EP0234603A2 - X-ray generator with control of dosing power - Google Patents
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- EP0234603A2 EP0234603A2 EP87200013A EP87200013A EP0234603A2 EP 0234603 A2 EP0234603 A2 EP 0234603A2 EP 87200013 A EP87200013 A EP 87200013A EP 87200013 A EP87200013 A EP 87200013A EP 0234603 A2 EP0234603 A2 EP 0234603A2
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Definitions
- the invention relates to an X-ray generator with actuators at least for the tube current and the tube voltage, a controller which acts on the actuators as a function of the actual value and the target value of the dose rate, at least one measuring device for measuring the actual value of the dose rate, and with one by the user operable selection device which determines the type of examination and the target value of the dose rate.
- Such an X-ray generator is known from DE-OS 26 53 252.
- slice pictures can be taken and on the other hand bucky pictures in which the recording time does not exceed an upper and a lower limit.
- the controller is a sampling controller formed by a microprocessor system, in that a memory is provided in which the sampling frequency and the actuating function are stored for the various types of examination, and in that the sampling controller corresponds to the actuating function and after another
- the stored program calculates the manipulated variables for the next sampling interval and controls the actuators accordingly.
- the sampling frequency of the sampling regulator and thus the control speed can be determined by means of a programmable counter contained in the microprocessor system, which is loaded from the memory with a value corresponding to the sampling interval and assigned to the respective type of examination.
- the implementation of these control functions and the control behavior (proportional behavior or integral behavior) of the dose rate control in the respective type of examination are determined by the program, according to which the manipulated variables for the next sampling interval are determined in the sampling controller.
- the dose rate in the different types of examination is not determined with the same measuring organ.
- the dose rate in a slice image can be determined, for example, with an ionization chamber, while it is determined in operation with a cinema camera by means of a photomultiplier and is derived from the video signal in fluoroscopic mode.
- a further development of the invention provides that several measuring devices are provided, one of which is effective for each type of examination, that matching amplifiers are provided which bring the output signal of the measuring device to a predetermined level at a predetermined dose rate, and that a switchover device is provided which couples the measuring device intended for the respective examination to the sampling controller.
- the scanning frequency has a first value in a first section of an X-ray image and a second value in a subsequent section, and that the first value is significantly larger than the second value.
- a favorable transient response can be achieved if the first section is ended with a high sampling frequency as soon as, for example, the tube voltage has reached a predeterminable fraction of its starting value.
- simpler and shorter control algorithms must be used because of the increased sampling frequency, which ensure that an evaluable dose rate signal is available sufficiently quickly as long as the tube voltage does not yet deviate significantly from its starting value.
- FIG. 1 shows a schematic representation of an x-ray system with an x-ray generator 1 and an x-ray tube 2, the radiation of which passes through an examination area symbolized by the body l3 and generates an x-ray silhouette either on a film positioned in a cassette holder 4 or on the output screen of an x-ray image intensifier 5.
- the dose or the dose rate is measured by means of an ionization chamber 3 and fed to a unit 30 for dose evaluation.
- the output image of the image intensifier 5 can be recorded by means of a cinema camera 7, a sheet or roll film camera 8 or a television camera 9 or a television chain 90 connected to it with a monitor 91.
- An adjustable iris diaphragm 11 is located in the optical beam path.
- the X-ray generator 1 contains, among other things. Actuators with which the tube voltage, the tube current and the focal spot size can be set.
- the tube voltage actuator l00 can contain, for example, a medium frequency converter with a high voltage generator and a rectifier combination.
- a lattice control unit or an electronically controlled heating circuit can serve as the tube current actuator ll0, and the focal spot actuator 120 can also be designed such that only the focal spot size can be switched between two values.
- the actuators l00, ll0 and l20 receive their control signals via lines l43, l4l and l42 from a sampling controller l40.
- This receives its setpoints and control functions from a central control unit and its actual values either from the ionization chamber 3, the photomultiplier l2 or the television chain 90 via matching amplifiers l7l, l72 and l73, which provide the output signals bring these measuring processes to a normalized level and via the switching device l70, which is controlled via line l75 in such a way that the output signal of one of the three matching amplifiers l7l ... l73 is fed to the sampling controller l40 via line l44.
- the central control unit l60 is coupled via a bidirectional connection l62 to a selection device in the form of a control panel l80.
- the user selects the type of examination, for example, by pressing a button, whereupon the associated sampling frequency and the actuating function are called up in a memory of the central control unit 160 and loaded into a memory of the sampling controller 140 via the connection 159.
- sampling controller l40 and the central control unit l60 results from FIG. 2. Both contain a microprocessor l47 or l65 as well as read-only and read / write memories l48 or l66 and input / output units l49 or l64, l67. Both units contain a programmable counter l50 or l69.
- the sampling controller l40 also contains an analog-digital converter l46 for converting the analog signals representing the actual values on the line l44 into digital values and digital-analog converter l45, which convert the digital control signals generated by the microprocessor l47 into analog signals, which are transmitted via the Carry lines l4l, l42 and l43 to the associated actuators.
- the optimal actuating function, the required sampling frequency and further parameters, for example the image frequency, the minimum and the maximum recording time (in the case of cinema recording technology) etc., are stored in the memory l66 of the central control unit l60 for each type of examination.
