DE4013703A1 - Schaltungsanordnung fuer insbesondere fuer diagnosezwecke eingesetzte roentgengeneratoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für insbesondere für Diagnosezwecke eingesetzte Röntgengeneratoren mit einem in seiner vorwählbaren Röhrenspannung den Erfordernissen anpaßbaren Hochspan­ nungsgleichrichter mit Stelltransformator und daran angeschlossener Röntgenröhre, deren von einem Heizspannungsgenerator bereitgestellte Heizleistung voreinstellbar ist, wobei die Vorwahl der Röhrenspan­ nung und die Voreinstellung der Heizleistung der Röhre mittels einer Steuerung entsprechend der gewünschten bzw. notwendigen Röngtendosis durchführbar ist.

Zur Steuerung von Röntgengeneratoren wird zum einen die Spannung der Röntgenröhre (Röhrenspannung) vorgewählt, um eine für den Anwendungszweck gewünschte, hinreichend weiche oder genügend harte Strahlung sicherzustellen; zum anderen wird der Heizstrom der Glüh­ kathode der Röntgenröhre vorgewählt, um einen gewünschten Kathoden­ strom und somit eine bestimmte, auch vom Zustand der Anode abhängige Strahlungsausbeute zu erhalten; schließlich wird noch die Zeitdauer der Strahlung vorgewählt, um bei einer von Härte der Strahlung und Strahlungsausbeute gegebenen Dosisleistung die gewünschte, für Diag­ nose bzw. Therapie erforderliche Strahlungsdosis applizieren zu kön­ nen. Bei den bekannten Röntgengeneratoren werden diese Werte am Bedienpult eingestellt, wobei dies durch Vorwahl der Hochspannung am Stelltransformator des Hochspannungsgleichrichters und durch Ein­ stellung des Heizstromes erfolgt. Während der Heizstrom bereits vor dem Zuschalten der Hochspannung fließt (vorgeheizte Kathode) und so die Messung des tatsächlich fließenden Heizstromes mit entsprechen­ den Wandlern keine Schwierigkeiten verursacht, wird die Hochspannung nur während der Applikationszeit angelegt, sie kann daher nur "kalt" voreingestellt werden, ein Vorgehen, daß von Anlage zu Anlage wegen der Lastabhängigkeit der Hochspannung bei fließendem Kathodenstrom in Abhängigkeit von den überschaubaren Innenwiderständen der Hoch­ spannungsgleichrichter und der nicht überschaubaren Quellwiderstände des Netzes verschieden ist und besonders für angelerntes Personal erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringt. Darüber hinaus kann ge­ rade während längerer Applikationszeiten ein Einbruch durch plötz­ liches Zuschalten eines Verbrauchers oder eine plötzliche Erholung der Netzspannung durch Abschalten eines Verbrauchers eine nicht vor­ hersehbare Änderung der Hochspannung nach sich ziehen, die die Do­ sisleistung in nicht vorhersehbarer Weise gravierend verändert.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, die Schaltungsanordnung zur Steuerung von Röntgengeneratoren so weiterzu­ bilden, daß in einfacher Weise auch von lediglich eingewiesenem Per­ sonal die Voreinstellung entsprechend der gewünschten Strahlungsdo­ sisleistung, Strahlungshärte und Einwirkungsdauer vorgenommen werden kann, wobei die Einstellung in einfacher Weise mit Logos und Symbo­ len vornehmbar sein soll.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den im Anspruch 1 angege­ benen Merkmalen gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.

