DE2908767C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgendiagnostikgenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem Röntgendiagnostikgenerator dieser Art ist es möglich, die Speisefrequenz der Röntgenröhre im kHz-Bereich, also we­ sentlich höher als die Netzfrequenz zu wählen. Wegen dieser hohen Speisefrequenz kann der Hochspannungstransformator we­ sentlich kleiner und leichter aufgebaut werden als bei einem Röntgendiagnostikgenerator, der mit der Netzfrequenz betrieben wird.

Ein Röntgendiagnostikgenerator dieser Art wird als Mittelfre­ quenzgenerator bezeichnet. Mittelfrequenzgeneratoren sind in den deutschen Offenlegungsschriften 27 28 563, 24 44 143, 24 50 388 und in der DD-PS 25 051 beschrieben.

Zur Speisung der Röntgenröhre kann dabei im Lastkreis des Wech­ selrichters ein Reihenschwingkreis vorgesehen sein. Bei einem Wechselrichter dieser Art besteht ein enger Zusammenhang zwi­ schen der eingestellten Röntgenröhrenspannung, dem Röntgenröh­ renstrom, der Schaltzeit, d. h. der Aufnahmezeit, der Welligkeit der Röntgenröhrenspannung und der Größe der den Wechselrichter speisenden Gleichstrom.

Bei konstanter Gleichspannung und konstanter Röntgenröhrenspan­ nung nimmt die Welligkeit bei einer Erhöhung des Röntgenröhren­ stromes ab. Die Aufladung der Hochspannungskondensatoren zu Be­ ginn der Aufnahme dagegen erfolgt langsamer. Werden anderer­ seits Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom konstant gehalten und die Gleichspannung variiert, so nimmt die Wellig­ keit der Hochspannung an der Röntgenröhre mit der Gleichspan­ nung zu, da pro Ladeimpuls mehr Energie in die Hochspannungs­ kondensatoren gelangt als bei niedrigerer Gleichspannung. Dabei verringert sich mit höherer Gleichspannung die Aufladezeit der Hochspannungskondensatoren und somit die Schaltzeit.

Um eine möglichst geringe Welligkeit der Hochspannung zu erhal­ ten, ist es also zweckmäßig, die den Wechselrichter speisende Gleichspannung so klein wie möglich zu halten. Die Grenze hier­ für ist, daß die eingestellte Kombination Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom noch erzeugt werden kann. Andererseits sollte - zumindest zu Beginn der Aufnahme - die den Wechsel­ richter speisende Gleichspanung über diesem Grenzwert liegen, um eine kleinere Aufladezeit zu erzielen.

Es ergibt sich, daß zu jeder Kombination Röntgenröhrenspannung mit Röntgenröhrenstrom ein bestimmter optimaler Wert der Gleichspannung am Wechselrichtereingang gehört, bei dem sich eine optimale Welligkeit der Röntgenröhrenspannung ergibt.