- These programs can be bidirectional Connection l62 can be called up from the control panel l80. Before the start of the recording, they are transmitted via the input / output interface l67 of the central control unit l60 and the connection l59 to the input / output interface l49 of the scanning controller l40.
- the recording time is set by means of the programmable counter l69, which is started by the recording start signal and generates a signal at the end of the recording, which switches off the tube voltage and thus the X-ray radiation via the line l6l connected to the high-voltage actuator l00, among other things, and that via the Interrupt line l58 acts on microprocessor l47 in sampling controller l40.
- the memory l48 which is called up depending on the respective type of examination, the latter calculates the actuating signals for the next sampling interval within a sampling interval.
- x-ray images are generated with the cinema camera, generally between 50 and 300 images per second, x-ray images being generated. It is necessary to regulate the dose per image. Dose deviations occurring due to disturbance variables do not have to be corrected within a picture, but after a few ten pictures, since otherwise a restless picture impression (flickering) would result. The dose is therefore a scanning signal that is available after each image. The sampling frequency thus corresponds to the frame rate.
- U i is the tube voltage set during the last image and a is the exponent with which the dose rate changes when the tube voltage changes.
- the voltage U x calculated in this way represents the value that would be required in the case of a control with proportional behavior, in which the dose or the dose rate is regulated exclusively by changing the tube voltage.
- the tube current I x associated with U x is then determined as a function of the actuating function loaded for this type of examination.
- An actuating function suitable for cinema operation is shown in FIG. 3a.
- the curve entered in the tube current / tube voltage diagram indicates the manner in which tube voltage and tube current are to be changed in order to achieve a change in the dose rate.
- the curve begins with the smallest possible tube voltage and the smallest possible tube current with a horizontal section, ie only the voltage is changed in this area to change the dose rate.
- This section is followed by a second section in which tube current and tube voltage are changed in the same direction in order to change the dose rate.
- This second Section is followed by a third section, again horizontal, which is determined by the maximum tube current.
- This third section is followed by a fourth section, which is predetermined by the resilience of the focal spot of the X-ray tube and which has a hyperbolic shape.
- tube voltage and tube current are changed in opposite directions to one another so that their product remains constant.
- the actuating function shown in Fig. 3a is stored in that the values of tube current and tube voltage are stored at the start and end points of the individual sections.
- the description of the characteristic curve using the start and end points may not be sufficient. In this case, a large number of points are stored on the characteristic.
- h is a factor that determines the proportional behavior of the control, while the factor k defines the integral behavior of the control.
- the value I il is the tube current during the penultimate picture.
- the values of tube current and tube voltage calculated in this way are given to the actuators l00 and ll0 as control signals via lines l43 and l4l.
- the resulting dose is measured again, after which the control signals are calculated again, etc.
- the regulation in the case of pulsed fluoroscopy in which the actual value is derived from the signals of the television chain 90, can be carried out in a similar manner. However, a different sampling frequency and a different actuating function can be specified.
- each image should be correctly exposed, whereby the recording time should not exceed a lower and an upper limit frequency.
- the imaging dose rate In order not to exceed the limit of the exposure time for no single exposure, the imaging dose rate must be regulated.
- An adapted sampling frequency results from the shortest recording time. If this is 10 to 20 ms, the sampling frequency should be about 1 kHz.
- the end of admission takes place when the target dose required for admission has been reached.
- the value is set to a value at the start of an image in the period from switching on until approximately 95% of the starting value of the tube voltage which is much higher, e.g. 5 kHz.
- the sampling frequency is set to the above-mentioned value (1 kHz).
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator mit einem Regler für die Dosisleistung. Um diesen Regler universell für verschiedene Untersuchungsarten einsetzen zu können, wird als Regler ein durch ein Mikroprozessorsystem gebildeter Abtastregler verwendet. Es sind Speicher vorgesehen, in denen für die verschiedenen Untersuchungsarten die Abtastfrequenz und die Stellfunktionen abgelegt sind sowie die Programme, nach denen der Abtastregler für die verschiedenen Untersuchungsarten die Stellgrößen berechnet. The invention relates to an X-ray generator with a regulator for the dose rate. In order to be able to use this controller universally for various types of examination, a sampling controller formed by a microprocessor system is used as the controller. There are memories in which the sampling frequency and the actuating functions are stored for the various types of examination as well as the programs according to which the sampling controller calculates the manipulated variables for the various types of examination.
Description
Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator mit Stellgliedern zumindest für den Röhrenstrom und die Röhrenspannung, einem Regler, der in Abhängigkeit von dem Istwert und dem Sollwert der Dosisleistung auf die Stellglieder einwirkt, wenigstens einer Meßeinrichtung zur Messung des Istwertes der Dosisleistung, und mit einer durch den Benutzer betätigbaren, die Untersuchungsart sowie den Sollwert der Dosisleistung festlegenden Wähleinrichtung.The invention relates to an X-ray generator with actuators at least for the tube current and the tube voltage, a controller which acts on the actuators as a function of the actual value and the target value of the dose rate, at least one measuring device for measuring the actual value of the dose rate, and with one by the user operable selection device which determines the type of examination and the target value of the dose rate.
