EP4716379A1 - Elektronische schaltung und verfahren zum beheizen eines filaments einer röntgenröhre - Google Patents

Abstract

Elektronische Schaltung (20) zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung (6) zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15). Die elektronische Schaltung (20) enthält eine Wechselrichtereinheit (8), die dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung (10) zu erhalten und die Heizgleichspannung (10) abhängig von einer Stellgröße (12) in eine Heizwechselspannung (6) zu wandeln und die Heizwechselspannung (6) ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen. Ebenso enthält die elektronische Schaltung (20) eine Regelanordnung (11), die dazu eingerichtet ist, die Heizwechselspannung (6) und einen aus der Heizwechselspannung (6) resultierenden Heizwechselstrom (7) zu messen und abhängig von der Heizwechselspannung (6) und dem Heizwechselstrom (7) eine Regelgröße zu bestimmen. Dabei ist die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet, die Stellgröße (12) abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert (14) zu regeln.

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre. Außerdem betrifft die Erfindung ein Röntgenröhrensystem mit einer derartigen elektronischen Schaltung und ein medizinisches Bildgebungssystem mit einem derartigen Röntgenröhrensystem. Die Erfindung betrifft darüber hinaus entsprechende Verfahren zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung und zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre.
• Eine Röntgenröhre ist eine spezielle Elektronenstrahlröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung. Röntgenröhren werden in unterschiedlichen bildgebenden Verfahren verwendet und bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten unter anderem in der modernen Medizin.
• Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels einer Röntgenröhre werden freie Elektronen benötigt, die mit Hilfe einer definierten Röhrenhochspannung von einer Kathode hin zu einer Anode beschleunigt werden können. Die freigesetzten Elektronen, also Ladungen, die pro Zeiteinheit von der Kathode zur Anode fließen, werden als Röhrenstrom bezeichnet. Zur Erzeugung der freien Elektronen wird die Kathode als ein Filament ausgebildet, beispielsweise in Form eines Wolframemitters. Das Filament wird durch einen elektrischen Stromfluss so stark erhitzt, dass sich Elektronen aus dem Metallgitter des Filaments lösen. Der Stromfluss durch das Filament wird im Folgenden als Filamentstrom bezeichnet.
• Eine erzeugte Röntgendosis hängt von der Röhrenhochspannung und dem Röhrenstrom ab. Der Röhrenstrom hängt mit dem Filamentstrom zusammen. Es muss der Filamentstrom also so eingestellt werden, dass die gewünschte Temperatur des Filaments erreicht wird und damit der passende Röhrenstrom erzeugt wird.
• Da die Kathode in vielen Fällen auf Hochspannungspotential resultierend aus der Röhrenhochspannung liegt, ist in solchen Fällen aus Isolationsgründen eine galvanische Trennung in Form eines Transformators, auch Heiztransformator genannt, notwendig. Dies hat zur Folge, dass der Filamentstrom nur mit einer aufwendigen und kostenintensiven Auswerteelektronik auf Hochspannungspotential direkt erfasst werden kann. Diese Auswerteelektronik müsste gegebenenfalls mit der Steuerungselektronik für die Halbleiterschalter auf der Primärseite Daten austauschen. Stattdessen wird im Stand der Technik der primärseitige Strom des Transformators, der als Heizwechselstrom bezeichnet wird, gemessen und als Regelgröße verwendet.
• Da die Emissionskurve der Röntgenröhre, die das Verhältnis zwischen Röhren- und Heizwechselstrom wiedergibt, einen sehr großen Gradienten aufweisen kann, ist bei Regelung auf den Heizwechselstrom eine sehr präzise Erfassung dieses Heizwechselstroms notwendig, was ebenso mit hohem Schaltungs- und Kostenaufwand verbunden ist.
• Da gewisse Toleranzen in der Erfassung des Heizwechselstroms und Temperaturabhängigkeiten in einem Heizleistungskanal dennoch bestehen bleiben und auch eine Emissionscharakteristik einer Röntgenröhre einer gewissen Toleranz unterliegt, muss ein tatsächliches Verhältnis zwischen Röhren- und Heizwechselstrom durch Test-Scans kalibriert werden, um die Anforderungen an den Röhrenstrom zu erfüllen. Diese Prozedur wird als Filamentlernen bezeichnet. Durch die Alterung des Emitterwiderstands bzw. des Filamentwiderstands und die damit einhergehende Änderung seines Widerstandswerts, muss das Filamentlernen in definierten Abständen wiederholt werden, um weiterhin eine hinreichende Genauigkeit zu ermöglichen. Die so beschriebene Herangehensweise ist eingehend in der Fachliteratur beschrieben, z. B. in [Behling,2021: Modern Diagnostic X-Ray Sources: Technology, Manufacturing, Reliability].
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Röhrenstrom genauer und/oder schneller auf den vordefinierten Sollwert zu regeln.
• Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
• Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Beheizung des Filaments anhand einer Regelgrö-ße zu regeln, die vom Heizwechselstrom und der Heizwechselspannung an der Ausgangsseite einer Wechselrichtereinheit abhängt.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Schaltung zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre angegeben. Die elektronische Schaltung enthält eine Wechselrichtereinheit, die dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung zu erhalten und die Heizgleichspannung abhängig von einer Stellgröße in eine Heizwechselspannung zu wandeln und die Heizwechselspannung ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen. Außerdem enthält die elektronische Schaltung eine Regelanordnung, die dazu eingerichtet ist, die Heizwechselspannung und einen aus der Heizwechselspannung resultierenden Heizwechselstrom zu messen und abhängig von der Heizwechselspannung, insbesondere von der gemessenen Heizwechselspannung, und dem Heizwechselstrom, insbesondere dem gemessenen Heizwechselstrom, eine Regelgröße zu bestimmen. Die Regelanordnung ist dazu eingerichtet, die Stellgröße abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln.
• In anderen Worten kann die elektronische Schaltung am Ausgang der Wechselrichtereinheit eine aus der Heizgleichspannung erzeugte, regelbare Heizwechselspannung zur Verfügung stellen, die zum Beheizen des Filaments verwendet werden kann. Die Heizwechselspannung kann beispielsweise vom Filament galvanisch getrennt sein und zum Beispiel über einen Transformator geführt werden. Dies entspricht einer indirekten Bereitstellung der Heizwechselspannung an das Filament. Die Heizwechselspannung kann dann primärseitig mit dem Transformator verbunden sein. Der Transformator kann sekundärseitig eine Filamentspannung zur Verfügung stellen, die mit dem Filament verbunden ist. Die Filamentspannung hängt dabei insbesondere von der Heizwechselspannung ab. Die Filamentspannung kann einen Filamentstrom verursachen, der das Filament beheizt. Der Transformator kann so eingerichtet sein, dass die Filamentspannung eine höhere Spannungsamplitude aufweist als die Heizwechselspannung, insbesondere kann die Filamentspannung auch als Filamenthochspannung bezeichnet werden.