Durch den Einsatz eines Personal-Computers wird in einfacher Weise der Anschluß an die Steuerungstechnik mit einem Personal-Computer erreicht; dieser Einsatz setzt allerdings ein besonderes Interface voraus, das die Verbindung zwischen der Steuerung und dem Personal- Computer PC übernimmt. Dieses Interface ist derart aufgebaut, daß es zum einen die analogen (oder am Geber bereits digital umgewandelten) Rückmeldungen der Zustände der Stellantriebe sowie der elektrischen und/oder strahlungstechnischen Meßwerte dem Personal-Computer über­ gibt, der daraus unter Berücksichtigung der in seinem Anwendungs­ speicher permanent gespeicherten technischen Werte für die Röntgen­ röhre, den Hochspannungsgenerator und für das elektrische Versor­ gungsnetz, an das der Hochspannungsgenerator angeschlossen ist, die aktuellen Werte für die Röntgenröhre und den vorliegenden Anwen­ dungsfall die bereit zu stellende Heizleistung und die benötigte (wegen der Netzbelastung überhöhte) Hochspannung ermittelt. Dazu wird über die Eingabe dem Personal-Computer mitgeteilt, welcher An­ wendungsfall vorliegt, die Auswahl (und ggf. die Änderung) der für diesen Anwendungsfall vorgeschlagenen Standard-Werte für die die Strahlungsdosisleistung bestimmenden Werte für Hochspannung und Heizleistung für die Röntgenröhre erfolgt dann im Dialog. Der Dialog wird über einen an den Personal-Computer angeschlossenen Bildschirm geführt; die Eingabe erfolgt über eine an diesen angeschlossene Ta­ statur. Das dazu notwendige Programm stellt das Bildschirm-Menue be­ reit, das dem Bediener mit Logo′s und Einträgen hinreichende Aus­ wahlmöglichkeiten anbietet. Da der Anwendungsspeicher die Werte für die Standard-Einstellung für diese Anwendungsfälle gespeichert hat, kann so in einfacher Weise und ohne besondere Fachkenntnis die "Einstellung" des Röntgengenerators durchgeführt werden. Daneben sind (bei entsprechender Fachkunde) jederzeit Korrekturen dieser Standard-Werte möglich.

Von besonderem Vorteil dabei ist, daß neue Anwendungsfälle, die auf­ treten, und die nach den bekannten Einstellverfahren "von Hand" be­ handelt werden müssen, auch über den Personal-Computer laufen; damit ergibt sich die Möglichkeit, diese Einstellung für die neuen Anwen­ dungsfälle im Anwendungsspeicher abzulegen, zur weiteren Verwendung, wenn solche Fälle wieder auftreten. Damit wird die vorgeschlagene Konfiguration in einem für die Routinepraxis ausreichendem Maße lernfähig. Dies betrifft auch die Korrekturwerte, die der Personal- Computer für den Quellwiderstand von Hochspannungsgenerator ein­ schließlich des Quellwiderstandes des elektrischen Versorgungsnetzes oder aber für den Zustand der Röntgenröhre bereithält: Ändern sich diese vorgehaltenen Werte etwa durch Alterungsprozesse, können die sich ändernden Korrekturen in gleicher Weise im Anwendungsspeicher abgelegt und bei folgenden Anwendungsfällen in berichtigter Weise berücksichtigt werden.

Die ständige Überwachung von Röhrenspannung und Röhrenstrom erfolgt über die gesamte Applikationszeit. Dadurch wird zum einen ein Wert für die augenblickliche Belastung der Röntgenröhre erhalten, zum an­ deren aber auch das Zeitintegral dieser Belastung. Daraus lassen sich die für die Applikation notwendigen Strahlungsdosen errechnen und für einen vorgewählten Ladungswert (mAs) die Röhrenspannung so halten, daß die zulässige Maximal-Belastung der Anode nicht über­ schritten wird, wobei die Applikationszeit ein Minimum ist (letzte­ res ist für Aufnahmen in der Diagnose bedeutsam, da mit zunehmender Aufnahmedauer bewegungsbedingte Unschärfen die Auswertbarkeit der Aufnahme verschlechtern).

