DE3043632A1 - Roentgengenerator zur speisung einer roentgenroehre mit einem zwischen ihrer anode und ihrer kathode befindlichen mit masse verbundenen mittelteil - Google Patents

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH "5 - PHD 80-164

Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre mit einem zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode befindlichen mit Masse verbundenen Mittelteil

Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre mit einem zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode befindlichen, mit Masse verbundenen Mittelteil, mit einem ersten negative Hochspannung für die Kathode der Röntgenröhre liefernden elektronisch steuerbaren Hochspannungsgenerator und einem zweiten positive Hochspannung für die Anode liefernden Hochspannungsgenerator.

Ein solcher Rettgengenerator ist aus der DE-OS 29 17 636 bekannt. Der erste Hochspannungsgenerator besteht dabei aus einem üblichen Hochspannungserzeuger in Verbindung mit einer dazu in Serie geschalteten gittergesteuerten Elektronenröhre in Form einer Schalt- und Regeltetrode. Der zweite Hochspannungsgenerator besteht aus einem weiteren Hochspannungserzeuger, der einen entsprechenden Aufbau hat wie der im ersten Hochspannungsgenerator enthaltene (Hochspannungstransformator mit daran angeschlossener Gleichrichterbrücke) . Ein Vorteil des bekannten Röntgengenerators ist, daß die Dosisleistung sehr schnell auf einen gewünschten wert eingeregelt werden kann und daß dazu nicht nur die Röhrenspannung, sondern auch der Röhrenstrom sehr schnell geändert werden kann. Ein Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die schnelle Änderung des Röhrenstroms nicht unabhängig von der Röhrenspannung erfolgen kann: Der Röhrenstrom kann nur gleichsinnig mit der Röhrenspannung geändert werden (d.h. er kann nur erhöht werden, wenn zugleich auch

_v die Spannung erhöht wird bzw. nur bei einer Erniedrigung der Röhrenspannung erniedrigt werden); eine schnelle Änderung des Röhrenstromes bei konstant bleibender Röhrenspannung oder bei sich gegensinnig ändernden Spannung ist nicht möglich.

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Aus der Zeitschrift "Electro Medica" Heft 4 bis 5, 1973, Seiten 177 bis 181 ist außerdem ein Röntgengenerator bekannt mit einem ersten elektronisch steuerbaren Hochspannungsgenerator im Kathodenzweig und einem zweiten ebenfalls elektronisch steuerbaren Hochspannungsgenerator im Anodenzweig. Beide Hochspannungsgeneratoren bzw. die beiden ihnen enthaltenen Regeltrioden werden von einem Hochspannungs-Regelkreis gesteuert, wobei die Hochspannung der beiden Generatoren getrennt gemessen und je mit einem gemeinsamen SoIlwert verglichen wird, wobei die Gitter der beiden Regeltrioden entsprechend der Regelabweichung gesteuert werden. Hiermit kann die Röhrenspannung zwar sehr schnell auf einen beliebigen vorg^bbaren Wert eingestellt werden, jedoch kann der Röhrenstrom bedingt durch die thermische Trägheit des Heizfadens nur relativ langsam eingestellt werden.

Schließlich ist aus der DE-OS 29 08 767 noch ein Hochspannungsgenerator mit einem Wechselrichter bekannt, an dessen Ausgang ein Hochspannungstransformator zur Speisung der Röntgenröhre angeschlossen ist. Zur Änderung der Röhrenspannung ist die Betriebsfrequenz des Wechselrichters elektronisch steuerbar. Der Wechselrichter ist an eine mit Thyristoren versehene Gleichspannungsquelle angeschlossen, deren Ausgangsspannung ebenfalls elektronisch steuerbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Röntgengenerator zu schaffen, mit dem Röhrenstrom und Röhrenspannung schnell und unabhängig voneinander einstellbar sind. Ausgehend von einem Röntgengenerator der eingangs

genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Röhrenstrom-Regelkreis vorgesehen ist, durch den die Größe der vom ersten Hochspannungsgenerator gelieferten Hochspannung steuerbar ist, und daß ein Röhrenspannungs-Regelkreis vorgesehen ist, durch den die Größe der vom ebenfalls elektronisch steuerbaren zweiten Hochspannungsgenerator erzeugten Hochspannung steuerbar ist.

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Jeder der beiden Regelkreise kann mit einem Meßglied zur Messung der jeweiligen Regelgröße (Röhrenspannung bzw. Röhrenstrom) versehen sein und mit einem Regler, der den so gemessenen (Ist-) Wert mit einem Sollwert vergleicht und der den zweiten bzw. den ersten Hochspannungsgenerator so steuert, daß sich dessen Hochspannung in einem solchen Sinne ändert, daß die Differenz zwischen dem Meßwert und dem Sollwert der jeweiligen Regelgröße abnimmt.