• In anderen Ausführungsformen kann die Heizwechselspannung direkt mit dem Filament verbunden sein. In diesem Fall kann die Heizwechselspannung auch als Filamentspannung bezeichnet werden. Dies kann zum Beispiel eine Alternative sein für den Fall, dass keine galvanische Trennung notwendig ist. Eine galvanische Trennung wird insbesondere dann nicht benötigt, wenn ein Spannungspegel einer Röhrenhochspannung am Filament einem Massepegel entspricht oder nahe bei dem Massepegel liegt.
• Die Wechselrichtereinheit kann insbesondere einen Wechselrichter enthalten, der eingangsseitig die Heizgleichspannung erhalten kann und die Heizgleichspannung abhängig von einer Stellgröße in die Heizwechselspannung wandeln kann und die Heizwechselspannung ausgangsseitig zur Verfügung stellen kann.
• Der Wechselrichter kann eine veränderbare Ausgangsspannung erzeugen. Die Ausgangsspannung ist im vorliegenden Fall die Heizwechselspannung. Die Stellgröße kann ebenso als Betriebsparameter des Wechselrichters bezeichnet werden. Der Wechselrichter kann also die Heizwechselspannung erzeugen, die sich je nach Wert des Betriebsparameters ändern kann.
• Insbesondere ist über die Stellgröße der Aussteuergrad des Wechselrichters veränderbar. Der Wechselrichter kann insbesondere eine Vollbrücke oder zwei Halbbrücken aufweisen, die zum Beispiel über ein PWM Signal angesteuert werden können.
• Die Regelanordnung enthält beispielsweise eine Messeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, sowohl die Heizwechselspannung als auch den Heizwechselstrom ausgangsseitig des Wechselrichters zu messen, also beispielsweise ein Spannungsmessgerät und ein Strommessgerät beinhaltet. Dabei können die beiden Werte unabhängig voneinander gemessen werden. Insbesondere kann es notwendig sein, aus den beiden Werten jeweils einen Effektivwert zu berechnen, also eine effektive Heizwechselspannung und einen effektiven Heizwechselstrom, oder die Messung so zu gestalten, dass die Effektivwerte direkt ermittelt werden können.
• Ebenso enthält die Regelanordnung beispielsweise einen Regler, der dazu eingerichtet ist, die Regelgröße zu berechnen und anhand der Regelgröße die Stellgröße auszugeben. Die Regelgröße kann sich aus den gemessenen Werten der Heizwechselspannung und des Heizwechselstroms zusammensetzen beziehungsweise abhängig von diesen berechnet werden, also abhängig nur von der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom oder abhängig zusätzlich von weiteren Größen. Die Berechnung der Regelgröße kann insbesondere eine Division der Heizwechselspannung durch den Heizwechselstrom oder umgekehrt beinhalten.
• Die Stellgröße kann ausgangsseitig der Regelanordnung zur Verfügung gestellt werden und ist am Wechselrichter angeschlossen. Für die Regelgröße kann ein Sollwert vorgegeben werden, auf den der Regler seine Regelung ausrichtet. Insbesondere kann der Regler eine Differenz der Regelgröße und des Sollwerts bilden und auf einen Zielwert der Differenz von null regeln. Es ist auch möglich, dass sich der Sollwert innerhalb des Regelvorgangs ändert, also eine Anpassung des Sollwerts erfolgt.
• Eine Änderung der Stellgröße kann eine Änderung der Heizwechselspannung nach sich ziehen, da sich der Aussteuergrad des Wechselrichters ändern kann. Sobald entweder direkt oder indirekt ein Filament an die elektronische Schaltung angeschlossen ist, kann eine Änderung der Heizwechselspannung eine Änderung des Heizwechselstroms oder des Filamentstroms nach sich ziehen und damit die Temperatur des Filaments verändern. Die Temperatur des Filaments wiederrum kann einen Röhrenstrom beeinflussen und damit eine Röntgendosis verändern und ist damit ein ausschlaggebender Faktor für eine Qualität einer Röntgenaufnahme.
• Ein Vorteil der beschriebenen Erfindung ist die direkte Messung der relevanten Parameter für die Regelung in unmittelbarer Umgebung des Filaments. Es sind insbesondere wenige oder sogar keine weiteren Kenntnisse über Schaltungskomponenten notwendig, um Rückschlüsse auf die Filamenttemperatur zu ziehen, da die Werte für die Heizwechselspannung und den Heizwechselstrom unmittelbar vorliegen.
• Des Weiteren ist der Gradient des Zusammenhangs zwischen einem Heizwechselstrom und dem Röhrenstrom verhältnismäßig hoch, d.h. eine kleine Änderung des Heizwechselstroms hat bereits eine große Auswirkung auf den Röhrenstrom. Eine konventionelle Regelung, die alleine auf den Heizwechselstrom als Regelgröße abstellt, kann daher nur relativ langsam regeln und eine große Anzahl von Überschwingern enthalten. Der Gradient fällt deutlich flacher aus, wenn eine Regelgröße verwendet wird, die sich aus den Komponenten Heizwechselstrom und Heizwechselspannung zusammensetzt. Dies ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung der Fall, wodurch unter anderem die oben genannte Aufgabe gelöst wird.
• Letztlich können dadurch auch die Aufnahmedauer und somit die applizierte Röntgendosis einer Röntgenaufnahme reduziert werden.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Vorgang eines Filamentlernens lediglich nach deutlich längeren Zeitintervallen durchgeführt werden muss. Dies ist darin begründet, dass die Regelung über eine Regelgröße bestehend aus Heizwechselstrom und Heizwechselspannung die definierte Abgabe von Elektronen am Filament direkt abbildet und damit eine Emissionsleistung bei Alterung des Filaments signifikant weniger abflacht. Eine wesentliche Eigenschaft des Filaments, zum Beispiel in Form einer Impedanz des Filaments ist aufgrund der Messung der Heizwechselspannung und des Heizwechselstroms abschätzbar und muss damit nicht aufwendig angelernt werden. Insbesondere kann durch die Abschätzung der Impedanz des Filaments auch eine vorausschauende Wartung für die Röntgenröhre ermöglicht werden.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektronischen Schaltung enthält die Wechselrichtereinheit einen Wechselrichter, der dazu eingerichtet ist, abhängig von der Heizgleichspannung ausgangsseitig eine Eingangswechselspannung zur Verfügung zu stellen. Außerdem enthält die Wechselrichtereinheit einen Transformator, der dazu eingerichtet ist, primärseitig die Eingangswechselspannung zu erhalten. Der Transformator ist dazu eingerichtet, abhängig von einem Übersetzungsverhältnis, insbesondere einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis, die Eingangswechselspannung in die Heizwechselspannung zu transformieren und die Heizwechselspannung zum Beheizen des Filaments sekundärseitig zur Verfügung zu stellen.
• Der Transformator kann die Eingangswechselspannung erhalten, die der Wechselrichter innerhalb der Wechselrichtereinheit ausgangsseitig zur Verfügung stellt. Insbesondere kann der Transformator die galvanische Trennung von dem auf einem hohen Spannungspotential der Röhrenhochspannung liegenden Filament sicherstellen. Der Transformator kann dabei ebenso aufgrund des Übersetzungsverhältnisses ausgangsseitig eine höhere, insbesondere eine deutlich höhere, Spannungsamplitude ausgeben, als er eingangsseitig erhält. Somit kann der Transformator die Heizwechselspannung zum Beheizen des Filaments zur Verfügung stellen. In diesem Fall kann die Heizwechselspannung auch als Filamentspannung bezeichnet werden.