Darüber hinaus können im Anwendungsspeicher sicherheitsrelevante Be­ triebswerte der Röntgenröhre abgelegt sein. Der Personal-Computer vergleicht die aktuellen Betriebswerte ständig mit den sicherheits­ relevanten, als Grenzwerte anzusehenden Werten im Speicher und hält die aktuellen Werte in den durch diese Grenzwerte vorgegebenen Be­ reich. Sicherheitsprobleme werden somit zwangsläufig vermieden. Das Ablegen dieser Werte gestattet auch ein Anpassen dieser Werte, wenn Änderungen, etwa wegen Änderung des Sicherheitskonzepts, vorgenommen werden müssen. Dies gilt auch für die im Anwendungsspeicher abgeleg­ ten anwendungsspezifischen Werte. Während diese ständig durch einfa­ ches Überschreiben oder durch Zufügen aktualisiert werden, bedürfen jene wegen der sicherheitsrelevanten Probleme besonderer Behandlung: Die Dateien sind gegen unberechtigtes Überschreiben zu sichern; vorteilhaft ist der Einsatz von EPROM′s, die zum Löschen und Neu­ schreiben besonderer Behandlung bedürfen (was im Hinblick auf zu­ künftige Änderungen der Sicherheitsvorschriften besonders bedeutsam ist).

Da die Strahlungsausbeute der Röntgenröhre vom Zustand ihrer Anode abhängt und dieser sich mit zunehmendem Alter verändert, ist eine ständige oder von Zeit zu Zeit erfolgende Kontrolle der Strahlungs­ ausbeute notwendig. Diese wird mit einem in den Strahlengang ge­ schalteten Meßgerät vorgenommen, das bei Erreichen des gewünschten Dosiswertes den Lastschalter auslöst und damit die Hochspannung ab­ schaltet. Dieser Abschaltimpuls wird auch als Quittungsimpuls für den Personal-Computer PC verwendet und über das Interface diesem zu­ geleitet. Damit wird dem Personal-Computer mitgeteilt, daß die App­ likation abgeschlossen ist. Diese Mitteilung bewirkt einen Schaltzu­ stand, der z. B. eine erneute Applikation ohne Bestätigung aus­ schließt. Dies ist notwendig, um bei Aufnahmen Doppelbelichtungen auszuschließen; die Notwendigkeit für eine derartige Sperrschaltung ergibt sich auch aus sicherheitstechnischen Anforderungen.

Der Personal-Computer weist neben seiner Schnittstelle zur Eingabe­ tastatur und zum Bildschirm weitere Schnittstellen auf, von denen eine als Drucker-Schnittstelle benutzt wird, an die als weitere Aus­ gabeeinheit ein Drucker angeschlossen wird. Mit Hilfe dieses Druc­ kers ist der Personal-Computer in der Lage, für jede Applikation ein Protokoll über den Verlauf von Röhrenspannung und Röhrenstrom sowie der Dosisleistung und der Applikationsdauer auszugeben. Damit können diese Ausdrucke für Dokumentationszwecke z. B. in der Patientenakte gesammelt werden. Es versteht sich von selbst, daß auch eine elek­ tronische Speicherung vorgenommen und erst bei Bedarf ein Ausdruck davon hergestellt werden kann. Mit dieser oder einer weiteren Schnittstelle ist auch eine Verbindung zu einem übergeordneten Rech­ ner (Host) möglich. Dieser übergeordnete Rechner kann dabei die An­ wendungsdaten für die ausgewählte Applikation übermitteln, er kann die sicherheitsrelevanten Daten enthalten und er kann schließlich auch die Aufgabe des Speichers für die zu dokumentierenden Daten übernehmen.

Das Wesen der Erfindung wird an Hand des in Fig. 1 beigefügten Blockschaltbildes näher erläutert.