Ein solcher Röntgengenerator ist aus der DE-OS 26 53 252 bekannt. Damit können einerseits Schichtaufnahmen angefertigt werden und andererseits Buckyaufnahmen, bei denen die Aufnahmezeit einen oberen und einen unteren Grenzwert nicht überschreitet.Such an X-ray generator is known from DE-OS 26 53 252. On the one hand, slice pictures can be taken and on the other hand bucky pictures in which the recording time does not exceed an upper and a lower limit.
Viele Untersuchungsarten erfordern unterschiedliche Zeitkonstanten. Im Kinobetrieb und im gepulsten Durchleuchtungsbetrieb beispielsweise sind relativ große Zeitkonstanten erforderlich, um einen unruhigen Bildeindruck zu vermeiden. Bei Serienaufnahmebetrieb mit bis zu l5 Bildern pro Sekunde hingegen ist eine wesentlich schnellere Dosisleistungsregelung erforderlich.Many types of examination require different time constants. In cinema mode and in pulsed fluoroscopy mode, for example, relatively large time constants are required in order to avoid an uneasy picture impression. On the other hand, in continuous shooting mode with up to 15 frames per second, a much faster dose rate control is required.
Weiterhin können unterschiedliche Untersuchungsarten unterschiedliche Stellfunktionen, d.h. eine unterschiedliche Zuordnung der jeweiligen Werte von Röhrenstrom und Röhrenspannung, erfordern. Man müßte also für jede Untersuchungsart einen gesonderten Regler vorsehen, wenn man mit dem bekannten Röntgengenerator eine Dosisleistungsregelung bei den verschiedenen Untersuchungsarten erreichen wollte.Furthermore, different types of examination can require different actuating functions, ie a different assignment of the respective values of tube current and tube voltage. One would have to provide a separate controller for each type of examination if one wanted to achieve dose rate control with the various types of examination using the known X-ray generator.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Röntgengenerator der engangs genannten Art so auszugestalten, daß mit geringem Aufwand eine für verschiedene Untersuchungsarten geeignete Dosisleistungsregelung erreicht wird.It is an object of the invention to design an X-ray generator of the type mentioned in such a way that a dose rate control suitable for different types of examination is achieved with little effort.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Regler ein durch ein Mikroprozessorsystem gebildeter Abtastregler ist, daß ein Speicher vorgesehen ist, in dem für die verschiedenen Untersuchungsarten die Abtastfrequenz und die Stellfunktion abgelegt ist, und daß der Abtastregler entsprechend der Stellfunktion und nach einem in einem weiteren Speicher abgelegten Programm die Stellgrößen für das nächste Abtastintervall berechnet und die Stellglieder entprechend steuert.This object is achieved in that the controller is a sampling controller formed by a microprocessor system, in that a memory is provided in which the sampling frequency and the actuating function are stored for the various types of examination, and in that the sampling controller corresponds to the actuating function and after another The stored program calculates the manipulated variables for the next sampling interval and controls the actuators accordingly.
Die Abtastfrequenz des Abtastreglers und damit die Regelgeschwindigkeit können mittels eines in dem Mikroprozessorsystem enthaltenen programmierbaren Zählers bestimmt werden, der mit einem dem Abtastintervall entsprechenden und der jeweiligen Untersuchungsart zugeordneten Wert aus dem Speicher geladen wird. Das gleiche gilt für die Stellfunktionen. Die Realisierung dieser Stellfunktionen und das Regelverhalten (Proportionalverhalten bzw. Integralverhalten) der Dosisleistungsregelung bei der jeweiligen Untersuchungsart werden durch das Programm bestimmt, nach dem in dem Abtastregler die Stellgrößen für das nächste Abtastintervall bestimmt werden.The sampling frequency of the sampling regulator and thus the control speed can be determined by means of a programmable counter contained in the microprocessor system, which is loaded from the memory with a value corresponding to the sampling interval and assigned to the respective type of examination. The same applies to the control functions. The implementation of these control functions and the control behavior (proportional behavior or integral behavior) of the dose rate control in the respective type of examination are determined by the program, according to which the manipulated variables for the next sampling interval are determined in the sampling controller.