Die schnelle Stromeinstellung wird bei der Erfindung also dadurch erreicht, daß die kathodenseitige Hochspannung geändert wird (durch Steuerung des ersten Hochspannungsgenerators). Infolgedessen ändert sich die Spannung zwischen der Kathode und dem Mitte lteil der Röntgenröhre und diese Spannung bestimmt - bei vorgegebener Röhrenspannung - wesentlich den Röhrenstrom. Die schnelle Einstellung von Röhrenstrom und Röhrenspannung erfordert, daß die Hochspannung entsprechend schnell verändert werden kann. Dies ist mit elektronisch steuerbaren Hochspannungsgeneratoren ohne weiteres möglich. 20 kV/ms oder mehr sind leicht erreichbar. Die Begrenzung liegt im wesentlichen nur noch in der Entladezeitkonstanten des Hochspannungskreises.

Ein Beispiel für Röntgenröhren, deren Speisung der erELndungsgemäße Röntgengenerator dienen soll, ist aus der Zeitschrift "Medicamundi" Vol. 25, Nr. 1, 1980, Seiten 29 und 30,sowie aus der DE-OS 28 50 583 bekannt und sie wird von der Firma Philips unter der Bezeichnung "Super Rotalix Ceramic" vertrieben. Sie unterscheidet sich von den sonst allgemein als gittergesteuerte Röntgenröhren bezeichneten Röhren dadurch, daß die Spannung am Mittelteil im allgemeinen positiv in bezug auf die Kathode ist und sehr hohe Werte annehmen kann, die der Hälfte der maximalen Röhrenspannung - oder mehr - entsprechen. Bei einer solchen Röntgenröhre wird

der von der Kathode zur Anode fließende Strom in einem weiten

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Bereich von der Hochspannung zwischen Kathode und Mittelteil, der etwa zwischen 25 kV und 60 kV liegt im wesentlichen von dieser Hochspannung und nur im geringen Maße von der Röhrenspannung (d.h. von der Spannung zwischen Anode und Kathode) bestimmt. In jedem Fall beeinflußt eine Spannungsänderung zwischen Kathode und Mittelteil den Röhrenstrom weitaus stärker als eine gleich große Spannungsänderung zwischen Mittelteil und Anode.

Wenn bei einer bestimmten Heizstrom- und Röhrenstrom-Einstellung, bei der die Röhrenspannung z.B. 80 kV beträgt, wobei die Spannung an der Kathode -30 kV und die Spannung an der Anode +50 kV betragen möge, der Röhrenstrom sehr schnell z.B. vergrößert werden soll, müssen dabei lediglich die Hochspannungen an Kathode und Anode gleichsinnig und um den gleichen Betrag zu negativen Werten hin verschoben werden, so daß danach die Kathodenspannung z.B. -40 kV und die Anodenspannung + 40 kV beträgt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Röntgengenerators besteht darin, daß es nicht mehr so wichtig ist, daß der Heizstrom der Röntgenröhre exakt so gewählt ist, daß während der Aufnahme, d.h. nach dem Einschalten der Röhrenspannung, der gewünschte Röhrenstrom auch tatsächlich auftritt; denn etwaige Abweichungen können sehr schnell ausgeregelt werden.

Von besonderem Vorteil ist die schnelle und voneinander unabhängige Einstellmöglichkeit von Röhrenspannung und Röhrenstrom für die Dosisleistungsregelung. Eine rfeiterbildung der Erfindung sieht daher vor, daß eine Meßeinrichtung zur Messung der Dosisleistung vorgesehen ist, daß der Meßwert einer Vergleichseinrichtung zugeführt wird, die ihn mit einem Dosisleistungs-Sollwert vergleicht und ein von der Differenz der beiden Werte abhängiges Steuersignal erzeugt, das einer Steuerschaltung zugeführt wird,

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die die Sollwerte für den Röhrenstrom- und den Spannungs-Regelkreis erzeugt und wenigstens einen der beiden Sollwerte so verändert, daß die Differenz zwischen dem Meßwert der Dosisleistung und ihrem Sollwert abnimmt.