• Ein Vorteil der Verwendung des Transformators ist die galvanische Trennung der Stromkreise und die Möglichkeit der Erhöhung der Spannungsamplitude. Die Regelung erfolgt in dieser Ausführungsform unmittelbar auf Basis von Strom- und Spannungswerten, die am Filament vorliegen, also der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom. Dies führt zu einer erhöhten Genauigkeit der Regelung, ohne eine weitere Umrechnung anderer Schaltungsteile oder zum Beispiel einer Abschätzung.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform enthält die Wechselrichtereinheit einen Wechselrichter, der dazu eingerichtet ist, abhängig von der Heizgleichspannung ausgangsseitig die Heizwechselspannung zur Verfügung zu stellen. Außerdem enthält die elektronische Schaltung einen Transformator, der dazu eingerichtet ist, primärseitig die Heizwechselspannung zu erhalten. Der Transformator ist dazu eingerichtet, abhängig von einem Übersetzungsverhältnis, insbesondere einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis, die Heizwechselspannung in eine Filamentspannung zu transformieren und die Filamentspannung zum Beheizen des Filaments sekundärseitig zur Verfügung zu stellen.
• Der Transformator ist in solchen Ausführungsformen also nicht Teil der Wechselrichtereinheit. Der Transformator kann die Heizwechselspannung erhalten, die die Wechselrichtereinheit ausgangsseitig zur Verfügung stellt. Insbesondere kann der Transformator die galvanische Trennung von dem auf einem hohen Spannungspotential der Röhrenhochspannung liegenden Filament sicherstellen. Der Transformator kann dabei ebenso aufgrund des Übersetzungsverhältnisses ausgangsseitig eine höhere, insbesondere eine deutlich höhere, Spannungsamplitude ausgeben, als er eingangsseitig erhält. Somit kann der Transformator die Filamentspannung zum Beheizen des Filaments zur Verfügung stellen. Insbesondere ist die Filamentspannung eine Wechselspannung.
• Ein Vorteil der Verwendung des Transformators ist die galvanische Trennung der Stromkreise und die Möglichkeit der Erhöhung der Spannungsamplitude. Die Regelung erfolgt in dieser Ausführungsform auf Basis von Strom- und Spannungswerten, die über den Transformator am Filament vorliegen, also der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom. Es muss lediglich das Übersetzungsverhältnis des Transformators mit einbezogen werden, um Rückschlüsse auf eine Charakteristik des Filaments zu ziehen.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, aus der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom eine Heizimpedanz zu bestimmen und die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz zu bestimmen oder aus der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom eine Heizleistung zu bestimmen und die Regelgröße abhängig von der Heizleistung zu bestimmen.
• Mit anderen Worten kann die Regelanordnung die Heizimpedanz aus den gemessenen Werten der Heizwechselspannung und des Heizwechselstrom berechnen, insbesondere als Quotient dieser Werte, dabei ist die Heizwechselspannung der Dividend und der Heizwechselstrom der Divisor. Ebenso kann die Regelanordnung aus den gemessenen Werten zunächst Effektivwerte ermitteln, also eine effektive Heizwechselspannung und ein effektiver Heizwechselstrom und im Anschluss den Quotienten der Effektivwerte berechnen. Insbesondere kann die Heizimpedanz auch als Heizwiderstand bezeichnet werden. Die Ausführungsform beinhaltet ebenso den Fall, dass die Regelgröße der Heizimpedanz entspricht. Insbesondere kann die Regelgröße auch direkt proportional zur Heizimpedanz sein.
• Alternativ kann die Regelanordnung beispielsweise aus den gemessenen Werten der Heizwechselspannung und des Heizwechselstroms auch durch Multiplikation die Heizleistung berechnen. In diesem Fall kann die Regelgröße abhängig von der Heizleistung bestimmt werden, insbesondere kann die Regelgröße auch der Heizleistung entsprechen, oder die Regelgröße kann direkt proportional zur Heizleistung sein.
• Hier und im Folgenden kann der Begriff der Impedanz sowohl eine komplexwertige Impedanz als auch eine reellwertige Impedanz, also einen Ohm'schen Widerstand, bezeichnen, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt ist.
• Im Vergleich zum hohen Gradienten des Zusammenhangs zwischen einem Heizwechselstrom und dem Röhrenstrom, weist der Zusammenhang zwischen der Heizimpedanz und dem Röhrenstrom einen deutlich flacheren Verlauf auf. Aus diesem Grund kann eine Regelung auf die Heizimpedanz genauer sein und schneller die Sollgröße erreichen. Insbesondere können mit der vorgestellten Ausführungsform mögliche Überschwinger eines Regelprozesses verringert oder vermieden werden.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, den Heizwechselstrom vor einer Durchführung einer initialen Regelschleife des Regelkreises auf einen vordefinierten Initialwert zu setzen.
• Mit anderen Worten kann der Regelprozess des Regelkreises mit einem Wert für den Heizwechselstrom, der als Divisor in die Heizimpedanz eingeht, von einem geringen positiven Wert als vordefinierter Initialwert starten. Gering bedeutet in diesem Zusammenhang klein gegenüber Messwerten, die bei vorherigen Messungen ermittelt wurden. Ein Wert des Heizwechselstroms von nahe null oder gleich null, würde die Heizimpedanz auf sehr große Werte oder auf einen Wert von unendlich ansteigen lassen.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist eine verbesserte Konvergenz des Regelkreises gegen den Sollwert insbesondere in der Startphase der Messung.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung enthält die Regelanordnung einen Schaltungsteil, der dazu eingerichtet ist, den Sollwert abhängig von einem Röhrenstrom der Röntgenröhre, einer Röhrenhochspannung der Röntgenröhre und einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom und der Regelgröße zu bestimmen.
• Mit anderen Worten kann der Sollwert innerhalb einer Durchführung der Regelung variieren, insbesondere kann der Sollwert bei einer initialen Durchführung des Regelkreises angepasst werden. Der Schaltungsteil kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Regelgröße zu messen oder den aktuellen Messwert der Regelgröße zu erhalten. Dabei kann der Sollwert in manchen Ausführungsformen zusätzlich abhängig von dem aktuellen Messwert der Regelgröße sein.
• Ebenso kann der Schaltungsteil dazu eingerichtet sein, Zielwerte für den Röhrenstrom und die Röhrenhochspannung zu erhalten. Der Schaltungsteil kann den vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom und der Regelgröße beispielsweise durch eine Kalibrierung oder eine anderweitige Dateneingabe erhalten und speichern. Die Kalibrierung kann dabei auch als Filamentlernen bezeichnet werden.