In der Regel wird die Dosisleistung in den verschiedenen Untersuchungsarten nicht mit demselben Meßorgan bestimmt. Die Dosisleistung bei einer Schichtaufnahme kann beispielsweise mit einer Ionisationskammer bestimmt werden, während sie bei Betrieb mit einer Kinokamera mittels eines Fotovervielfachers bestimmt und im Durchleuchtungsbetrieb aus dem Videosignal abgeleitet wird. Um die Dosisleistungsregelung unabhängig vom konkreten Aufbau der jeweils benutzten Meßeinrichtung zu gewährleisten, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß mehrere Meßeinrichtungen vorgesehen sind, von denen bei jeder Untersuchungsart jeweils eine wirksam ist, daß Anpaßverstärker vorgesehen sind, die das Ausgangssignal der Meßeinrichtung bei vorgegebener Dosisleistung auf einen vorgegebenen Pegel bringen, und daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, die die für die jeweilige Untersuchung bestimmte Meßeinrichtung mit dem Abtastregler koppelt.As a rule, the dose rate in the different types of examination is not determined with the same measuring organ. The dose rate in a slice image can be determined, for example, with an ionization chamber, while it is determined in operation with a cinema camera by means of a photomultiplier and is derived from the video signal in fluoroscopic mode. In order to regulate the dose rate regardless of the specific structure of the To ensure the measuring device used in each case, a further development of the invention provides that several measuring devices are provided, one of which is effective for each type of examination, that matching amplifiers are provided which bring the output signal of the measuring device to a predetermined level at a predetermined dose rate, and that a switchover device is provided which couples the measuring device intended for the respective examination to the sampling controller.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Abtastfrequenz in einem ersten Abschnitt einer Röntgenaufnahme einen ersten Wert und in einem darauffolgenden Abschnitt einen zweiten Wert hat, und daß der erste Wert wesentlich größer ist als der zweite Wert. Dadurch kann ein günstiges Einschwingverhalten erreicht werden, wenn der erste Abschnitt mit hoher Abtastfrequenz beendet wird, sobald beispielsweise die Röhrenspannung einen vorgebbaren Bruchteil ihres Startwertes erreicht hat. In der ersten Phase müssen wegen der erhöhten Abtastfrequenz einfachere und verkürzte Regelalgorithmen verwendet werden, die sicherstellen, daß hinreichend schnell schon ein auswertbares Dosisleistungssignal vorliegt, solange die Röhrenspannung noch nicht wesentlich von ihrem Startwert abweicht.Another development of the invention provides that the scanning frequency has a first value in a first section of an X-ray image and a second value in a subsequent section, and that the first value is significantly larger than the second value. As a result, a favorable transient response can be achieved if the first section is ended with a high sampling frequency as soon as, for example, the tube voltage has reached a predeterminable fraction of its starting value. In the first phase, simpler and shorter control algorithms must be used because of the increased sampling frequency, which ensure that an evaluable dose rate signal is available sufficiently quickly as long as the tube voltage does not yet deviate significantly from its starting value.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. l ein Blockschaltbild eines Röntgengenerators nach der Erfindung,
- Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Teils des Röntgengenerators und
- Fig. 3a und 3b Stellfunktionen für verschiedene Untersuchungsarten.
- 1 is a block diagram of an X-ray generator according to the invention,
- Fig. 2 is a block diagram of part of the X-ray generator and
- 3a and 3b actuating functions for different types of examination.
Fig. l zeigt in schematischer Darstellung eine Röntgenanlage mit einem Röntgengenerator l und einer Röntgenröhre 2, deren Strahlung einen durch den Körper l3 symbolisierten Untersuchungsbereich durchsetzt und entweder auf einem in einem Kassettenhalter 4 positionierten Film oder am Ausgangsschirm eines Röntgenbildverstärkers 5 ein Röntgenschattenbild erzeugt. Bei Verwendung eines Röntgenfilms wird die Dosis bzw. die Dosisleistung mittels einer Ionisationskammer 3 gemessen und einer Einheit 30 zur Dosisauswertung zugeführt. Das Ausgangsbild des Bildverstärkers 5 kann mittels einer Kinokamera 7, einer Blatt- oder Rollfilmkamera 8 oder einer Fernsehkamera 9 bzw einer daran angeschlossenen Fernsehkette 90 mit Monitor 9l aufgenommen werden. Im optischen Strahlengang befindet sich eine einstellbare Irisblende ll.1 shows a schematic representation of an x-ray system with an x-ray generator 1 and an
Der Röntgengenerator l enthält u.a. Stellglieder, mit denen die Röhrenspannung, der Röhrenstrom und die Brennfleckgröße eingestellt werden können. Das Röhrenspannungs-Stellglied l00 kann beispielsweise einen Mittelfrequenzumrichter mit Hochspannungserzeuger und Gleichrichterkombination enthalten. Als Röhrenstrom-Stellglied ll0 kann eine Gittersteuerungseinheit dienen oder ein elektronisch geregelter Heizkreis, und das Brennfleck-Stellglied l20 kann auch so ausgebildet sein, daß damit nur die Brennfleckgröße zwischen zwei Werten umgeschaltet werden kann.The X-ray generator 1 contains, among other things. Actuators with which the tube voltage, the tube current and the focal spot size can be set. The tube voltage actuator l00 can contain, for example, a medium frequency converter with a high voltage generator and a rectifier combination. A lattice control unit or an electronically controlled heating circuit can serve as the tube current actuator ll0, and the
Die Stellglieder l00, ll0 bzw. l20 erhalten ihre Stellsignale über Leitungen l43, l4l bzw. l42 von einem Abtastregler l40. Dieser erhält seine Sollwerte und Stellfunktionen aus einer Zentralsteuereinheit und seine Istwerte entweder von der Ionisationskammer 3, dem Fotovervielfacher l2 oder der Fernsehkette 90 über Anpaßverstärker l7l, l72 und l73, die die Ausgangssignale dieser Meßorgange auf einen normierten Pegel bringen und über die Umschaltvorrichtung l70, die über die Leitung l75 so gesteuert wird, daß dem Abtastregler l40 über die Leitung l44 das Ausgangssignal jeweils eines der drei Anpaßverstärker l7l...l73 zugeführt wird.The actuators l00, ll0 and l20 receive their control signals via lines l43, l4l and l42 from a sampling controller l40. This receives its setpoints and control functions from a central control unit and its actual values either from the