Es hängt von der jeweiligen Untersuchungsart sowie von den Wünschen des Benutzers ab, auf welche Weise sich die Sollwerte für Röhrenstrom und/oder Röhrenspannung als Funktion der Dosisleistungs-Stellgröße ändern müssen. Wenn beispielsweise der AufnahmeCharakter nicht geändert werden soll, muß die Röhrenspannung konstant gehalten und nur der Strom in Abhängigkeit von der gemessenen Dosisleistung geändert werden. Hierbei ergibt sich aber nur ein relativ kleiner Regelbereich. Eine andere-Möglichkeit besteht darin, Röhrenstrom und Röhrenspannung gleichsinnig zu ändern (der Röhrenstrom steigt also, wenn die Röhrenspannung steigt und sinkt, wenn die Röhrenspannung sinkt). Hierbei ergibt sich ein größerer Regelbereich. Eine andere wünschenswerte Verknüpfung besteht darin, daß der Röhrenstrom-Sollwert in Abhängigkeit von dem Röhrenspannungs-Sollwert so geändert wird, daß das Produkt der beiden Sollwerte stets konstant bleibt (Isowatt-Betrieb) . Der Röhrenspannungs-Sollwert muß dabei zunehmen (abnehmen), wenn die gemessene Dosisleistung zu klein (zu groß) ist. Hierbei ergibt sich für eine vorgegebene Röhrenleistung und eine vorgegebene Dosisleistung die niedrigste mögliche Röhrenspannung, d.h. der größtmögliche Kontrast. Um allen diesen Forderungen gerecht zu werden, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß in der Steuerschaltung verschiedene Funktionsverläufe programmierbar sind, nach denen sich die Sollwerte von Röhrenspannung und Röhrenstrom als Funktion der Differenz zwischen der gemessenen

*· Dosisleistung und dem Dosisleistungs-Sollwert ändern, und daß jeweils einer der so vorgegebenen Funktionsverlaufe durch eine Eingabeanordnung wählbar ist.

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Bei der erfindungsgemäßen schnellen Röhrenstromeinstellung kann es vorkommen, daß sich sehr ungünstige Arbeitspunkte ergeben. Beispielsweise kann die Spannung zwischen Kathode und dem Mittelteil dem Betrage nach wesentlich größer oder kleiner als die Spannung zwischen der Anode und dem Mittelteil sein, woraus sich eine starke Unsymmetrie ergibt; oder die Spannung zwischen Kathode und dem Mittelteil kann, durch die Regelung in einen Bereich gelangen, in dem ihre Änderung nur einen geringen Einfluß auf den Röhrenstrom hat.

Für diesen Fall sieht eine Weiterbildung der Erfindung eine Vergleichsschaltung vor, deren erster Eingang mit einem Meßglied zur Messung der Spannung zwischen der Kathode der Röntgenröhre und Nasse gekoppelt ist und an deren zweitem Eingang ein Kathodenspannungs-Sollwert anliegt und deren Ausgangssignale de Heizleistung der Kathode der Röntgenröhre so steuert, daß die Differenz zwischen der gemessenen Kathodenspannung und dem Kathodenspannungs-Sollwert abnimmt. Es ergibt sich hierbei ein Regelkreis (Regelgröße: Kathodenspannung; Stellgröße: Heizleistung der Kathode), der dafür sorgt, daß die Kathodenspannung dem Kathodenspannungs-Sollwert wenigstens annähernd entspricht. Wenn dabei der Kathodenspannungs-Sollwert aus dem Istwert der Anodenspannung ader dem Sollwert der Röhrenspannung abgeleitet wird, kann erreicht werden, daß Anodenspannung und Kathodenspannung dem Betrage nach gleich groß werden. Der Kathodenspannungs-Sollwert kann aber auch so gewählt werden, daß sich nach der Regelung der größtmögliche Regelbereich des Kathodenstromes durch die Kathodenspannung ergibt.

Dieser Regelvorgang verläuft relativ langsam, weil der Röhrenstrom einer Änderung der Heizleistung der Kathode nur mit einer durch die thermische Trägheit der Kathodenanordnung bedingten Verzögerung folgen kann. Da sich durch die Änderung der Heizleistung allmählich der Röhrenstram ändert, muß die Kathodenspannung gleichzeitig jeweils so

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geändert werden, daß der vorgegebene Röhrenstrom-Sollwert erhalten bleibt. Dadurch wiederum wird eine Änderung der Röhrenspannung hervorgerufen, die durch eine entsprechende Änderung der Anodenspannung ausgewichen werden muß, damit der Röhrenspannungs-Sollwert erhalten bleibt. Im stationären Zustand entsprechen Röhrenspannung, Röhrenstrom und Kathodenspannung dann den jeweiligen Sollwerten.