Hinsichtlich der optimalen Einstellung der Gleichspannung am Wechselrichtereingang ist den genannten Literaturstellen nichts entnehmbar. Auch der US-PS 39 91 314, die einen Röntgendiagnostikgene­ rator zeigt, bei dem die Aufnahmewerte aus den Durchleuchtungs­ werten abgeleitet werden, ist in diesem Zusammenhang keinerlei Hinweis entnehmbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgendiagno­ stikgenerator der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angege­ benen Art so auszubilden, daß bei jedem eingestellten Paar aus Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom jeweils eine Rönt­ genröhrenspannung mit nur geringer Welligkeit gebildet wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikgenerator erfolgt die Aus­ regelung von Regelabweichungen der Hochspannung über die Wech­ selrichterfrequenz. Zu jedem Sollwertpaar für Röntgenröhren­ spannung und Röntgenröhrenstrom wird über den Programmspeicher, der Bestandteil eines Mikrocomputers sein kann, der Sollwert der optimalen Gleichspannung vorgegeben. Die Programmierung des Programmspeichers erfolgt dabei einmal in Abhängigkeit von ei­ ner z. B. durch Versuche festgelegten Tabelle.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Mittel zur Gleichspannungseinstellung in einem Regelkreis liegen. In diesem Fall ist es möglich, am Sollwerteingang des Regelkreises einen Funktionsgenerator vorzusehen, der vor Auf­ nahmebeginn eine um einen vorbestimmten Betrag über dem jeweils programmierten Wert liegende Gleichspannung vorgibt. Aufgrund dieser um z. B. jeweils etwa 10% über dem jeweils programmierten Wert liegenden Gleichspannung erfolgt eine schnelle Aufladung der Hochspannungskon­ densatoren und damit bei gleicher Dosis eine geringere Schaltzeit als in dem Fall, in dem konstant am Ein­ gang des Regelkreises für die Gleichspannung am Wech­ selrichtereingang das Ausgangssignal des Programmspei­ chers liegt. Gemäß weiterer Ausgestaltung erlaubt der Regelkreis für die Gleichspannungseinstellung auch die Anschaltung eines Funktionsgenerators am Sollwertein­ gang dieses Regelkreises, der beim Beginn einer Auf­ nahme den programmierten Sollwert für die Gleichspan­ nung kurzzeitig erhöht. Durch diese kurzzeitige Er­ höhung werden Spannungseinbrüche am Wechselrichter­ einang und damit eventuell auftretende Spannungsein­ brüche an der Röntgenröhre verhindert. Die beiden Funk­ tionsgeneratoren können dabei RC-Kombinationen ent­ halten, die einerseits die Erhöhung des Sollwertes für die Gleichspannung vor Aufnahmebeginn und anderer­ seits die Sollwerterhöhung mit Aufnahmebeginn bewirken.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines Röntgendiagnostik­ generators nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Spannungsverlauf zur Erläuterung der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaltungseinzelheit des Röntgen­ diagnostikgenerators gemäß Fig. 1, und

Fig. 4 Kurven zur Erläuterung der Fig. 3.

In der Fig. 1 ist eine Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspannungstransformator 2 über eine Hoch­ spannungsgleichrichterschaltung 3 gespeist wird, welche zwei Kondensatoren 4 aufweist, die zur Spannungsver­ dopplung der Sekundärspannung des Hochspannungstrans­ formators 2 dienen. Die Primärwicklung 5 des Hochspan­ nungstransformators 2 bildet zusammen mit einem Schwing­ kondensator 6 einen Reihenschwingkreis, der in der Diagonale eines Wechselrichters 7 liegt. Der Wechsel­ richter 7 weist vier Thyristoren 8 bis 11 auf, die durch Freilaufdioden 12 bis 15 überbrückt sind. Seine Eingangsspannung ist an einem Kondensator 16 eines Siebgliedes abgegriffen, das noch eine Induktivität 17 aufweist. Zur Ladung des Kondensators 16 dient eine Drehstrom-Gleichrichterbrücke 18, die steuerbare Gleichrichter, also z. B. Thyristoren, aufweist, wel­ che an einer Steuereinrichtung 19 angeschlossen sind.

Zur Regelung der Röntgenröhrenspannung ist für die Er­ fassung des Istwertes ein Spannungsteiler 20 parallel zur Röntgenröhre 1 geschaltet, dessen Istwertsignal einem Regler 21 zugeführt wird. Dem Regler 21 ist an­ dererseits ein an einem Sollwertgeber 22 abgegriffenes Sollwertsignal für die Röntgenröhrenspannung zuge­ führt. Er liefert an seinem Ausgang ein der Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Röntgenröhren­ spannung entsprechendes Signal einem Spannungs-Fre­ quenzwandler 21 a, der die Frequenz festlegt, mit der die Tyhristoren 8 bis 11 wechselweise gezündet werden. Von dieser Frequenz hängt die an den Hochspannungs­ kondensatoren 4 abgegriffene Röntgenröhrenspannung ab.

Da es für jeden Sollwert der Röntgenröhrenleistung einen optimalen Wert der Eingangsspannung des Wechsel­ richters 7 gibt, wird ein dem eingestellten Sollwert für die Röntgenröhrenspannung entsprechendes Signal einem Mikrocomputer als Programmspeicher 23 zugeführt, in dem für jedes eingestellte Wertepaar aus Röntgen­ röhrenspannung und -strom die optimale Spannung am Kondensator 16 gespeichert ist. Ein dieser Spannung entsprechendes Signal wird am Ausgang 24 über einen Funktionsgenerator 25 einem Regler 26 zugeführt, der an seinem Eingang 27 ein an einem Istwertgeber 28 für die Spannung am Kondensaor 16 abgegriffens Signal erhält. Der Regler 26 verändert über eine netzbezogene Phasenanschnittsteuervorrichtung 29 und die Steuerein­ richtung 19 den Zündwinkel des Gleichrichters 18, d. h. er stellt über den Phasenschnitt die auf den Konden­ sator 16 durchgeschalteten Impulse so ein, daß die Kondensatorspannung für jedes eingestellte Wertepaar aus Röntgenröhrenspannung und -strom den optimalen Wert hat.