Die Zentralsteuereinheit l60 ist über eine bidirektionale Verbindung l62 mit einer Wähleinrichtung in Form eines Bedienpultes l80 gekoppelt. Der Benutzer wählt hierbei beispielsweise durch Betätigen einer Taste die Untersuchungsart, woraufhin in einem Speicher der Zentralsteuereinheit l60 die zugehörige Abtastfrequenz sowie die Stellfunktion aufgerufen und über die Verbindung l59 in einen Speicher des Abtastreglers l40 geladen werden.The central control unit l60 is coupled via a bidirectional connection l62 to a selection device in the form of a control panel l80. The user selects the type of examination, for example, by pressing a button, whereupon the associated sampling frequency and the actuating function are called up in a memory of the
Der Aufbau des Abtastreglers l40 und der Zentralsteuereinheit l60 ergibt sich aus Fig. 2. Beide enthalten einen Mikroprozessor l47 bzw. l65 sowie Festwert- und Schreib/Lesespeicher l48 bzw. l66 und Ein/Ausgabeeinheiten l49 bzw. l64, l67. Beide Einheiten enthalten einen programmierbaren Zähler l50 bzw. l69. Der Abtastregler l40 enthält darüber hinaus einen Analog-Digital-Wandler l46 zur Umsetzung der die Istwerte darstellenden analogen Signale auf der Leitung l44 in Digitalwerte und Digital-Analog-Wandler l45, die die vom Mikroprozessor l47 erzeugten digitalen Stellsignale in Analogsignale umsetzen, welche über die Leitungen l4l, l42 und l43 zu den zugehörigen Stellgliedern gelangen.The structure of the sampling controller l40 and the central control unit l60 results from FIG. 2. Both contain a microprocessor l47 or l65 as well as read-only and read / write memories l48 or l66 and input / output units l49 or l64, l67. Both units contain a programmable counter l50 or l69. The sampling controller l40 also contains an analog-digital converter l46 for converting the analog signals representing the actual values on the line l44 into digital values and digital-analog converter l45, which convert the digital control signals generated by the microprocessor l47 into analog signals, which are transmitted via the Carry lines l4l, l42 and l43 to the associated actuators.
In dem Speicher l66 der Zentralsteuereinheit l60 sind für jede Untersuchungsart die optimale Stellfunktion, die erforderliche Abtastfrequenz sowie weitere Parameter, z.B. die Bildfrequenz, die minimale und die maximale Aufnahmezeit (bei Kinoaufnahmetechnik) usw. gespeichert. Diese Programme können über die bidirektionale Verbindung l62 vom Bedienpult l80 aus aufgerufen werden. Sie werden vor Beginn der Aufnahme über die Ein/Ausgabe-Schnittstelle l67 der Zentralsteuereinheit l60 und die Verbindung l59 an die Ein/Ausgabe-Schnittstelle l49 des Abtastreglers l40 übertragen. Die Stellung der Aufnahmezeit erfolgt mittels des programmierbaren Zählers l69, der vom Aufnahmebeginnsignal gestartet wird und bei Ablauf der Aufnahme ein Signal erzeugt, das über die u.a. mit dem Hochspannungs-Stellglied l00 verbundene Leitung l6l die Röhrenspannung und damit die Röntgenstrahlung abschaltet, und das über die Interruptleitung l58 auf den Mikroprozessor l47 im Abtastregler l40 einwirkt. Dieser berechnet nach einem in dem Speicher l48 abgelegten Programm, das in Abhängigkeit von der jeweiligen Untersuchungsart aufgerufen wird, innerhalb eines Abtastintervalls die Stellsignale für das nächste Abtastintervall.The optimal actuating function, the required sampling frequency and further parameters, for example the image frequency, the minimum and the maximum recording time (in the case of cinema recording technology) etc., are stored in the memory l66 of the central control unit l60 for each type of examination. These programs can be bidirectional Connection l62 can be called up from the control panel l80. Before the start of the recording, they are transmitted via the input / output interface l67 of the central control unit l60 and the connection l59 to the input / output interface l49 of the scanning controller l40. The recording time is set by means of the programmable counter l69, which is started by the recording start signal and generates a signal at the end of the recording, which switches off the tube voltage and thus the X-ray radiation via the line l6l connected to the high-voltage actuator l00, among other things, and that via the Interrupt line l58 acts on microprocessor l47 in sampling controller l40. According to a program stored in the memory l48, which is called up depending on the respective type of examination, the latter calculates the actuating signals for the next sampling interval within a sampling interval.
Die Funktion des Röntgengenerators soll nachstehend für zwei verschiedene Untersuchungsarten erläutert werden.The function of the X-ray generator will be explained below for two different types of examination.
Bei dieser Untersuchungsart wird mit der Kinokamera eine Vielzahl von Röntgenbilder erzeugt, im allgemeinen zwischen 50 und 300 Bildern pro Sekunde, Röntgenbilder erzeugt. Dabei ist an sich eine Regelung der Dosis pro Bild erforderlich. Aufgrund von Störgrößen auftretende Dosisabweichungen müssen jedoch nicht innerhalb eines Bildes, sondern nach einigen zehn Bildern ausgeregelt werden, da anderenfalls ein unruhiger Bildeindruck (Flackern) entstünde. Die Dosis ist damit ein Abtastsignal, das nach jedem Bild zur Verfügung steht. Die Abtastfrequenz entspricht also dabei der Bildfrequenz.In this type of examination, a large number of x-ray images are generated with the cinema camera, generally between 50 and 300 images per second, x-ray images being generated. It is necessary to regulate the dose per image. Dose deviations occurring due to disturbance variables do not have to be corrected within a picture, but after a few ten pictures, since otherwise a restless picture impression (flickering) would result. The dose is therefore a scanning signal that is available after each image. The sampling frequency thus corresponds to the frame rate.