Zur Messung des Röhrenstromes ist vorgesehen, daß der erste Hochspannungsgenerator -über eine im Röhrenstrom-Regelkreis enthaltene Meßimpedanz mit Masse verbunden ist. Grundsätzlich könnte die Meßimpedanz auch in die Anodenseite eingeschaltet sein, doch ergäbe sich dann ein größerer Meßfehler, weil ein Teil der Strahlung erzeugenden Elektronen von der Anode reflektiert und durch das Mittelteil abgeleitet wird. Dieser Teil würde anodenseitig also nicht mitgemessen. Aber auch bei kathodenseitiger Messung ergeben sich Fehler. Z.B. wird der Strom des kathodenseitigen Hochspannungsmeßwiderstandes mitgemessen. Deshalb muß ein entsprechender, katho&Etnspannungsproportionaler Wert von dem mit Hilfe der Meßimpedanz erhaltenen Wert zur Bildung des Röhrenstrom-Istwertes subtrahiert werden. Ein weiterer, wenn auch geringer, Meßfehler ergibt sich durch die Elektronen, die vom Mittelteil aufgefangen und abgeleitet werden, bevor sie zur Anode gelangen konnten. Der zuviel gemessene Anteil läßt sich aus der Kathoden- und der Röhrenspannung ermitteln und als Korrekturfaktor berücksichtigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, die ein Blockschaltbild der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Röntgenröhre bezeichnet, zwischen deren Anode 2 und Kathode 3 sich ein geerdeter Mittelteil 4 befindet, durch den hindurch die Elektronen von der Kathode

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zur Anode gelangen. Die positive Hochspannung für die Anode wird von einem Hochspannungsgenerator erzeugt, der aus einer Hochspannungseinheit 5 besteht, die einen nicht näher dargestellten Hochspannungstransformator und einen daran angeschlossenen Gleichrichter umfaßt, sowie aus einem Reihenresonanz-Wechselrichter 6, der an das ungeregelte Drehstromnetz R, S, T angeschlossen ist. Ein solcher Wechselrichter ist aus der DE-OS 29 08 767 bekannt. Die von ihm an die Primärwicklung des Hochspannungstransformators in der Hochspannungseinheit 5 gelieferte Spannung hängt von seiner Betriebsfrequenz ab. Die negative Hochspannung für die Kathode 3 der Röntgenröhre 1 wird von einem Hochspannungsgenerator geliefert, der eine Hochspannungseinheit 7 und einen Wechselrichter 8 umfaßt. Während jedoch der eine Anschluß der Hochspannungseinheit 5 unmittelbar mit Masse verbunden ist, ist der von der Kathode 3 abgewandte Anschluß der Hochspannungseinheit 7 über einen Meßwiderstand 9 mit Masse bzw. Erde verbunden, an dem eine relativ kleine Spannung von maximal einigen Volt abnehmbar

Der Röntgengenerator besitzt einen Röhrenstrom-Regelkreis und einen Hochspannungs-Regelkreis.

Der Röhrenstrom-Regelkreis umfaßt einen Regler 10, der einen vorgebbaren Sollwert an sänem Eingang 11 mit einem Istwert an seinem Eingang 12 vergleicht und eine Stellgröße an den Wechselrichter 8 liefert, durch die dessen Ausgangswechselspannung und damit auch die Hochspannung an der Kathode 3 geändert wird. Bei einem Wechselrichter der eingangs erwähnten Art muß zu diesem Zweck die Frequenz durch das vom Regfer 10 gelieferte Stellsignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Istwert veränderbar sein.