• Der Röhrenstrom und die Röhrenhochspannung können dabei Zielgrößen einer geplanten Röntgenaufnahme sein.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die verbesserte Genauigkeit einer Temperaturanpassung des Filaments anhand bekannter Sollwerte für eine jeweilige Ausganssituation vor der geplanten Röntgenaufnahme.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Heizwechselspannung eine nicht-sinusförmige Wechselspannung und die Stellgröße entspricht dem Puls-Pausenverhältnis der Heizwechselspannung.
• Insbesondere kann die Heizwechselspannung eine Folge von Pulsen, insbesondere Rechteckpulsen, enthalten oder daraus zusammengesetzt sein. Die Heizwechselspannung kann insbesondere aus einer Folge von Pulsen mit einer festen Frequenz zusammengesetzt sein. Die Stellgröße kann dann dem Puls-Pausenverhältnis der Pulse entsprechen. Dabei kann ein hohes Puls-Pausverhältnis einem hohen Energiegehalt der Heizwechselspannung entsprechen und damit einen hohen Filamentstrom verursachen, also zu einer hohen Temperatur des Filaments führen. Im Gegensatz dazu kann ein geringes Puls-Pausenverhältnis einem geringen Energiegehalt der Heizwechselspannung entsprechen, also einen geringeren Wert des Filamentstroms verursachen und zu einer geringeren Temperatur des Filaments führen.
• Diese Art der Heizwechselspannung bietet den Vorteil der einfachen Umsetzung in moderner und kostengünstiger Schaltungstechnik und der schnellen und genauen Anpassung notwendiger Parameter. Der Wechselrichter kann dabei als PWM-Wechselrichter ausgeführt werden. Diese Ausführung ist ebenso von Vorteil in Bezug auf Schnelligkeit eines Umschaltvorgangs und der Genauigkeit der Regelung des Filamentstroms.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung enthält die Regelanordnung einen Pl Regler oder einen PID Regler.
• Der Pl Regler oder der PID Regler ist insbesondere dazu eingerichtet, die Stellgröße abhängig von der Regelgröße zu verändern.
• Der Pl Regler (proportional-integral controller) enthält sowohl eine proportionale Komponente als auch eine integrale Komponente. Bei der proportionalen Komponente ist der Zusammenhang zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsgröße definiert durch eine Sprungfunktion mit einer festgelegten Verstärkung. Die integrale Komponente zeigt zwischen Eingang und Ausgang einen linear ansteigenden Verlauf. Der PID Regler (proportional- integral-derivative controller) enthält zusätzlich eine differentielle Komponente. Eine Sprungantwort ist eine Stoßfunktion mit theoretisch unendlicher Größe.
• Ein Vorteil der Verwendung von PI Reglern ist die Kombination aus einer schnellen Reaktionsfähigkeit der proportionalen Komponente und eine exakte Ausregelung ohne bleibende Regelabweichung des integralen Anteils. Der PID Regler bietet darüber hinaus noch den Vorteil, dass auch schnelle Regeldifferenzen durch eine starke Reaktion des Reglers ausgeregelt werden können. Die Verwendung von Pl oder PID Reglern vereinfacht den Aufbau der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung und erhöht die Regelgenauigkeit.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Röntgenröhrensystem, insbesondere ein Röntgenröhrensystem für ein Computertomographiesystem, angegeben, aufweisend eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung und die Röntgenröhre.
• Die Röntgenröhre kann dabei ein Filament enthalten, das durch die elektronische Schaltung mit einer Heizwechselspannung versorgt werden kann. Insbesondere ist die elektronische Schaltung derart mit dem Filament verbunden, dass an dem Filament die Filamentspannung angelegt werden kann. Neben der elektronischen Schaltung und der Röntgenröhre kann das Röntgenröhrensystem weitere Komponenten enthalten wie zum Beispiel ein Gehäuse und eine Röntgenanode.
• Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Röntgenröhrensystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Röntgenröhrensystems übertragen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein medizinisches Bildgebungssystem aufweisend ein erfindungsgemäßes Röntgenröhrensystem angegeben.
• Das medizinische Bildgebungssystem kann zum Beispiel ein Röntgensystem, insbesondere ein digitales Röntgensystem, sowohl ein stationäres als auch ein mobiles System, sein, oder ein spezialisiertes Röntgengerät, wie ein Computertomographiesystem (CT-Systeme), ein Kegelstrahl-CT-System, ein Mammographiesystem, ein Dentalröntgensystem, ein Fluoroskopiesystem, ein Angiographiesystem, ein C-Bogen-System oder auch ein klassisches Röntgengerät.
• Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungssystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Röntgenröhrensystems oder der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungssystems übertragen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre angegeben. Dabei wird zunächst eine Heizgleichspannung abhängig von einer Stellgröße in eine Heizwechselspannung gewandelt und die Heizwechselspannung zur Verfügung gestellt. Außerdem werden die Heizwechselspannung und ein aus der Heizwechselspannung resultierender Heizwechselstrom, insbesondere ausgangsseitig einer Wechselrichtereinheit, gemessen und abhängig davon wird eine Regelgröße bestimmt. Die Stellgröße wird abhängig von der Regelgröße verändert, um die Regelgröße auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Filament abhängig von der Heizwechselspannung beheizt.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird aus der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom eine Heizimpedanz bestimmt und die Regelgröße wird abhängig von der Heizimpedanz bestimmt oder es wird aus der Heizwechselspannung und dem Heizwechselstrom eine Heizleistung bestimmt und die Regelgröße wird abhängig von der Heizleistung bestimmt.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Heizwechselspannung abhängig von einem Übersetzungsverhältnis in eine Filamentspannung gewandelt und die Filamentspannung zur Verfügung gestellt.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Sollwert abhängig von einem Röhrenstrom der Röntgenröhre, einer Röhrenhochspannung der Röntgenröhre und einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom und der Regelgröße bestimmt.
• Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung und umgekehrt. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet oder programmiert. Insbesondere führt die erfindungsgemäße elektronische Schaltung das erfindungsgemäße Verfahren durch.
• Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und deren Beschreibung sowie aus den Ansprüchen. Insbesondere müssen weitere Ausführungsformen der Erfindung nicht unbedingt alle Merkmale eines der Ansprüche enthalten. Weitere Ausführungsformen der Erfindungen können Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen, die nicht in den Ansprüchen genannt sind.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand konkreter Ausführungsbeispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren können gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Beschreibung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenenfalls nicht notwendigerweise bezüglich verschiedener Figuren wiederholt.
• Dabei zeigen