Es sei angenommen, daß nach dem i-ten Bild einer Folge von Kinobildern ein Signal Di anliege, das die während dieses Bildes empfangene Dosis darstellen soll. Die für die richtige Schwärzung eines Bildes erforderliche Dosis möge jedoch Ds sein und von Di abweichen. Die erforderlichen Stellsignale für das Röhrenspannungs-Stellglied l00 und dasRöhrenstrom-Stellglied ll0 werden dann wie folgt berechnet:It is assumed that after the i-th picture of a sequence of cinema pictures there is a signal D i which is intended to represent the dose received during this picture. The for however, the correct density of an image required may be D s and differ from D i . The required control signals for the tube voltage actuator l00 and the tube current actuator ll0 are then calculated as follows:
A.l) Es wird zunächst eine Röhrenspannung Ux nach der Beziehung
Ux = Ui * (Ds/Di)l/a Al) First there is a tube voltage U x according to the relationship
U x = U i * (D s / D i ) l / a
Dabei ist Ui die während des letzten Bildes eingestellte Röhrenspannung und a der Exponent, mit dem sich die Dosisleistung bei einer Änderung der Röhrenspannung ändert. Die so berechnete Spannung Ux stellt den Wert dar, der bei einer Regelung mit Proportionalverhalten erforderlich wäre, bei der die Dosis bzw. die Dosisleistung ausschließlich durch Änderung der Röhrenspannung geregelt wird.U i is the tube voltage set during the last image and a is the exponent with which the dose rate changes when the tube voltage changes. The voltage U x calculated in this way represents the value that would be required in the case of a control with proportional behavior, in which the dose or the dose rate is regulated exclusively by changing the tube voltage.
Anschließend wird in Abhängigkeit von der für diese Untersuchungsart geladenen Stellfunktion der zu Ux zugehörende Röhrenstrom Ix bestimmt. Eine für den Kinobetrieb geeignete Stellfunktion ist in Fig. 3a dargestellt. Die in dem Röhrenstrom/Röhrenspannungsdiagramm eingetragene Kurve gibt an, in welcher Weise Röhrenspannung und Röhrenstrom geändert werden sollen, um eine Änderung der Dosisleistung zu erreichen. Die Kurve beginnt bei der kleinstmöglichen Röhrenspannung und dem kleinstmöglichen Röhrenstrom mit einem horizontalen Abschnitt, d.h. zur Änderung der Dosisleistung wird in diesem Bereich lediglich die Spannung geändert. An diesen Abschnitt schließt sich ein zweiter Abschnitt an, in dem zur Änderung der Dosisleistung Röhrenstrom und Röhrenspannung gleichsinnig geändert werden. Diesem zweiten Abschnitt folgt ein dritter, wiederum horizontal verlaufender Abschnitt, der durch den maximalen Röhrenstrom bestimmt ist. Auf diesen dritten Abschnitt folgt ein vierter Abschnitt, der durch die Belastbarkeit des Brennflecks der Röntgenröhre vorgegeben ist und der einen hyperbelförmigen Verlauf hat. In diesem Abschnitt werden zur Änderung einer Dosisleistung Röhrenspannung und Röhrenstrom gegensinnig zueinander so verändert, daß ihr Produkt konstant bleibt. Die in Fig. 3a dargestellte Stellfunktion wird dadurch gespeichert, daß die Werte von Röhrenstrom und Röhrenspannung an den Anfangs- bzw. Endpunkten der einzelnen Abschnitte gespeichert werden. Für Zwischenstellgrößen (z.B. Heizstrom), die nichtlineare Abhängigkeiten zu Röhrenstrom und Röhrenspannung aufweisen, kann die Beschreibung der Kennlinie mittels der Anfangs- und Endpunkte nicht ausreichend sein. In diesem Fall werden eine Vielzahl von Punkten auf der Kennlinie gespeichert.The tube current I x associated with U x is then determined as a function of the actuating function loaded for this type of examination. An actuating function suitable for cinema operation is shown in FIG. 3a. The curve entered in the tube current / tube voltage diagram indicates the manner in which tube voltage and tube current are to be changed in order to achieve a change in the dose rate. The curve begins with the smallest possible tube voltage and the smallest possible tube current with a horizontal section, ie only the voltage is changed in this area to change the dose rate. This section is followed by a second section in which tube current and tube voltage are changed in the same direction in order to change the dose rate. This second Section is followed by a third section, again horizontal, which is determined by the maximum tube current. This third section is followed by a fourth section, which is predetermined by the resilience of the focal spot of the X-ray tube and which has a hyperbolic shape. In this section, to change a dose rate, tube voltage and tube current are changed in opposite directions to one another so that their product remains constant. The actuating function shown in Fig. 3a is stored in that the values of tube current and tube voltage are stored at the start and end points of the individual sections. For intermediate manipulated variables (e.g. heating current) that have non-linear dependencies on tube current and tube voltage, the description of the characteristic curve using the start and end points may not be sufficient. In this case, a large number of points are stored on the characteristic.