Im Wechselrichter 7 werden wechselweise die Thyristo­ ren 8 bis 11 paarweise gezündet. Werden beispielsweise die Thyristoren 8 und 11 mittels einer Steuereinrich­ tung 30 gezündet, so wird der Kondensator 6 aufgela­ den, und zwar mit der gezeichneten Polarität. Nach Ab­ schluß der Aufladung schwingt der Schwingkreis 5, 6 über die Freilaufdioden 12, 15 um, wobei die Thyri­ storen 8 und 11 erlöschen. Nun können die Thyristoren 9 und 10 gezündet werden, wobei der Kondensator 6 mit einer gegenüber dem eingezeichneten Fall entgegenge­ setzten Polarität aufgeladen wird. Beim Umschwingen werden die Thyristoren 9 und 10 gelöst, weil der Laststrom durch die Freilaufdioden 13 und 14 fließt. Danach können wieder die Thyristoren 8 und 11 gezün­ det werden usw.

Zur Regelung des Röntgenröhrenstromes ist einem Heiz­ transformator 31 ein Regler 32 vorgeschaltet, dem an einem Eingang 33 ein Istwertsignal für den Röntgen­ röhrenstrom zugeführt wird, während am Eingang 34 ein Sollwertsignal für den Röntgenröhrenstrom liegt. Die­ ses Sollwertsignal ist an einem Sollwertgeber 35 abge­ griffen und steuert auch den Programmspeicher 23. Der Programmspeicher 23 kann also die Gleichspannung am Wechselrichtereingang 7 in Abhängigkeit von den ein­ gestellten Werten für Röntgenröhrenspannung und -strom bestimmen.

Die Fig. 2 zeigt die Beeinflussung des vom Programm­ speicher 23 am Ausgang 24 gelieferten Sollwertes durch den Funktionsgenerator 25. Dem Verlauf der Fig. 2 liegt die Annahme zugrunde, daß der Programmspeicher 23 entsprechend einem bestimmten Wertepaar für die eingestellte Röntgenröhrenspannung und den Röntgen­ röhrenstrom eine Kondensatorspannung U 16 von 400 Volt als optimalen Wert festlegt. Dieser Wert ist in der Fig. 2 strichpunktiert gezeichnet. Zum Auslösen einer Röntgenaufnahme werden zwei Kontakte nacheinander be­ tätigt. Beim Betätigen des ersten Kontaktes, eines Vorkontaktes, wird zunächst eine um etwa 10% über dem optimalen Wert von 400 Volt liegende Spannung durch den Funktionsgenerator 25 vorgegeben. Diese Er­ höhung der Kondensatorspannung des Kondensators 16 vor Aufnahmebeginn bewirkt, daß die Aufladung der Hoch­ spannungskondensatoren 4 nach Aufnahmebeginn sehr schnell erfolgt und damit eine kürzere Schaltzeit bei gleicher Dosis erzielt wird, als in dem Fall, in dem der Kondensator 16 bereits vor Aufnahmebeginn auf die gewünschte Spannung von 400 Volt aufgeladen ist.

Ferner wird im Zeitpunkt t 1, in dem die Aufnahme durch Schließen des zweiten Kontaktes des Aufnahmeauslösers ausgelöst wird, durch den Funktionsgenerator 25 eine Spannungsspitze erzeugt, die nach kurzer Zeit auf den Sollwert von 400 Volt abklingt. Diese Spannungsspitze verhindert, daß durch das Zuschalten der Last 4 beim Aufnahmebeginn ein Spannungseinbruch am Kondensator 16 und damit ein Spannungseinbruch der Röntgenröhrenspan­ nung auftritt.