Durch die Änderung der von dem Hochspannungsgenerator 7,

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erzeugten kathodenseitigen Hochspannung ändert sich aus den erwähnten Gründen der Röhrenstrom, und zwar mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich die Hochspannung ändert. Der Röhrenstrom wird mittels des Widerstandes 9 gemessen, im Verstärker 13 verstärkt und in der Recheneinrichtung 14 korrigiert. Diese Korrektur ist erforderlich, weil der Strom, der durch den Widerstand 9 fließt, stets größer ist als der Strom der Elektronen, der die Anode erreicht. Ein Teil des Stromes durch den Widerstand 9 fließt nämlich über einen zwischen Kathode und Masse bzw. Erde geschalteten Widerstands-Spannungsteiler 15 ab, der zur Messung der Hochspannung an der Kathode dient und ein Teil des Hochspannungs-Regelreises ist. Dieser Anteil muß von dem mit Hilfe des Meßwiderstandes 9 gemessenen Wert subtrahiert werden. Dazu wird die am Spannungsteiler 15 abgegriffene Spannung über einen Verstärker 16 einem weiteren Eingang der Recheneinrichtung 14 zugeführt, die diesen Wert - mit einem entsprechenden Gewichtungsfaktor gewichtet - von dem mit Hilfe der Elemente 9 und 13 gemessenen Wert abzieht. Ein Teil des Stromes, der durch den Widerstand 9 fließt und die Kathode erreicht, gelangt gleichwohl nicnx zur Anode, sondern auf den Mittelteil 4. Auch dieser Anteil, der vom Röhrenstrom unabhängig ist, jedoch von der Kathodenspannung sowie von der Röhrenspannung abhängt, sollte bei der Korrektur berücksichtigt werden, indem der durch den Widerstand 9 fließende Strom (vermindert um den durch den Widerstand 15 fließenden Strom) mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird, der kleiner ist als 1. Da der Recheneinrichtung 14 ein der Kathodenspannung entsprechendes Signal schon über den Verstärker 16 zugeführt wird, muß zur Ermittlung des Korrekturfaktors der Recheneinrichtung 14 nur noch die Röhrenspannung zugeführt werden, die von einer Subtrahiereinrichtung 17 geliefert wird, deren Zweck weiter unten näher erläutert wird. Bei geringeren Ansprüchen an die

Genauigkeit des Meßwertes kann auf die Korrektur aber auch verzichtet werden.

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Der Röhrenspannungs-Regelkreis besitzt neben dem Spannungsteiler 15» an dem eine der Kathodenspannung entsprechende Spannung abgegriffen wird, und dem Verstärker 16, der diese Spannung verstärk^ einen weiteren Widerstands-^Spannungsteiler 18, der zwischen die Anode 2 der Röntgenröhre 1 und Masse geschaltet ist und an dem eine Spannung abgegriffen wird, die von einem Verstärker 19 verstärkt wird. Die Subtrahierschaltung 17 bildet die Differenz der Ausgangsspannungen der Verstärker 19 und 16, die - wenn das Produkt des Spannungsteilerfaktors des Spannungsteilers 18 mit der Verstärkung des Verstärkers 19 dem entsprechenden Produkt der Einheiten 15 und 16 entspricht - der Röhrenspannung proportional ist. Wenn einer der beiden Verstärker die Verstärkung um 180° drehen würde, müßte die Einheit 17 eine Addierschaltung sein, damit ihr Ausgangssignal der Röhrenspannung proportional wäre.

Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 17, das dem Istwert der Röhrenspannung proportional wird, wird über eine Leitung 20 einem Eingang eines Reglers 21 zugeführt, an dessen anderem Eingang über eine Leitung 22 ein Signal anliegt, das dem Sollwert der Röhrenspannung entspricht. Der Regler 21 bildet ein der Regelabweichung entsprechendes Signal (bzw. ein Signal, dessen Pulsfrequenz der Regelabweichung entspricht) und steuert damit die Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 und damit die Hochspannung an der Anode der Röntgenröhre.

Je eine Begrenzerschaltung 23 bzw. 24 vergleicht den Kathodenspannungs- bzw. den Anodenspannungs-Istwert mit einem vorgebbaren Grenzwert, der zwischen 50 % und 100 % *· der maximal zulässigen Röhrenspannung beträgt, und sorgt bei Erreichen dieses Grenzwertes dafür, daß sich das Ausgangssignal des Reglers 10 bzw. 21 nicht mehr ändert, auch

wenn die Sollwerte weiter steigen oder die Istwerte sinken.

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Es sei angenommen, daß die Röntgenröhre bei einer Röhrenspannung von 80 kV und einem Röhrenstrora von 1 A betrieben wurde und daß die Anodenspannung +4OkV und die Kathodenspannung -40 kV betragen möge und daß die dann vorhandenen Sollwerte für Röhrenspannung und Röhrenstrom sprungartig geändert würden, so daß sich ein Röhrenspannungs-Sollwert entsprechend 90 kV und ein Röhrenstrom-Sollwert entsprechend 0,5 A ergeben würde. Es ergäben sich dann die folgenden Regelvorgänge:

Da der Röhrenstrom-Sollwert zunächst kleiner ist als der Röhrenstrom-Istwert, würde der Wechselrichter 8 über den Regler 10 so gesteuert werden, daß die Hochspannung des Hochspannungsgenerators 7, 8 abnehmen würde, was eine Verringerung des Röhrenstroms zur Folge hätte. Dieser Regelvorgang endet bei einer Kathodenspannung, bei der der Istwert auf der Leitung 12 dem Sollwert auf der Leitung 11 entspricht, wobei die Kathodenspannung z.B. -25 kV beträgt.-Gleichzeitig würde dann die Hochspannung des anodenseitigen Hochspannungsgenerators 5, 6 solange erhöht,bis die Differenz zwischen Anodenspannung und Kathodenspannung dem neuen Röhrenspannungs-Sollwert entspricht. Am Ende des Regelvorganges betrüge dann die Kathodenspannung -25 kV und die Anodenspannung +65 kV.