A.3) Nachdem auf diese Weise anhand der Stellfunktion gemäß Fig. 3a der zu der Röhrenspannung Ux gehörende Röhrenstrom Ix bestimmt ist, wird eine Röhrenstromänderung Δ Ix nach der Formel
Δ Ix = h (Ix-Ii) + k (Ii-Ii-l)
berechnet. h ist dabei ein Faktor, der das Proportionalverhalten der Regelung bestimmt, während der Faktor k das Integralverhalten der Regelung definiert. Der Wert Ii-l ist dabei der Röhrenstrom während des vorletzten Bildes.A.3) After the tube current I x belonging to the tube voltage U x is determined in this way on the basis of the actuating function according to FIG. 3a, a tube current change Δ I x is determined according to the formula
Δ I x = h (I x -I i ) + k (I i -I il )
calculated. h is a factor that determines the proportional behavior of the control, while the factor k defines the integral behavior of the control. The value I il is the tube current during the penultimate picture.
A.4) Anschließend wird der beim nächsten Röntgenbild einzustellende Röhrenstrom nach der Beziehung
Ii+l = Ii + ΔIx
berechnet.A.4) Then the tube current to be set for the next X-ray image is based on the relationship
I i + l = I i + ΔI x
calculated.
A.5) Die bei dem nächsten Röntgenbild einzustellende Röhrenspannung Ui+l wird nach der Beziehung
Ui + (Ux-Ui)(l-C)
berechnet, wobei C = Δ Ix/Ix gilt. Die so berechneten Werte von Röhrenstrom und Röhrenspannung werden den Stellgliedern l00 und ll0 über die Leitungen l43 und l4l als Stellsignale vorgegeben. Die sich danach ergebende Dosis wird wiederum gemessen, wonach erneut die Stellsignale berechnet werden usw.
In ähnliche Weise kann die Regelung bei der gepulsten Durchleuchtung erfolgen, bei der der Istwert aus den Signalen der Fernsehkette 90 abgeleitet wird. Allerdings können dabei eine andere Abtastfrequenz und eine andere Stellfunktion vorgegeben sein.A.5) The tube voltage U i + l to be set in the next x-ray image becomes according to the relationship
U i + (U x -U i ) (lC)
calculated, where C = Δ I x / I x applies. The values of tube current and tube voltage calculated in this way are given to the actuators l00 and ll0 as control signals via lines l43 and l4l. The resulting dose is measured again, after which the control signals are calculated again, etc.
The regulation in the case of pulsed fluoroscopy, in which the actual value is derived from the signals of the
Bei dieser Untersuchungsart mit Bildfrequenzen bis zu l5 Bildern pro Sekunde sollte jedes Bild korrekt belichtet sein, wobei die Aufnahmedauer einen unteren und einen oberen Grenzfrequenz nicht überschreiten soll. Um die Grenze der Aufnahmedauer bei keiner Einzelaufnahme zu überschreiten, muß die bildgebende Dosisleistung geregelt werden. Eine angepaßte Abtastfrequenz ergibt sich aus der kürzesten Aufnahmezeit. Wenn diese l0 bis 20 ms beträgt, sollte die Abtastfrequenz etwa l kHz betragen.In this type of examination with image frequencies of up to 15 frames per second, each image should be correctly exposed, whereby the recording time should not exceed a lower and an upper limit frequency. In order not to exceed the limit of the exposure time for no single exposure, the imaging dose rate must be regulated. An adapted sampling frequency results from the shortest recording time. If this is 10 to 20 ms, the sampling frequency should be about 1 kHz.
Zu diesem Zweck wird ein interner Teiler der Taktfrequenz des Abtastreglers entsprechend eingestellt und auf einen Interrupteingang der Zentraleinheit geschaltet, sobald die Röhrenspannung ihren zu Beginn vorgegebenen Startwert erreicht hat. In jedem dadurch angestoßenen Abtastintervall wird die Dosisleistung bzw. die bis dahin aufgelaufene Dosis über den Analog-Digital-Wandler l46 als Istwert eingelesen und die Differenz zu dem Führungswert aus dem Speicher wird bestimmt. Die Berechnung der Stellgröße erfolgt dabei wie folgt:
- B.l) Es wird zunächst eine Spannung Ux nach der Beziehung
Ux = Ui(Ds/Di)l/(a+l)
berechnet. - B.2) Im zweiten Schritt wird mit Hilfe des so berechneten Wertes Ux ein Wert Δ Ux gemäß der Formel
Δ Ux = m (Ux-Ui) + n (Ui-Ui-l)
berechnet. Dabei ist m ein das Proportionalverhalten der Regelung bestimmender Faktor, n ein Faktor, der das Integralverhalten der Regelung bestimmt und Ui-l der Wert der Röhrenspannung im vorletzten Abtastintervall. - B.3) Anschließend wird die nächste Stellgröße für die Röhrenspannung nach der Beziehung
Ui+l = Ui + Δ Ux
berechnet. - B.4) In einem weiteren Schritt wird der zugehörige Röhrenstrom Ii+l anhand der Stellfunktion ermittelt, die in diesem Fall gemäß Gleichung B.3) durch eine Gerade definiert wird, deren Eckpunkte gespeichert sind.