FIG 1

ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung; und

FIG 2

ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung; und

FIG 3

ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung; und

FIG 4

ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung.

• In FIG 1 ist eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung 20 zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung 6 zum Beheizen eines Filaments 3 einer Röntgenröhre 15 gezeigt. Die elektronische Schaltung 20 enthält eine Wechselrichtereinheit 8, die dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung 10 zu erhalten und die Heizgleichspannung 10 abhängig von einer Stellgröße 12 in eine Heizwechselspannung 6 zu wandeln und die Heizwechselspannung 6 ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen. Außerdem weist die elektronische Schaltung 20 eine Regelanordnung 11 auf, die dazu eingerichtet ist, die Heizwechselspannung 6 und einen aus der Heizwechselspannung 6 resultierenden Heizwechselstrom 7 zu messen und abhängig von der Heizwechselspannung 6 und dem Heizwechselstrom 7 eine Regelgröße zu bestimmen. Die Regelanordnung 11 ist dazu eingerichtet, die Stellgröße 12 abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert 14 zu regeln.
• FIG 1 zeigt ebenso schematisch eine Anode 2 der Röntgenröhre 15 und eine zwischen Filament 3 und Anode 2 angelegte Röhrenhochspannung 5 und einen Röhrenstrom 1. Diese beiden Größen können entscheidend sein für eine Röntgendosis, die bei einer Röntgenaufnahme entstehen kann und auf einen Patienten einwirken kann.
• Die Regelanordnung 11 kann in dem Regelkreis beispielsweise eine Messanordnung, bestehend aus zumindest einem Messgerät, einem Invertierer und einem Regler 21 enthalten. Der Regler 21 kann in zumindest einer Ausführungsform einen Pl oder einen PID Regler aufweisen. Die Art des Reglers 21 kann dabei das Regelverhalten im Hinblick auf eine Amplitudenabweichung der Regelgröße und dessen zeitlichen Einschwingvorgangs beeinflussen. Dabei kann beispielsweise die Regelanordnung 11 aus der Heizwechselspannung 6 und dem Heizwechselstrom 7 die Regelgröße als Quotient dieser beiden Größen ermitteln. In dem Fall, dass die Heizwechselspannung 6 der Dividend und der Heizwechselstrom 7 der Divisor ist, kann die Regelgröße ebenso als Heizimpedanz 17 bezeichnet werden. Ebenso kann die Regelanordnung 11 beispielsweise die Regelgröße als Produkt der Heizwechselspannung 6 und dem Heizwechselstrom 7 ermitteln. In diesem Fall kann die Regelgröße ebenso als Heizleistung 24 bezeichnet werden.
• Der vorgegebene Sollwert 14 kann als Eingangsgröße der Regelanordnung 11 dienen und innerhalb der Regelanordnung 11 zum Abgleich mit der Regelgröße herangezogen werden. Dabei kann der Invertierer zunächst den Wert der Regelgröße invertieren und anschließend kann der Regler 21 den invertierten Wert der Regelgröße mit dem Sollwert 14 vergleichen, insbesondere durch Bildung einer Differenz.
• Die Stellgröße 12 kann von der Regelanordnung 11 dem Wechselrichter 16 innerhalb der Wechselrichtereinheit 8 zur Verfügung gestellt werden. In zumindest einer Ausführungsform kann die Stellgröße 12 einem Puls-Pausenverhältnis der Heizwechselspannung 6 entsprechen. Mit dem Puls-Pausenverhältnis kann die mittlere Heizwechselspannung 6 angepasst werden und daraus resultierend der mittlere Heizwechselstrom 7. Diese beiden Größen können ausschlaggebend sein für die Temperatur des Filaments 3.
• In FIG 1 ist außerdem ein Transformator 13 gezeigt, der in manchen Ausführungsbeispielen die Heizwechselspannung 6 galvanisch von einem Stromkreis des Filaments 3 trennen kann. Der Transformator 13 erhält eingangsseitig die Heizwechselspannung 6 und kann daraus eine Filamentspannung 18 erzeugen. Abhängig von einem Übersetzungsverhältnis kann der Transformator 13 die Heizwechselspannung 6 zum Beispiel zu einer Hochspannung transformieren. Bei der Filamentspannung 18 kann es sich zum Beispiel um eine Wechselspannung handeln. Die Filamentspannung 18 kann zu einem Filamentstrom 4 führen, der durch das Filament 3 fließt und direkt für eine Temperaturänderung des Filaments 3 ausschlaggebend sein kann.
• Eine weitere Ausführungsform der elektronischen Schaltung 20 ist im Blockschaltdiagramm in FIG 2 gezeigt. Das in FIG 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann analog alle Merkmale aus FIG 1 aufweisen, wenn nicht abweichend dargestellt oder erwähnt. In FIG 2 kann die Wechselrichtereinheit 8 einen Transformator 13 enthalten. Dabei kann der Transformator 13 eine Eingangswechselspannung 19 erhalten, die von dem Wechselrichter 16 erzeugt werden kann. Ausgangsseitig kann die Wechselrichtereinheit 8 die Heizwechselspannung 6 bereitstellen, die in einem Heizwechselstrom 7 resultieren kann. Der Heizwechselstrom 7 kann direkt durch das Filament 3 fließen und direkt für eine Temperaturänderung des Filaments 3 ausschlaggebend sein. In diesem Fall kann die Heizwechselspannung 6 auch als Filamentspannung 18 bezeichnet werden, da sie direkt am Filament 3 anliegen kann.
• Die Regelanordnung 11 erhält eingangsseitig die Heizwechselspannung 6, den Heizwechselstrom 7 und den Sollwert 14 und kann daraus eine Regelgröße bestimmen. Die Regelanordnung 11 kann eine Stellgröße 12 erzeugen, die dem Wechselrichter 16 innerhalb der Wechselrichtereinheit 8 zur Verfügung gestellt werden kann.
• In FIG 3 ist eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 20 gezeigt. Hierbei gelten die bereits in den Figuren FIG 1 und FIG 2 dargestellten Merkmale, soweit nicht abweichend dargestellt.