Aus diesem Beispiel ist zu erkennen, daß sich bei der schnellen Regelung Anodenspannung und Kathodenspannung unsymmetrisch aufteilen, was unter Umständen dazu führen kann, daß die maximale Röhrenspannung nicht erreicht werden kann, weil auf der einen Seite die Begrenzung des Ausgangssignals des Reglers 10 oder 21 durch die Einheit 23 oder einsetzt. Es ist auch möglich, daß die Kathodenspannung in einem Bereich verschoben wird, in dem ihr Einfluß auf den Röhrenstrom relativ gering ist.

Um diese Nachteile zu umgehen, enthält der Röntgengenerator

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zusätzlich eine Anordnung, die in Verbindung mit dem Röhrenstrom-Regelkreis als Kathodenspannungs-Regelkreis wirkt.

Dieser Kathodenspannungs-Regelkreis besitzt einen Regler 25, an dessen Ausgang ein Heiztransformator 26 zur Heizung der Kathode 3 der Röntgenröhre 1 angeschlossen ist. (Die sonstigen im Heizkreis enthaltenen Einstellglieder, mit denen vor Beginn der Aufnahme die Heizleistung eingestellt werden kann, sind der Einfachheit halber fortgelassen.) Der Regler 25 vergleicht das Ausgangssignal des Verstärkers 16, das der Kathodenspannung proportional ist, mit öinem Kathodenspannungs-Sollwert. Der Sollwert kann der Anodenspannung entsprechen, jedoch die umgekehrte Polarität haben wie diese. Zu diesem Zweck kann die Ausgangsspannung des Verstärkers 19 herangezogen werden. Wenn sie in bezug auf die Anodenspannung die gleiche Phasenlage hat wie die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 in bezug auf die Kathodenspannung, müssen die beiden Spannungen in dem Regler 25 addiert werden. Wenn der Kathodenspannungs-Sollwert jedoch einem invertierenden Ausgang des Verstärkers 19 entnommen wird, muß der Regler eine von der Differenz der beiden Werte abhängige Stellgröße erzeugen.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:

In dem Regler 25 werden die sich am Ende der vorstehend beschriebenen Regelvorgänge ergebenden Werte von Kathodenspannung und Kathodenstrom miteinander verglichen. Ergibt sich ein Unterschied, wird die Heizleistung der Kathode 3 geändert. Diese Änderung würde eine Änderung des Röhren-

stromes zur Folge haben, wenn die Kathodenspannung gleich bliebe; die Änderung des Röhrenstromes wird jedoch von dem * Röhrenstrom-Regelkreis ausgeregelt, und zwar solange, bis Kathodenspannung und Anodenspannung dem Betrage nach gleich sind. Dieser Heizkreis-Regelvorgang erfolgt aufgrund der

thermischen Trägheit viel langsamer als die beiden vorher

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beschriebenen Regelvorgänge; an seinem Ende kann sich eine symmetrische Spannungsaufteilung ergeben, falls die Heizstromgrenze dies bei der betreffenden Spannung zuläßt.

Als Kathodenspannungs-Sollwert kann aber auch anstelle des aus der Anodenspannung abgeleiteten Wertes ein solcher Wert gewählt werden, daß sich stets die Kathodenspannung einstellt, bei der sich der größtmögliche Regelbereich ergibt. Dieser Sollwert könnte, wie darch eine gestrichelte Linie angedeutet, von einer Steuerschaltung 27 geliefert werden. Da er sowohl von der Röhrenspannung als auch vom Röhrenstrom abhängt, müßte jeder Röhrenstrom-Röhrenspannungskombination ein anderer Sollwert zugeordnet sein. Dieser Sollwert könnte aus einem in d?r Steuerschaltung 27 enthaltenen Speicher in Abhängigkeit von den durch diese Steuerschaltung vorgegebenen Röhrenstrom- und Röhrenspannungs-Sollwerten aufgerufen werden.