Der Personal-Computer PC - hier als Rechner PC bezeichnet, weist mindestens drei Schnittstellen auf, von denen eine mit einer Einga­ beeinheit, der Tastatur, und eine andere mit der Ausgabeeinheit, dem Bildschirm belegt ist. An die dritte Schnittstelle ist das Interface angeschlossen, mit dem die Verbindung zu den einzelnen Komponenten des Röntgengenerators hergestellt wird. Die den Anschluß des Inter­ face aufnehmende dritte Schnittstelle ist als IN/OUT Port eingerich­ tet, über sie laufen sowohl Stellungsrückmeldungen und Meßwertsigna­ le sowie Quittungssignale zum Rechner, als auch Stellbefehle an die angeschlossenen Komponenten.

Ist über die Eingabeeinheit "Tastatur" mit Hilfe eines entsprechen­ den vom Programm zur Verfügung gestellten Menue′s die gewünschte Applikation ausgewählt, und hat der Rechner ebenfalls aufgrund die­ ses Programmes die notwendige Hochspannung und die für den notwendi­ gen Röhrenstrom benötigte Heizleistung berechnet, gehen die dazu ge­ hörigen Stellbefehle von dem Teil "Röhrenspannung" des Interface an den "Stelltransformator" und von dem Teil "Röhrenstrom" des Interfa­ ce an den "Stufenschalter für Heizung", deren Stellglieder daraufhin die Stellbefehle ausführen. Die von PC gewählte Hochspannung steht daraufhin am "Lastschalter" an, mit einem entsprechend der zu erwar­ tenden Absenkung unter Last überhöhten Wert.

Die Heizung wird mit einer Unterspannung als Vorheizung in Betrieb genommen, der Umschalter "Vorheizung/Heizung" ist noch in der (nicht dargestellten) Stellung "Vorheizung mit unstabilisierter Spannung". Die von PC berechnete Dosisleistung wirkt sich auch auf die Anoden­ belastung aus, sie sollte auch überwacht werden.

Um die Anodenbelastung unterhalb der zulässigen Grenzlast zu halten, wird über den Teil "Dosisautomat" des Interface die Drehanode akti­ viert, die Strahlbündelung über "Fokus" in gewünschter bzw. notwen­ diger Weise eingestellt und schließlich über die "Dosissteuerung" die Rückmeldung der Meßkammer aufgenommen, die den PC für weitere Applikationen ohne eine erneute Bestätigung sperrt. Eine derartige Rückmeldung erfolgt auch nach Anlauf der Drehanode, wobei ohne diese Rückmeldung das Einschalten des Lastschalters und damit das Anlegen der Hochspannung an die Röntgenröhre ausgeschlossen ist. Dabei ist der an das Interface angeschlossene Dosisautomat selbst im allge­ meinen nicht Bestandteil des Röntgengenerators, sondern ist als autonom arbeitender Teil der Röntgenanlage zu sehen.

Der Teil "Lastschalter" des Interface aktiviert den Hochspannungs- Lastschalter, wobei damit gekoppelt die Umschaltung von "Vorheizen mit unstabilisierter Spannung" auf "Heizen mit stabilisierter Span­ nung" umgeschaltet wird. Durch die Verwendung einer stabilisierten Spannung ist die gewünschte Heizleistung und damit die für einen be­ stimmten Röhrenstrom notwendige Temperatur der geheizten Kathode si­ chergestellt. Eine Umschaltung im Heizstromkreis gestattet ein An­ passen an die unterschiedlichen Anforderungen z. B. für Aufnahme oder Durchleuchtung.