- Bl) First there is a voltage U x according to the relationship
U x = U i (D s / D i ) l / (a + l)
calculated. - B.2) In the second step, the value U x calculated in this way becomes a value Δ U x according to the formula
Δ U x = m (U x -U i ) + n (U i -U il )
calculated. Here, m is a factor determining the proportional behavior of the control, n is a factor determining the integral behavior of the control and U il is the value of the tube voltage in the penultimate sampling interval. - B.3) Then the next manipulated variable for the tube voltage according to the relationship
U i + l = U i + Δ U x
calculated. - B.4) In a further step, the associated tube current I i + l is determined using the actuating function, which in this case is defined according to equation B.3) by a straight line whose corner points are stored.
Das Aufnahmeende erfolgt, wenn die für die Aufnahme erforderliche Solldosis erreicht ist.The end of admission takes place when the target dose required for admission has been reached.
In ähnlicher Weise erfolgt die Regelung bei Schichtaufnahmen. Da bei diesen die Aufnahmezeit jedoch fest vorgegeben ist, erfolgt das Aufnahmeende in diesem Fall mit Hilfe eines programmierbaren Zählers.The control of slice images is carried out in a similar way. However, since the recording time is fixed in these cases, the end of the recording is done in this case with the aid of a programmable counter.
Bei den zuvor beschriebenen Untersuchungsarten, bei denen schon die einzelne Aufnahme richtig belichtet sein muß, ergibt sich ein besonders günstiges Einschwingverhalten, wenn zu Beginn einer Aufnahme im Zeitraum vom Einschalten bis zum Erreichen von ca. 95% des Startwertes der Röhrenspannung auf einen Wert gesetzt wird, der wesentlich höher ist, z.B. 5 kHz. Bei dieser erhöhten Abtastfrequenz müssen einfachere und verkürzte Regelalgorithmen verwendet werden, die sich von den oben genannten insofern unterscheiden, als einerseits detektiert werden soll, ob ein auswertbares Dosisleistung vorliegt und andererseits eine genügend schnelle Röhrenspannungsänderung erfolgen soll, wenn die gemessene Dosisleistung wesentlich zu hoch ist. Dadurch wird eine Überbelichtung des Röntgenbildes verhindert. Nach Ablauf des Einschwingvorganges wird die Abtastfrequenz auf den oben genannten Wert (l kHz) eingestellt.In the types of examination described above, in which the individual image must already be correctly exposed, there is a particularly favorable transient response if the value is set to a value at the start of an image in the period from switching on until approximately 95% of the starting value of the tube voltage which is much higher, e.g. 5 kHz. With this increased sampling frequency, simpler and shortened control algorithms must be used, which differ from the above-mentioned in that, on the one hand, it should be detected whether an evaluable dose rate is present and, on the other hand, a sufficiently rapid change in tube voltage should occur if the measured dose rate is significantly too high. This prevents overexposure of the X-ray image. After the transient process has ended, the sampling frequency is set to the above-mentioned value (1 kHz).
Claims (3)
dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (l40) ein durch ein Mikroprozessorsystem gebildeter Abtastregler ist, daß ein Specher (l48, l66) vorgesehen ist, in dem für die verschiedenen Untersuchungsarten die Abtastfrequenz und die Stellfunktion abgelegt ist, und daß der Abtastregler entsprechend der Stellfunktion und nach einem in einem weiteren Speicher (l48, l66) abgelegten Programm die Stellgrößen für das nächste Abtastintervall berechnet und die Stellglieder entprechend steuert.1. X-ray generator with actuators for at least the tube current and the tube voltage, a controller which acts on the actuators as a function of the actual value and the target value of the dose rate, at least one measuring device for measuring the actual value of the dose rate, and with one that can be actuated by the user, the type of examination and the setpoint of the dose rate setting device,
characterized in that the controller (l40) is a sampling controller formed by a microprocessor system, that a memory (l48, l66) is provided in which the sampling frequency and the actuating function are stored for the various types of examination, and in that the sampling controller corresponding to the actuating function and after a program stored in a further memory (l48, l66), the manipulated variables for the next sampling interval are calculated and the actuators are controlled accordingly.
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßeinrichtungen (3, l2, 90) vorgesehen sind, von denen bei jeder Untersuchungsart jeweils eine wirksam ist, daß Anpaßverstärker (l7l, l72, l73) vorgesehen sind, die das Ausgangssignal der Meßeinrichtung bei vorgegebener Dosisleistung auf einen vorgegebenen Pegel bringen, und daß eine Umschaltvorrichtung (l70) vorgesehen ist, die die für die jeweilige Untersuchung bestimmte Meßeinrichtung mit dem Abtastregler koppelt.2. X-ray generator according to claim 1,
characterized in that a plurality of measuring devices (3, l2, 90) are provided, one of which is effective for each type of examination, that matching amplifiers (l7l, l72, l73) are provided which reduce the output signal of the measuring device to a predetermined level at a predetermined dose rate bring, and that a switching device (l70) is provided which couples the measuring device intended for the respective examination with the sampling controller.
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz in einem ersten Abschnitt einer Röntgenaufnahme einen ersten Wert und in einem darauffolgenden Abschnitt einen zweiten Wert hat, und daß der erste Wert wesentlich größer ist als der zweite Wert.3. X-ray generator according to one of the preceding claims,
characterized in that the sampling frequency has a first value in a first section of an X-ray image and a second value in a subsequent section, and in that the first value is substantially greater than the second value.
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