Die Steuerschaltung 27 ändert die Sollwerte von Röhrenspannung und/oder Röhrenstrom in Abhängigkeit von der gemessenen Dosisleistung hinter dem Patienten. Zu diesem Zweck wird die Intensität der Strahlung, die den Patienten durchdrungen hat, von einem geeigneten Meßglied, z.B. einer Ionisationskammer, mit einem daran angeschlossenen Integrierglied gemessen. Bei konstanter Dosisleistung steigt das Ausgangssignal auf der Leitung 30 daher rampenförmig an. In dem Regler 31 wird es mit einem auf der Leitung 32 anliegenden, ebenfalls rampenförmig ansteigenden Signal verglichen, das der Solldosisleistung entspricht. Das der Regelabweichung entsprechende Signal wird über die Leitung der Steuerschaltung 27 zugeführt, welche die von ihr erzeugten Sollwerte in Abhängigkeit von dem Signal auf der Leitung 33 ändert.

Dabei sind verschiedene Funktionen möglich. Die Dosisleistung

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kann allein durch Änderung der Röhrenspannung oder des Röhrenstromes geregelt werden. Es ist aber möglich, zur Regelung der Dosisleistung die Sollwerte von Röhrenstrom und Röhrenspannung gleichsinnig - wobei also der Sollwert für den Röhrenstrom steigt(fällt), wenn der Sollwert für die Röhrenspannung steigt (fällt) - linear oder nach einer anderen vorgegebenen Funktion mit der Röhrenspannung zu ändern.

Es ist aber auch möglich, die Sollwerte für Röhrenspannung und Röhrenstrom gegensinnig zueinander zu ändern, wobei der Röhrenstrom steigt, wenn die Röhrenspannung sinkt und umgekehrt. Insbesondere können die beiden Sollwerte so geändert werden, daß ihr Produkt konstant ist. Da die Röhrenspannung einen stärkeren Einfluß auf die Dosisleistung hat als der Röhrenstrom, muß dabei die Röhrenspannung erhöht (erniedrigt) werden, wenn die gemessene Dosisleistung zu klein (groß) ist. Welche dieser Verknüpfungen am besten geeignet ist, hängt von dem jeweiligen Untersuchungsverfahren sowie von den Vorstellungen des Benutzers ab. Mit Hilfe einer Eingabeanordnung 34 kann der Benutzer jeweils eine der erwähnten Verknüpfungen auswählen.

Die Steuerschaltung 27 kann einen Mikrocomputer enthalten, der über einen Analog-Digital-Wandler an den Ausgang 33 des Reglers 31 angeschlossen ist und der nach verschiedenen Programmen, von denen jeweils eines vom Benutzer wählbar ist (über die Eingabeanordnung 34), die Sollwerte für Röhrenspannung und Röhrenstrom errechnet und diese über Digital-Analog-Wandler auf den Leitungen 11 und 22 als analoge Signaüe ausgibt.

Die Steuerschaltung kann jedoch auch analog wirkende Baugruppen enthalten. Das Signal auf der Leitung 33 kann beispielsweise mittels eines Regelverstärkers verstärkt und in einer Addierschaltung zu einem Wert addiert werden,

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der dem vom Benutzer eingestellten Röhrenspannungswert entspricht. Die Ausgangsspannung der Addierschaltung stellt dann den Sollwert für die Röhrenspannung dar. Der Sollwert für den Röhrenstrom kann daraus mittels einer Verarbeitungsschaltung mit umschaltbarer Verarbeitungsfunktion ermittelt werden, z.B. indem ein konstanter Wert (der der zulässigen Röhrenleistung entspricht) durch den Sollwert der Röhrenspannung dividiert wird, oder indem die Röhrenspannung mit einem konstanten Faktor multipliziert wird, so daß der Röhrenstrom proportional zur Röhrenspannung steigt. Eine solche Verarbeitungsschaltung, die wahlweise Division und Multiplikation sowie weitere Funktionen ausführen kann, ist beispielsweise die integrierte Schaltung AD 534 der Firma Analog Devices. Zur Umschaltung auf die verschiedenen Funktionen (Multiplikation, Division usw.) können steuerbare Schalter vorgesehen sein, wie sie z.B. in dem integrierten Gatter-Baustein DG 201 enthalten sind, und die durch die Eingabeanordnung 34 gesteuert werden.