• In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform enthält die Regelanordnung 11 neben dem Regler 21 und dem Invertierer auch eine Steuersignalerzeugung 23 und einen Schaltungsteil 22. Der Regler 21 erhält eingangsseitig die Heizwechselspannung 6, den Heizwechselstrom 7 und den Sollwert 14. Ausgangsseitig stellt der Regler der Steuersignalerzeugung 23 die Stellgröße 12 zur Verfügung. Die Steuersignalerzeugung 23 kann beispielsweise einzelne Schalterstellungen als Eingabesignal des Wechselrichters 16 abhängig von der eingangsseitig anliegenden Stellgröße 12 erzeugen und dem Wechselrichter 16 zur Verfügung stellen. Die Bezeichnungen S₁, S₂, S₃ und S₄ kennzeichnen insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Wechselrichter 16 eine Vollbrücke aufweist und vier Schalter enthält. Die vier Schalter können beispielhaft von den Ausgangssignalen der Steuersignalerzeugung 23 angesteuert werden. Der Schaltungsteil 22 erhält die vorgegebenen Werte der Röhrenhochspannung 5 und des Röhrenstroms 1. Ebenso kann der Schaltungsteil 22 beispielsweise die gemessenen Werte der aktuellen Heizwechselspannung 6 und des aktuellen Heizwechselstroms 7 erhalten. Aus diesen Werten kann der Schaltungsteil 22 den Sollwert 14 ermitteln, insbesondere anhand eines vorgegebenen Zusammenhangs zwischen dem Röhrenstrom 1 und der Regelgröße, der beispielsweise innerhalb eines Filamentlernens ermittelt wurde. Der Schaltungsteil 22 kann dem Regler 21 den Sollwert 14 zur Verfügung stellen.
• In der FIG 3 ist ein Schaltungsteil zwischen dem Wechselrichter 16 und Filament 15 beispielsweise als reaktives Netzwerk gezeigt. In einer anderen Ausführungsform kann der Schaltungsteil zwischen dem Wechselrichter 16 und dem Filament 15 auch als resonantes Netzwerk ausgeführt sein. Dies lässt sich schematisch durch einen Serienkondensator in einer Zuführungsleitung zum Transformator 13 andeuten.
• Außerdem ist in FIG 3 der Transformator 13 dargestellt, der eingangsseitig die Heizwechselspannung 6 erhält und abhängig von dem Übersetzungsverhältnis die Filamentspannung 18 zur Verfügung stellen kann. Die Filamentspannung 18 liegt an dem Filament 3 an und kann zu einem Filamentstrom 4 führen, der durch das Filament 3 fließt. Die Wechselrichtereinheit 8 kann eingangsseitig durch eine Heizgleichspannung 10 und einen daraus resultierenden Heizgleichstrom 9 betrieben werden.
• FIG 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der elektronischen Schaltung 20. Es ist hier innerhalb der Regelanordnung 11 der Regler 21, die Steuersignalerzeugung 23 und der Schaltungsteil 22 dargestellt. Der Regler 21 erhält hier eingangsseitig die Heizwechselspannung 6, den Heizwechselstrom 7 und den Sollwert 14. Daraus kann der Regler 21 die Stellgröße 12 erzeugen und der Steuersignalerzeugung 23 zur Verfügung stellen. Die Steuersignalerzeugung 23 kann beispielsweise einzelne Schalterstellungen als Eingabesignal des Wechselrichters 16 abhängig von der eingangsseitig anliegenden Stellgröße 12 erzeugen und dem Wechselrichter 16 zur Verfügung stellen. Die Bezeichnungen S₁, S₂, S₃ und S₄ kennzeichnen insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Wechselrichter 16 eine Vollbrücke aufweist und vier Schalter enthält. Die vier Schalter können beispielhaft von den Ausgangssignalen der Steuersignalerzeugung 23 angesteuert werden.
• Der Schaltungsteil 22 erhält die vorgegebenen Werte der Röhrenhochspannung 5 und des Röhrenstroms 1. Ebenso kann der Schaltungsteil 22 beispielsweise die gemessenen Werte der aktuellen Heizwechselspannung 6 und des aktuellen Heizwechselstroms 7 erhalten. Aus diesen Werten kann der Schaltungsteil 22 den Sollwert 14 ermitteln, insbesondere anhand des vorgegebenen Zusammenhangs zwischen dem Röhrenstrom 1 und der Regelgröße, der beispielsweise innerhalb des Filamentlernens ermittelt wurde. Der Schaltungsteil 22 kann dem Regler 21 den Sollwert 14 zur Verfügung stellen.
• Außerdem ist in FIG 4 der Transformator 13 innerhalb der Wechselrichtereinheit 8 dargestellt, der eingangsseitig die Eingangswechselspannung 19 erhält und abhängig von dem Übersetzungsverhältnis die Heizwechselspannung 6 zur Verfügung stellen kann. Die Heizwechselspannung 6 liegt an dem Filament 3 an und kann zu einem Heizwechselstrom 7 führen, der durch das Filament 3 fließt. Die Wechselrichtereinheit 8 kann eingangsseitig durch eine Heizgleichspannung 10 und einen daraus resultierenden Heizgleichstrom 9 betrieben werden.
• In FIG 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Heizwechselspannung 6 und der Heizwechselstrom 7 direkt am Filament 3 gemessen werden. In diesem Fall kann die Heizimpedanz 17 beispielsweise ermittelt werden, ohne dass die Stellgröße 12, insbesondere der Aussteuergrad des Wechselrichters 16, berücksichtigt wird. Der im Folgenden beschriebene Algorithmus kann zur Regelung der Temperatur des Filaments 3 angewendet werden.
• Die Regelung basierend auf der Heizimpedanz 17 hat insbesondere den Vorteil, dass die angestrebte Temperatur des Filaments 3 besonders frühzeitig erreicht werden kann. Aus dem Ohm'schen Gesetz folgt $$R_f=\frac{U_f}{I_f}=\rho \frac{l}{s}={\rho }_0\left(1+aT\right)\frac{l}{s},$$ wobei R_f den Ohm'schen Widerstand des Filaments 3 bezeichnet, U_f die am Filament 3 anliegende Spannung und I_f den durch das Filament 3 fließenden Strom, ρ den spezifischen Widerstand des Filaments 3, l die Länge des Filaments 3, s seine Querschnittsfläche, ρ ₀ den spezifischen Widerstand des Filaments 3 bei 0 °C, a den Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands, und T die Temperatur des Filaments 3 bei 0 °C. Für Wolfram hat man beispielsweise $a=\mathrm{0,0046}\frac{1}{°C}$ und ρ ₀ = 5,5 * 10^-8 Ω m.
