unnötig lange Aufheizdauern der Glühkathode vermieden. Zugleich ist die Gefahr einer Zerstörung von hochspannungsseitigen Bauelementen beim Starten der Röntgenbelichtung ausgeräumt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Röntgenapparats,

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild des Röntgenapparats nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind eine Röntgenröhre 101, ein Hochspannungstransformator 102, eine Schalteinrichtung 103, ein Röntgenstrahlungsdetektor 104, ein Verstärker 105, ein Integrierglied 106, eine Vergleicherstufe 107, eine Stellstufe 108 für die zu applizierende Röntgenstrahlungsdosis, eine Meßschaltung 109 für die Röntgenstrahlungsdosis, eine Stellstufe 110 zum Einstellen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 105, ein Vorheizzeitgeber 111 für den Heizfaden der Röntgenröhre, ein Nulldurchgangsdetektor 112 sowie ein Hilfszeitgeber 113 dargestellt.

Um die Aufnahme eines Röntgenbildes einzuleiten, wird zunächst der Verstärkerfaktor des Verstärkers 105 mittels der Stellstufe 110 in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des verwendeten Röntgenfilms, des im Einzelfall aufzunehmenden Teils des Patienten und der jeweiligen Eigenschaften des Patienten vorgegeben. Ferner wird der Sollwert der zu applizierenden Röntgenstrahlungsdosis mit Hilfe der Stellstufe 108 eingestellt. Wenn dann ein Startschalter gedrückt wird, wird Vorheizspannung von dem Hochspannungstransformator 102 über den Vorheizzeitgeber 111 nur an den Heizfaden der Röntgenröhre 101 angelegt, wodurch die Röntgenröhre 101 in Betriebsbereitschaft für die Aufnahme gesetzt wird. Nach Verstreichen der mittels des Vorheizzeitgebers 111 vorbestimmten Vorheizdauer geht ein Signal zum Auslösen der Röntgenstrahlen von der Schalteinrichtung 103 über den Nulldurchgangsdetektor 112; Hochspannung wird von der Sekundärseite des Hochspannungstransformators 102 an die Röntgenröhre 101 als Betriebsspannung angelegt, um auf diese Weise die Aufnahme des Röntgenbildes einzuleiten. Gleichzeitig wird der Hilfszeitgeber 113 gestartet. Wenn die Röntgenröhre 101 Röntgenstrahlen zu emittieren beginnt, wird die Menge der abgegebenen Röntgenstrahlen mittels des Röntgenstrahlungsdetektors 104 ermittelt und in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt. Das Ausgangssignal wird im Verstärker 105 verstärkt, in dem Integrierglied 106 integriert und der Vergleicherstufe 107 zugeführt. Weil außerdem an die Vergleicherstufe 107 ein Sollwert für die Röntgenstrahlungsdosis von der Stellstufe 108 geht, werden die beiden Werte in der Vergleicherstufe 107 miteinander verglichen. Wenn der integrierte Wert und der Sollwert der Röntgenstrahlungsdosis durch fortgesetztes Auffallen von Röntgenstrahlen in Übereinstimmung miteinander kommen, geht ein Signal an die Schalteinrichtung 103; die Energiezufuhr zur Primärseite des Hochspannungstransformators 102 wird abgeschaltet. Wenn das Signal von der Vergleicherstufe 107 die Schalteinrichtung 103 wegen einer Störung nicht erreicht, obwohl der integrierte Wert und der Sollwert der Röntgenstrahlungsdosis übereinstimmen, schaltet der Hilfszeitgeber 113 die Röntgenröhre 101 aus, indem er der Schalteinrichtung 103 ein Abschaltsignal zuführt.