Der Aufbau des Funktionsgenerators 25 ist in der Fig. 3 dargestellt. Aus der Fig. 3 geht hervor, daß der Regler 26 einen mit einem RC-Glied 36 beschalteten Operationsverstärker 37 aufweist, dem das Istwertsi­ gnal für die Spannung am Kondensator 16 über ein RC- Glied 38 zugeführt wird, dem das Sollwertsignal des Programmspeichers 23 als Strom überlagert wird. Diese Überlagerung erfolgt über zwei RC-Glieder 39, 40, die durch Schalter 41, 42 gesteuert werden. Beim Betätigen des Vorkontaktes im Zeitpunkt t 2 zum Auslösen einer Aufnahme wird der Kondensator des RC-Gliedes 40 ent­ sprechend dem Kurventeil zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 in Fig. 2 aufgeladen. Mit Aufnahmebeginn im Zeitpunkt t 1 wird der Schalter 41 geschlossen, der Schalter 42 geöffnet und der Kondensator des RC-Glie­ des 39 erzeugt unmittelbar nach dem Zeitpunkt t 1 die in der Fig. 2 dargestellte Spitze am Eingang des Operationsverstärkers 37. Die Einschaltzeit des Schal­ ters 41 ist dabei so bemessen, daß diese Spitze nach dem Öffnen des Schalters 41 bereits abgeklungen ist. Demgemäß ist der Schalter 42 gemäß der Kurve I in der Fig. 4 zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 und der Schalter 41 nach dem Zeitpunkt t 1 für eine Zeit von etwa 40 Millisekunden gemäß der Kurve II in Fig. 4 geschlossen.

Der beschriebene Röntgendiagnostikgenerator ermög­ licht bei kleinem und leichtem Hochspannungstransfor­ mator eine exakte Einhaltung der Röntgenröhrenspannung bei äußerst geringer Welligkeit. Die Röntgenröhren­ stromregelung erfolgt in bekannter Weise durch Halb­ leiterbauelemente im Heizkreis der Röntgenröhre 1.

Für den Fall, daß während einer Aufnahme zur Erzielung einer optimalen Auslastung der Röntgenröhre der Rönt­ genröhrenstrom exponentiell abgesenkt wird, ist es besonders zweckmäßig, auch die Gleichspannung für den Wechselrichtereingang entsprechend abzusenken (Initiallastbetrieb).

Claims (5)

1. Röntgendiagnostikgenerator mit einem dem Hochspannungstransfor­ mator (2) vorgeschalteten Wechselrichter (7), der an einer Gleichspannungsquelle (16 bis 19) mit einstellbarer Gleichspan­ nung angeschlossen ist, einem am Ausgang des Hochspannungs­ transformators (2) angeschlossenen Hochspannungsgleichrichter (3) und Hochspannungskondensatoren (4) am Ausgang des Hochspan­ nungsgleichrichters (3), bei dem Regelkreise (7, 20 bis 21 a, 30; 32 bis 35) für die Röntgenröhrenspannung und den Röntgen­ röhrenstrom vorgesehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Regelkreis (7, 20 bis 21 a, 30) für die Röntgenröhrenspannung die Stellgröße die Wechselrich­ terfrequenz ist, daß ein Programmspeicher (23) vorhanden ist, in dem für jedes eingestellte Paar aus Röntgenröhrenspannung und -strom eine bestimmte Gleichspannung für den Wechselrich­ tereingang programmiert ist, bei der sich eine geringe Wellig­ keit der Röntgenröhrenspannung ergibt, und daß Mittel (24 bis 29) zur Einstellung dieser Gleichspannung in Abhängigkeit von den programmierten Werten vorhanden sind.

2. Röntgendiagnostikgenerator nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle einen Kondensator (16) aufweist, der von einer Brücke (18) steuerbarer Gleichrichter aufladbar ist.

3. Röntgendiagnostikgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (24 bis 29) zur Gleichspannungseinstellung in einem Regelkreis (16, 18, 19, 24 bis 29) liegen.

4. Röntgendiagnostikgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionsgenerator (25) vorhanden ist, der vor Aufnahmebeginn eine um einen vorbestimmten Betrag über dem jeweils programmierten Wert liegende Gleichspannung am Wechselrichtereingang vorgibt.

5. Röntgendiagnostikgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionsgenerator (25) vorhanden ist, der beim Beginn einer Aufnahme den programmierten Sollwert für die Gleichspannung am Wechselrichtereingang kurzzeitig erhöht.