• Daraus kann die folgende Gleichung zur Berechnung der Temperatur abgeleitet werden: $$T=\frac{\left(\frac{R_f\frac{s}{l}}{{\rho }_0}-1\right)}{a}=\frac{R_{f}s}{a{\rho }_{0}l}-\frac{1}{a}=k{R}_f-b=k\frac{U_f}{I_f}-b,$$ wobei $k=\frac{s}{{\mathit{a\rho }}_{0}l}$ und b = 1/a.
• Daraus folgt, dass die Temperatur des Filaments 3 linear von seinem Widerstand abhängt. Diese Linearität führt dazu, dass die Regelung mit dem inneren Regelkreis dazu führt, dass die Temperatur stabiler, exakter und schneller auf den gewünschten Wert gebracht werden kann.
• Die Messung der beiden Werte U_f und I_f kann als äquivalent zur Messung der Temperatur des Filaments 3 angesehen werden. Da die direkte Messung dieser beiden Werte technisch schwierig und kostspielig ist, ist es vorteilhaft andere Größen zu nutzen, die leichter messbar sind und in direktem Zusammenhang mit R_f stehen, wie es vorliegend für FIG 4 durch die beschriebene Messung der Heizgleichspannung 10 und des Heizgleichstroms 9 realisiert ist.
• Der folgende Algorithmus kann beispielweise genutzt werden:
1. 1. Setzen eines neuen erwarteten Filamentwiderstands R_ref, der durch Filamentlernen gelernt wurde.
2. 2. Setzen eines kleinen Stroms I_d durch das Filament 3, sodass der Feedbackstrom nicht exakt Null ist.
3. 3. Messen der Heizgleichspannung 10 und des Heizgleichstroms 9.
4. 4. Berechnen des tatsächlichen Filamentwiderstand R_d .
5. 5. Berechnung der Differenz ΔR zwischen einem erwarteten Filamentwiderstand R_ref und dem tatsächlichen Filamentwiderstand R_d .
6. 6. Verwenden des Reglers 21 zur Berechnung der Stellgröße 12 und daraus der Steuersignale für den Wechselrichter 16 aus ΔR.
7. 7. Wiederholung der Schritte 3 bis 7.
• Ein widerstandsbasiertes Filament-Lernen kann beispielsweise gemäß dem folgenden Algorithmus realisiert werden:
1. 1. Setze I_f auf I_f,llx und KV_s,ls auf 0 (false).
2. 2. Setze C = 0 und KV = KV_s [0].
3. 3. Falls KV_s,ls [C] = 1 (true), gehe zu Schritt 12.
4. 4. Appliziere I_f an dem Filament 3 und warte bis zu dessen Stabilisierung.
5. 5. Appliziere die aktuelle Röhrenhochspannung 5 und Belichtungszeit an der Röntgenröhre 15.
6. 6. Führe eine Röntgenaufnahme durch und messe den Röhrenstrom 1 I_T und die Filamentspannung U_f sobald diese stabil sind.
7. 7. Berechne den Widerstand $R=\frac{U_f}{I_f}$ .
8. 8. Speichere das Tupel (KV, I_f , I_T , U_f , R).
9. 9. Falls I_f > I_f,ulx, setze KV_s,ls auf 1 (true).
10. 10. Falls I_T > min (I_T,ulg, I_T,ulx ), setze KV_s,ls auf 1 (true).
11. 11. Falls $I_T>\min \left(\frac{P_{\mathit{ulx}}}{\mathit{KV}},\frac{P_{\mathit{ulg}}}{\mathit{KV}}\right)$ , setze KV_s,ls auf 1 (true).
12. 12. Setze C → C + 1.
13. 13. Falls C < C_KV, setze KV_s (C_KV ) und gehe zu Schritt 3.
14. 14. Falls alle Elemente von KV_s,ls auf 1 (true) gesetzt sind, gehe zu Schritt 16.
15. 15. Setze I_f → I_f + I_f,s, C = 0, KV = KV_s [0] und gehe zu Schritt 3.
16. 16. Ende.
• Dabei bezeichnen C_KV die Anzahl der betrachteten Röntgenspannungen, I_f,ulx eine Obergrenze für den Strom durch das Filament 3, I_f,llx eine Untergrenze für den Strom durch das Filament 3, I_T,ulx eine Obergrenze für den Röhrenstrom 1, I _T,ulg , einen maximal bereitstellbaren Röhrenstrom 1, P_ulx, eine Obergrenze für die Röhrenleistung, P_ulg, eine maximal bereitstellbare Röhrenleistung, I_f,s einen vorgegebenen Stromwertschritt, KV_s ein Array der Größe C_KV, das alle betrachteten Röntgenspannungen speichert, und KV_s,ls ein Array der Größe C_KV, welches Information speichert, ob das Lernen für die einzelnen Röntgenspannungen abgeschlossen ist.
• Ein Vorteil ist, dass der Regler 21 die Filamentspannung 18 und den Filamentstrom 4 nicht kennen muss. Ferner kann der Filamentstrom 4 stabiler gehalten werden, da er durch seinen Widerstand im Sinne der Temperatur gesteuert wird. Dies ist beispielsweise sehr hilfreich für zeitkritische Röntgenaufnahmen unter der Anforderung einer hohen Zeit-Raum-Auflösung.
• Zudem wird das Filament 3 wird bei dieser Steuerung zu Beginn der Röntgenaufnahme nicht zu heiß oder zu kalt, was zu einer zu hohen oder zu niedrigen Dosisleistung führen würde. Bei einer zeitgesteuerten Belichtung kann ein zu helles oder zu dunkles Bild vermieden werden. Ferner können der Generator und die Röntgenröhre vor Überlastung geschützt werden.
• Der Widerstand als Indikator für die Filamenttemperatur ist auch für die prädiktive Instandhaltung (predictive maintenance) von Vorteil, da Abweichungen der Filamenttemperaturen im Vergleich zu Daten aus der Scanhistorie eine einfache Erkennung
  der Filamentalterung ermöglichen.
• Bei der beschriebenen Erfindung kann der Vorgang des Filamentlernens in längeren Zeitabständen durchgeführt werden. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, dass durch die Verwendung der Heizleistung 24 als Regelgröße die Alterung des Filaments 3 und damit dessen Änderung in der Heizimpedanz 17 aktiv mitigiert wird, wodurch idealisiert betrachtet die Anzahl der freien Elektronen gleichbleibt. Da jedoch die Alterung des Filaments 3 nicht gleichmäßig erfolgt, ändert sich dessen Emissionscharakteristik dennoch mit fortschreitender Alterung. Allerdings geschieht das in deutlich längeren Abständen, als beim konventionellen Verfahren.
• Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.