In Fig. 2 sind die Eingangsklemmen der Schalteinrichtung 103 mit P1 bezeichnet. Wenn zur Vorbereitung der Aufnahme eines Röntgenbildes der Strom eingeschaltet und ein Hauptschalter SW1 geschlossen wird, wird Spannung an einen Leistungstransformator T1 angelegt, so daß Sekundärspannung an den sekundärseitigen Klemmen X, Y und G, H des Transformators T1 auftritt. Die Klemmen X und Y sind die gleichen wie die Klemmen X und Y für eine Stufe 103A der Schalteinrichtung 103, die in Fig. 2 rechts oben gesondert herausgezeichnet ist. Spannung wird also an die Schalteinrichtung 103 angelegt. Weil jedoch den Transistoren TR1 bis TR3 kein Strom zugeführt wird, erscheint an den Ausgangsklemmen A und B keine Ausgangsspannung. Infolgedessen liegt an den entsprechend bezeichneten Ausgangsklemmen A und B der Schalteinrichtung 103 keine Spannung an. Ein Triac (Trioden-Wechselstromschalter) TRC wird nicht getriggert. An die Röntgenröhre 101 wird keine Betriebsspannung angelegt. Das Ausgangssignal an den Klemmen G und H auf der Sekundärseite des Transformators T1 wird in einer Vollweggleichrichterschaltung 114 zu einem pulsierenden Strom gleichgerichtet; ein Gleichstromanteil des pulsierenden Stroms wird über eine Diode D1 an ein Relais LR1 angelegt. Andererseits wird der pulsierende Strom in einer Spannungsstabilisierungsschaltung 115 geglättet und dann einer der Wahl des Verstärkungsfaktors dienenden Schaltergruppe SW2 zugeführt. Die Schaltergruppe SW2 ist mit einer Schaltergruppe SW4 der Stellstufe 110 gekoppelt. Der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers AMP1 wird entsprechend gewählt, indem Kontakte der Schaltergruppen SW2 und SW4 geschlossen werden. Diese Einstellung des Verstärkungsfaktors wird vorgenommen, um in Abhängigkeit von der Lage des aufzunehmenden Körperteils für ein optimales Röntgenbild zu sorgen. Des weiteren erlaubt es eine Schaltergruppe SW5 der Stellstufe 110, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers AMP1 in Abhängigkeit von Kennwerten des Patienten zu ändern (beispielsweise in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen Erwachsenen und Kindern). Der Eingangssignalpegel für das Integrierglied 106 läßt sich durch Auswahl der Kontakte in den Schaltergruppen SW4 und SW5 variieren. Die Einstellung der Schaltergruppen SW4 und SW5 erfolgt als Vorbereitung für die Aufnahme des Röntgenbildes; erst anschließend soll die Vorrichtung betriebsbereit sein. Der pulsierende Strom von der Vollweggleichrichterschaltung 114 liegt ferner ohne vorherige Glättung an dem Nulldurchgangsdetektor 112 an. Der Gleichstromanteil gelangt zum Relais LR1; dieses Relais spricht jedoch nicht an, weil ein in der Rückleitung liegender Transistor TR4 von einem Startschalter SW3 nicht mit Strom beaufschlagt ist. In der Vergleicherstufe 107 wird die Spannung am Punkt C (entsprechend dem Sollwert der Röntgenstrahlungsdosis) mittels eines verstellbaren Widerstands VR3 eingestellt.

Wenn der Startschalter SW3 eingeschaltet wird, führt der Transistor TR4 Strom. Das Relais LR1 spricht an. Die Relaiskontakte FR und HR schließen. Heizspannung wird über einen Heizteil T2 des Hochspannungstransformators 102 dem Heizfaden der Röntgenröhre 101 zugeführt. Weil jedoch zu diesem Zeitpunkt der Triac TRC nicht getriggert ist, wird keine Betriebsspannung an die Röntgenröhre angelegt. Es erfolgt lediglich ein Vorheizen des Heizfadens.

Wenn der Startschalter SW3 geschlossen wird, kommt der Vorheizzeitgeber 111 an Spannung. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne, die von dem Zeitpunkt der Auslösung des Vorheizzeitgebers bis zum Erreichen einer vorbestimmten Vorheizdauer reicht, die von der Zeitkonstanten eines Kondensators C1 und dem Spannungsteilerverhältnis zwischen einem Widerstand R1 und einem verstellbaren Widerstand VR1 abhängt, wird ein eine Umkehrung verhindernder steuerbarer Triodengleichrichter PUT1 eingeschaltet; ein Thyristor SCR1 wird getriggert; der die Betriebsdauer der Röntgenröhre bestimmende Hilfszeitgeber 113 wird eingeschaltet. Eine vorbestimmte Zeitdauer nach Einschaltung des Hilfszeitgebers 113, die von einem Kondensator C2, einem veränderbaren Widerstand VR2 und einem Widerstand R2 abhängt, kommt ein steuerbarer Triodengleichrichter PUT2 unter Strom; ein Thyristor SCR2 spricht an, wodurch der Thyristor SCR1 in Sperrichtung vorgespannt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem zuvor der Thyristor SCR1 stromführend wurde, war eine Spannung in Flußrichtung an eine Koppeldiode D2 eines Fotokopplers angelegt worden; der Basis des Transistors TR1 der Stufe 103A wird Vorspannung zugeführt, um die Transistoren TR1 bis TR3 stromführend zu machen. Der Gleichstromanteil eines Stroms, der über die Eingangsklemmen X, Y und eine Vollweggleichrichterschaltung 116 geführt wurde, tritt an den Ausgangsklemmen A und B auf, wodurch der Triac TRC getriggert wird. Über den jetzt stromführenden Triac TRC geht eine Wechselspannung an einen Hochspannungsteil T3 des Hochspannungstransformators 102; Betriebsspannung wird an die Röntgenröhre 101 angelegt, die mit der Sekundärseite des Hochspannungsteils T3 verbunden ist. Die Röntgenröhre 101 beginnt, Röntgenstrahlen zu emittieren.

Weil der Relaiskontakt HR geschlossen ist, kommen ein Summer BZ und eine Signallampe PL1 unter Strom. Durch den Summer BZ und die Signallampe PL1 wird der Beginn des Röntgenaufnahmevorgangs akustisch und optisch kenntlich gemacht.