Schließlich weist das Interface noch Meßwerteeingänge auf, die zum Teil über die A/D-Wandler des "Meßwert-Wandlers" und zum anderen Teil direkt über die "Aufnahmevorbereitung" dem Interface zugehen. Die eingehenden Meßwerte dienen zum einen der Überwachung des Ver­ laufs der gesamten Applikation, zum anderen aber geben die Meßwerte Rückmeldungen z. B. über Änderungen des Quellwiderstandes des Hoch­ spannungsgleichrichters (einschließlich des elektrischen Anschluß­ netzes) und somit über die ohne Last einzustellende Überspannung oder des Emissionsvermögens der Kathode in Abhängigkeit von der Tem­ peratur der Kathode und somit der Kathode zugeführten Heizleistung. Gleiches gilt auch für die Rückmeldung der Meßkammer, deren Meßwert in Abhängigkeit von Röhrenspannung und Röhrenstrom ein Maß für die Strahlungsausbeute der (sich im Betrieb aufrauhenden) Anode liefert. Abweichungen dieser Werte deuten auf plötzliche oder dauernde (oft auch schleichend einsetzende) Veränderungen, die der PC als Referenz­ werte im Anwendungsspeicher ablegt und die der PC fortan bei den pe­ riodisch vorgeschriebenen Konstanzprüfungen der Röntgenanlage be­ rücksichtigt und mit den bei der Abnahmemessung der Röntgenanlage gewonnenen Ausgangswerten vergleichen kann.

Die Steuerung erfolgt über den Personal-Computer PC, der mit einem Programm geladen ist, dessen Struktur in dem als Fig. 2 beigefüg­ ten, auf eine Röntgenaufnahme abgestellten Flußdiagramm entnommen werden kann. Nach dem Start wird unter "INIT" ein Systemtest durch­ geführt und alle variablen Werte in Ausgangsstellung gebracht. Da­ nach ist das System bereit, unter "Eingabe" die für die vorliegenden Gegebenheiten bestimmten Werte anzunehmen. Diese Werte werden unter "Verify" auf ihre Schlüssigkeit geprüft und in der folgenden JA/NEIN- Entscheidung unter "Start" wird bei gegebenem Startbefehl der wei­ tere Programmablauf ausgelöst. Sind die Vorgaben nicht schlüssig, oder ist der Startbefehl nicht gegeben, springt das System zurück auf Eingabe und erlaubt so auch eine Eingabekorrektur.

Ist "Start" freigegeben, wird zunächst bei schlüssigen Vorgaben in der nächsten Stufe "Check" geprüft, ob alle Parameter der Vorgabe im gültigen Bereich liegen. Bei außerhalb liegenden Parametern erfolgt Rückspruch zur "Eingabe", um Korrekturen zu ermöglichen. Werden die Eingaben als im Bereich liegend anerkannt, erfolgt unter "Anlauf" der eigentliche Start des Einstellens der vorgegebenen Parameter, deren Einstellungen überprüft werden, wobei bei der Einstellung auf­ tretende Fehler zu einer mit Rücksprung zu "Eingabe" verbundenen Fehlermeldung führen.