Claims (15)

1. Elektronische Schaltung (20) zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung (6) zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15), wobei:

   - die elektronische Schaltung (20) eine Wechselrichtereinheit (8) enthält, die dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung (10) zu erhalten und die Heizgleichspannung (10) abhängig von einer Stellgröße (12) in eine Heizwechselspannung (6) zu wandeln und die Heizwechselspannung (6) ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen; und

   - die elektronische Schaltung (20) eine Regelanordnung (11) enthält, die dazu eingerichtet ist, die Heizwechselspannung (6) und einen aus der Heizwechselspannung (6) resultierenden Heizwechselstrom (7) zu messen und abhängig von der Heizwechselspannung (6) und dem Heizwechselstrom (7) eine Regelgröße zu bestimmen, und

   - die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist, die Stellgröße (12) abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert (14) zu regeln.
2. Elektronische Schaltung (20) nach Anspruch 1, wobei

   - die Wechselrichtereinheit (8) einen Wechselrichter (16) enthält, der dazu eingerichtet ist, abhängig von der Heizgleichspannung (10) ausgangsseitig eine Eingangswechselspannung (19) zur Verfügung zu stellen; und

   - die Wechselrichtereinheit (8) einen Transformator (13) enthält, der dazu eingerichtet ist, primärseitig die Eingangswechselspannung (19) zu erhalten; und

   - der Transformator (13) dazu eingerichtet ist, abhängig von einem Übersetzungsverhältnis die Eingangswechselspannung (19) in die Heizwechselspannung (6) zu transformieren und die Heizwechselspannung (6) zum Beheizen des Filaments (3) sekundärseitig zur Verfügung zu stellen.
3. Elektronische Schaltung (20) nach Anspruch 1, wobei

   - die Wechselrichtereinheit (8) einen Wechselrichter (16) enthält, der dazu eingerichtet ist, abhängig von der Heizgleichspannung (10) ausgangsseitig die Heizwechselspannung (6) zur Verfügung zu stellen; und

   - die elektronische Schaltung (20) einen Transformator (13) enthält, der dazu eingerichtet ist, primärseitig die Heizwechselspannung (6) zu erhalten; und

   - der Transformator (13) dazu eingerichtet ist, abhängig von einem Übersetzungsverhältnis die Heizwechselspannung (6) in eine Filamentspannung (18) zu transformieren und die Filamentspannung (18) zum Beheizen des Filaments (3) sekundärseitig zur Verfügung zu stellen.
4. Elektronische Schaltung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist,

   - aus der Heizwechselspannung (6) und dem Heizwechselstrom (7) eine Heizimpedanz (17) zu bestimmen und die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz (17) zu bestimmen; oder

   - aus der Heizwechselspannung (6) und dem Heizwechselstrom (7) eine Heizleistung (24) zu bestimmen und die Regelgröße abhängig von der Heizleistung (24) zu bestimmen.
5. Elektronische Schaltung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist, den Heizwechselstrom (7) vor einer Durchführung einer initialen Regelschleife des Regelkreises auf einen vordefinierten Initialwert zu setzen.
6. Elektronische Schaltung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Regelanordnung (11) einen Schaltungsteil (22) enthält, der dazu eingerichtet ist, den Sollwert (14) abhängig von einem Röhrenstrom (1) der Röntgenröhre (15), einer Röhrenhochspannung (5) der Röntgenröhre (15) und einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom (1) und der Regelgröße zu bestimmen.
7. Elektronische Schaltung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche,
   wobei die Heizwechselspannung (6) eine nicht-sinusförmige Wechselspannung ist und die Stellgröße (12) dem Puls-Pausenverhältnis der Heizwechselspannung (6) entspricht.
8. Elektronische Schaltung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Regelanordnung (11) einen PI Regler oder einen PID Regler enthält.
9. Röntgenröhrensystem, aufweisend eine elektronische Schaltung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche und die Röntgenröhre (15).
10. Medizinisches Bildgebungssystem aufweisend das Röntgenröhrensystem nach Anspruch 9.
11. Verfahren zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung (6) zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15), wobei:

    - eine Heizgleichspannung (6) abhängig von einer Stellgröße (12) in eine Heizwechselspannung (6) gewandelt wird und die Heizwechselspannung (6) zur Verfügung gestellt wird; und

    - die Heizwechselspannung (6) und ein aus der Heizwechselspannung (6) resultierender Heizwechselstrom (7) gemessen werden und abhängig davon eine Regelgröße bestimmt wird, und

    - die Stellgröße (12) abhängig von der Regelgröße verändert wird, um die Regelgröße auf einen vorgegebenen Sollwert (14) zu regeln.
12. Verfahren zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15), wobei ein Verfahren nach Anspruch 11 durchgeführt wird und das Filament (3) abhängig von der Heizwechselspannung (6) beheizt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei

    - aus der Heizwechselspannung (6) und dem Heizwechselstrom (7) eine Heizimpedanz (17) bestimmt wird und die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz (17) bestimmt wird; oder

    - aus der Heizwechselspannung (6) und dem Heizwechselstrom (7) eine Heizleistung (24) bestimmt wird und die Regelgröße abhängig von der Heizleistung (24) bestimmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, wobei die Heizwechselspannung (6) abhängig von einem Übersetzungsverhältnis in eine Filamentspannung (18) gewandelt wird und die Filamentspannung (18) zur Verfügung gestellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Sollwert (14) abhängig von einem Röhrenstrom (1) der Röntgenröhre (15), einer Röhrenhochspannung (5) der Röntgenröhre (15) und einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom (1) und der Regelgröße bestimmt wird.