Ein Taktimpuls (Koinzidenzsignal) wird von dem Nulldurchgangsdetektor 112 in gewissen Zeitintervallen abgegeben, um den in Reihe mit der Koppeldiode D2 liegenden Thyristor SCR3 anzusteuern. Das Signal des Nulldurchgangsdetektors 112 triggert also den Thyristor SCR3. Infolgedessen wird die Koppeldiode D2 nur während der Einschaltdauer des Thyristors SCR3 stromführend gemacht, wodurch die Transistoren TR1 bis TR3 veranlaßt werden, einen Ausgangsstrom an den Ausgangsklemmen A und B abzugeben. Dieser Ausgangsstrom triggert den Triac TRC, so daß die Betriebsspannung der Röntgenröhre 101 ausgehend von einem Spannungsnullpegel angelegt wird. Es kann also zu keinen Störungen aufgrund eines plötzlichen Anlegens von Hochspannung kommen. Die Diode D2 und der Transistor TR1 bilden also eine Koppelschaltung.

Wenn die Röntgenbestrahlung gestartet wird, gelangen Röntgenstrahlen in eine Fotodiode D3. Sie werden dort in einen fotoelektrischen Strom umgesetzt. Der so erzeugte Strom wird einem Vorverstärker AMP3 zugeführt und gelangt dann von dem Verstärker 105 zum Integrierglied 106. Dabei wird das mittels des Verstärkers AMP1 um einen vorbestimmten Faktor verstärkte Ausgangssignal auf das Integrierglied 106 gegeben, wo auf bekannte Weise eine Integration mittels eines Kondensators C3 und eines Verstärkers AMP4 durchgeführt wird. Das integrierte Ausgangssignal geht an die Vergleicherstufe 107, bei der am Punkt C eine vorbestimmte Spannung eingestellt ist. Tritt Übereinstimmung dieser voreingestellten Spannung mit der integrierten Spannung auf, spricht ein steuerbarer Triodengleichrichter PUT3 an. Der Thyristor SCR2 des Hilfszeitgebers 113 wird getriggert, um den Thyristor SCR1 in Sperrichtung vorzuspannen. Dadurch wird die Stromzufuhr zur Diode D2 unterbrochen; die Röntgenröhre 101 wird abgeschaltet. Wenn am Punkt C wegen einer Störung der Stufen 104 bis 106 kein Ausgangssignal auftritt, obwohl die vorgewählte Röntgenstrahlungsdosis bereits abgegeben ist, kommt der steuerbare Triodengleichrichter PUT2 unter Strom, wodurch der Thyristor SCR1 in Sperrichtung vorgespannt wird. Der Patient wird dadurch gegen eine übermäßige Röntgenstrahlungsdosis geschützt. Das Arbeitsspiel ist damit abgeschlossen.

Der Relaiskontakt HR dient als Sicherheitsschalter. Bei einem Ausfall des Triac TRC wird das Anlegen von Hochspannung an die Röntgenröhre 101 mittels dieses Relaiskontakts HR unterbrochen. Die Signallampe PL1 leuchtet jetzt nicht auf; der Summer BZ gibt jedoch ein akustisches Signal. Diese von der normalen Arbeitsweise abweichende Arbeitsweise von Signallampe PL1 und Summer BZ warnt den Benutzer vor aufgetretenen Störungen. Eine Signallampe PL2 zeigt an, daß die Stromquelle für das Vorheizen des Heizfadens eingeschaltet ist.

Claims (1)

1. Röntgenapparat für medizinische Zwecke mit einem Röntgenbelichtungsautomaten, wobei der Röntgenapparat einen mit seiner Sekundärseite mit einer Röntgenröhre verbundenen, die Betriebsspannung für die Röntgenröhre liefernden Hochspannungstransformator, dessen Primärkreis über eine Schalteinrichtung an eine Spannungsquelle anschließbar ist, sowie eine Heizstromquelle für die Röntgenröhrenheizung aufweist, und wobei der Röntgenbelichtungsautomat mit einem Röntgenstrahlungsdetektor, einer dem Röntgenstrahlungsdetektor nachgeschalteten, einen Verstärker und ein Integrierglied aufweisenden Meßschaltung, einer Stellstufe zum Voreinstellen eines Sollwertes einer zu applizierenden Röntgenstrahlungsdosis und einer Vergleicherstufe versehen ist, die das integrierte Signal des Röntgenstrahlungsdetektors mit dem Sollwert vergleicht und an die Schalteinrichtung ein Abschaltsignal liefert, wenn das integrierte Signal den Sollwert erreicht, gekennzeichnet durch einen Vorheizzeitgeber (111) zum Einstellen einer vorbestimmten Vorheizdauer der Röntgenröhre (101) und zum Anschalten der Spannungsquelle an die Primärseite des Hochspannungstransformators (102) erst nach Verstreichen der vorbestimmten Vorheizdauer im Zusammenwirken mit einem Nulldurchgangsdetektor (112), der den Zeitpunkt der Beaufschlagung der Röntgenröhre mit der Betriebsspannung auf den dem Ende der Vorheizdauer nächstfolgenden Nulldurchgang der angelegten Wechselspannung festlegt.