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Claims (15)

1. PHD 80-16^

   PATENTANSPRÜCHE:

   M.J Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre mit einem zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode befindlichen mit Masse verbundenen Mittelteil, mit einem ersten negative Hochspannung für die Kathode der Röntgenröhre liefernden elektronisch steuerbaren Hochspannungsgenerator und einem zweiten positive Hochspannung für die Anode liefernden Hochspannungsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Röhrenstrom-Regelkreis (7...14) vorgesehen ist, durch den die Größe der vom ersten Hochspannungsgenerator (7, 8) gelieferten Hochspannung steuerbar ist, und daß ein Röhrenspannungs-Regelkreis (5, 6; 15...22) vorgesehen ist, durch den die Größe der vom ebenfalls elektronisch steuerbaren zweiten Hochspannungsgenerator (5, 6) erzeugten Hochspannung steuerbar ist.
2. 2. Röntgengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als. steuerbarer Hochspannungsgenerator ein Hochspannungserzeuger in Verbindung mit einer dazu in Serie geschalteten gittergesteuerten Elektronenröhre dient.
3. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hochspannungsgenerator (5, 6 - 7, 8) einen Wechselrichter (6...8) enthält, dessen Ausgangsspannung durch Steuerung seiner Betriebsfrequenz veränderbar ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-., zeichnet, daß jeder Hochspannungsgenerator einen Wechselrichter mit konstanter Betriebsfrequenz enthält, der an eine Gleichspannungsquelle mit elektronisch steuer-

   barer Gleichspannung angeschlossen ist.

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5. 5. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine. Meßeinrichtung (29)..zur. Messung der Dosisleistung vorgesehen ist, daß der Meßwert einer Vergleichseinrichtung (31) zugeführt wird, die ihn mit einem Dosisleistungs-Sollwert vergleicht und ein von der Differenz der beiden Werte abhängiges Steuersignal erzeugt, das einer Steuerschaltung 27 zugeführt wird, die die Sollwerte für den Röhrenstrom- und den Spannungs-Regelkreis erzeugt und wenigstens einen der beiden Sollwerte so verändert, daß die Differenz zwischen dem Meßwert der Dosisleistung und ihrem Sollwert abnimmt.
6. 6. Röntgengenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (27) so ausgebildet ist, daß sich die Sollwerte für Röhrenstrom und Röhrenspannung gleichsinnig ändern. .
7. 7. Röntgengenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (27) so ausgebildet ist, daß sich die Sollwerte für Röhrenspannung und Röhrenstrom gegensinnig ändern, wobei der Sollwert für die Röhrenspannung zunimmt (abnimmt), wenn die gemessene Dosisleistung kleiner (größer) ist als der Dosisleistungs-Sollwert.
8. 8. Röntgengenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung so ausgebildet ist, daß das Produkt der Sollwerte stets konstant ist.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (27) so ausgebildet ist,

   daß der Sollwert für die Röhrenspannung unabhängig von ·- der gemessenen Dosisleistung ist und daß der Röhrenstrom-Sollwert zunimmt (abnimmt), wenn die gemessene Dosisleistung kleiner (größer) ist als der Dosisleistungs-Sollwert.

   ORIGINAL INSPECTED

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10. 10. Röntgengenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung (27) verschiedene Funktionsverläufe programmierbar sind, nach denen sich die Sollwerte von Röhrenspannung und Röhrenstrom als Funktion der Differenz zwischen der gemessenen Dosisleistung und dem Dosisleistungs-Sollwert ändern, und daß jeweils einer der so vorgegebenen Funktionsverlaufe durch eine Eingabeanordnung (34) wählbar ist.
11. 11. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (25), deren erster Eingang mit einem Meßglied (15, 16) zur Messung der Spannung zwischen der Kathode der Röntgenröhre und Masse gekoppelt ist und an deren zweitem Eingang ein Kathodenspannungs-Sollwert anliegt und deren Ausgangssignale die Heizleistung der Kathode der Röntgenröhre so steuern, daß die Differenz zwischen der gemessenen Kathodenspannung und dem Kathodenspannungs-Sollwert abnimmt.
12. ²⁰12. Röntgengenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenspannungs-Sollwert von einer Meßeinrichtung (18, 19) zur Messung der Spannung zwischen der Anode (2) der Röntgenröhre (1) und Masse geliefert wird, wobei eine Schaltung zur Polaritätsumkehr vorgesehen ist, die die Polarität eines der beiden Meßwerte umkehren
13. 13. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hochspannungsgenerator (7» 8) über eine im Röhrenstrom-Regelkreis enthaltene Meßirapedanz (9) mit Masse verbunden ist.
14. 14. Röntgengenerator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kathode (3) der Röntgenröhre (1) und Masse ein Spannungsteiler (15) geschaltet ist und daß

    die am Spannungsteiler (15) abgegriffene Spannung bzw. ein

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    dazu proportionaler Wert von dem mit Hilfe der Meßimpedanz (9) erhaltenen Wert zur Bildung des Röhrenstrom-Istwertes subtrahiert wird.

    5
15. 15. Röntgenröhre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Spannungsteiler (15) abgegriffene Spannung zugleich zur Bestimmung der Röhrenspannung für den Röhrenspannungs-Regelkreis dient.