Bei Fehlerfreiheit startet unter "Belichtung" die Belichtungsautoma­ tik, wobei während der Aufnahme die Hochspannung an der Röhre, der Röhrenstrom, der Heizstrom und die Expositionszeit gemessen werden. Auftretende Fehler, d. h. Abweichungen gegenüber den Vorgaben, werden vom System identifiziert und als 6 Fehler gemeldet, ggf. erfolgt Ab­ bruch und Rücksprung zu "Eingabe". Während der Belichtung wird diese Prüfung ständig durch Abfrage der Parameter in einer Schleife wieder­ holt. Nach Zeitablauf, d. h. nach Ende der Belichtungszeit werden die Meßwerte zur Anzeige gebracht, und zwar einschließlich des für die Dosis wesentlichen Strom-Zeit-Produktes in mAs, das darüber hinaus auch dokumentiert werden kann, ggf. durch Übermittlung an einen übergeordneten Rechner, der den Personal-Computer PC als Host aufgenommen hat. Danach springt das System zurück auf "Eingabe" und ist bereit, neue Parameter anzunehmen.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für insbesondere für Diagnosezwecke eingesetzte Röntgengeneratoren mit einem in seiner vor­ wählbaren Röhrenspannung den Erfordernissen anpaßbaren Hochspannungsgleichrichter mit Stelltransformator und da­ ran angeschlossener Röntgenröhre, deren von einem Heiz­ spannungsgenerator bereitgestellte Heizleistung vorein­ stellbar ist, wobei die Vorwahl der Röhrenspannung und die Voreinstellung der Heizleistung der Röhre mittels einer Steuerung entsprechend der gewünschten bzw. notwendigen Röntgendosis durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Voreinstellung ein an sich bekannter Personal-Computer (PC) eingesetzt ist, der über ein Interface derart mit der Steuerung des Röntgengenerators verbunden ist, daß für ei­ ne gewünschte Röntgendosis gewünschter Härte der Personal- Computer (PC) zunächst Röhrenspannung und Heizleistung be­ rechnet, diese über das Interface der Steuerung übermit­ telt und von der Steuerung mit Hilfe der Stellglieder Zeitdauer, Röhrenspannung und Heizstrom der Röntgenröhre entsprechend den Vorgaben eingestellt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Personal-Computer (PC) mit einem Anwendungs­ speicher versehen ist, in dem die Kennlinie der Röntgen­ röhre abrufbar abgelegt ist und daß die aus den Vorgaben resultierende primärseitige Netzbelastung berechnet und aufgrund des eingegebenen Quellwiderstandes des Hochspan­ nungsgleichrichters einschließlich des Quellwiderstandes des Netzes die resultierende Absenkung der Netzspannung ermittelt und durch Anpassen des Übersetzungsverhältnisses des Stelltransformators des Hochspannungsgleichrichters im Sinne einer Erhöhung der Röhrenspannung ausgleicht und die für den Röhrenstrom notwendige Heizleistung bereit­ stellt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Anwendungsspeicher des Personal- Computers (PC) die für die üblichen Anwendungsfälle not­ wendigen Daten für Strahlungsdosis, Strahlungshärte und Strahlungsdauer als abrufbare Speicherwerte abgelegt und zusammengehörige Daten in Art einer Menuesteuerung abruf­ bar sind, wobei über die Eingabeeinheit des Personal-Com­ puters (PC) neu auftretende Anwendungsfälle eingeb- und im Anwendungsspeicher ablegbar sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Interface derart aufgebaut ist, daß die an der Röntgenröhre anliegende Hochspannung und der aktuelle Röhrenstrom während der Applikationsdauer gemessen und die Meßwerte dem Personal-Computer (PC) zuge­ führt werden, und daß die daraus resultierende Einstellung des Hochspannungstransformators sowie des Heizleistungs­ erzeugers vorzugsweise unter Berücksichtigung der Grenzbe­ lastung der Röntgenröhre an die Stellorgane des Hochspan­ nungstransformators und des Heizleistungserzeugers abge­ geben werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß im Anwendungsspeicher abrufbar die sicherheitsrelevanten Grenzwerte für den Betrieb der Röntgenröhre abgelegt und dem Personal-Computer (PC) bei der Bestimmung der Stellwerte als Grenzwerte vorgegeben sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Strahlenganges dem Objekt nachgeschaltet ein Strahlungsmeßgerät angeord­ net ist zur Messung der von der Röntgenröhre abgegebenen Dosis, das den Lastschalter bei Erreichen der gewünschten Dosis in an sich bekannter Weise abschaltet und durch dessen als Quittungssignal über das Interface an den Personal-Computer (PC) geleitetes Ausgangssignal beim Abschalten eine Sicherungsschaltung z. B. gegen erneute Auslösung ohne Bestätigung auslösbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Personal-Computer (PC) in an sich bekannter Weise mit einem Druckerausgang versehen ist, über den das gesamte Protokoll der aktuellen Applika­ tion als Dokument über einen Drucker ausgebbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Personal-Computer (PC) eine weitere Schnittstelle aufweist, über die dieser mit einem übergeordneten Rechner, der die Auswertung der Daten der Applikation und deren Dokumentation übernimmt und/oder Da­ ten für Anwendungsfälle sowie Sicherheitstechnik abrufbar bereithält.