NL8005496A - Besturingsstelsel. - Google Patents

Description

** \ VO 1025 ' . Titel : Besturingsstelsel.

De -uitvinding heeft betrekking op het terrein van medische rönt-genstralingsdiagnose en meer in het bijzonder op het verbeteren van de overgangsresponsie en stabiliteit bij de regeling van het uitgangssignaal van een röntgenstraaldiagnosehuis bij een stelsel, zoals een tomogra-5 fiseh. stelsel met rekenapparatuur.

Tijdens het gebruik wordt een medische rdntgenstralendiagnose-buis elektrisch beïnvloed voor het opwekken van röntgenstralen, die door het lichaam van een patient worden gezonden. Een patroon van röntgenstralen, die het lichaam van de patient passeren, wordt afgetast en de verkre-10 gen informatie wordt gebruikt voor het verschaffen van een representatie, meestal een visueel beeld, van de inwendige struktuur van het lichaam.

Een bepaalde röntgenstralenbuis omvat een thermionische draad of kathode en een anode, welke zich beide binnen een in hoofdzaak luchtledig, glazen omhulsel bevinden. Aan de draad wordt een elektrische po-15 tentiaal aangelegd. Door de resulterende verwarming van de draad emitteert het materiaal daarvan elektronen, waardoor om de draad een elektronenwolk wordt gevormd. Tussen de draad en een anode wordt een hoge potentiaal aangelegd om elektronen uit de wolk zodanig te versnellen, dat deze een trefgebied van de anode treffen en röntgenstralingsenergie wordt 20 geëmitteerd.

De stroom van elektronen uit de kathode naar de anode staat bekend als de "anodestroam" of "buisstroom”, in tegenstelling met de "draaistroom", welke de· stroom van elektronen door de draad is om deze laatste te verhitten.

25 De hoeveelheid opgewekte röntgenstralingsenergie is een toene mende functie van de buisstroem, waarbij de andere parameters gelijk zijn. Voor een constante kathode-anodepotentiaal, is de buisstroem een toenemende functie van de dichtheid van de elektronenwolk, die op zijn. beurt een functie van de over de draad aangelegde potentiaal is. Er bestaat 30 derhalve een relatie tussen de buisstroom en de draadspanning. Meer in het bijzonder is de relatie exponentieel, n.l. niet-lineair. Derhalve is· de verandering in buisstroom, welke een gevolg is van een bepaalde verandering in de draadspanning, bij hogere draadspanningen, d.w.z. grotere huisstromen, groter dan bij eenzelfde verandering bij lagere huis-35 stromen en draadspanningen.

De levensduur van de röntgenstralenbuis is een afnemende functie van het uitgangsniveau, waarop de buis wordt bedreven, d.w.z. de in- 8005496 2 tensiteit van de rëntgenstralingsenergie, welke men door de "buis wenst op te wekken. De levensduur van de "buis is bij hogere energie-uitgangs-niveaus· kleiner dan bij lagere bedrijfsniveaus.

Aangezien de uitgangsenergie van de röntgenstralenbuis een func-5 tie van de buis-stroom is en de buisstrocm een functie van de draadspanning is·, beeft men voorgesteld de röntgenstralingsuitgangsenergie te regelen door de buisstrocm te besturen en wel door de draadspanning te regelen.

Een refeling van de röntgenenergie is gewenst omdat deze een optimale keuze van de waarde van de buisstroom mogelijk maakt, waarbij een 10 voldoende rSntgenstralingsdosis wordt toegevoerd teneinde een goede afbeelding van de inwendige struktuur van bet lichaam van de patient te verkrijgen, terwijl de buisstrocm en bet uitgangssignaal van de rontgenstralenbuis voldoende worden beperkt om de levensduur van de buis te vergroten, Bij medische röntgenstralingsapparatuur, is de vereiste nauwkeu-15'. righeid van de regeling van de buisstrocm een functie van bet type bestudering. Bij radiografie wordt een betrekkelijk korte puls met grote intensiteit van rëntgenstralingsenergie door bet lichaam van een patient gezonden en wordt een deel van een voor röntgenstraling gevoelige film belicht voor het verkrijgen van een radiograaf. Bij fluoroscopie wordt 20 continu gepulseerde of constante röntgenstralingsenergie met geringere intensiteit door het lichaam van de patient gevoerd,, uit welk lichaam de energie uittreedt en het ingangsvlak van een beeldversterkerbuis treft, De beeldversterkerbuis zet het uittredende röntgenstralingspatroon om in een zichtbaar patroon bij een uitgangsvlak, waarbij het patroon kan wor-25 den gefotografeerd of waargenomen, zoals bij televisie teneinde veranderingen in het lichaam van de patient waar te nemen.

Bij tomografie met rekenapparatuur (CT), is een beweegbare rönt-genstralingsbron aanwezig tezamen met een stelsel van röntgenstralings-detectoren. De bron wordt om het lichaam van een patient bewogen en de 30 röntgenstralen uit de bron worden via het lichaam op het aantal detectoren gericht. Een informatie-yerwerkende uitrusting ontvangt met de tijd-va-rlerende signalen, welke informatie uit de afzonderlijke detectoren bevatten en verwerkt deze voor het verschaffen of reconstrueren van een to-mografisch beeld, dat een planair segment door het lichaam van de patient 35 toont.

Bij dergelijke tomografie met rekenapparatuur wordt het beeld niet direkt in analoge vorm weergegeven, zoals bij radiografie of fluoros- 80 05 49 6 # * 3 copie. In plaats daarvan wordt liet "beeld gevormd in responsie op complexe tijdvariaties in elektrische signalen, die door elke afzonderlijke detector van het stelsel worden geleverd. ,

Bij deze radiografische en fluoroscopische stelsels is de in de 5 huisstroomregeling vereiste nauwkeurigheid niet zo groot als "bij CT-stelsels, deels omdat de totale doses hetrekkelijk gering zijn en over een hetrekkelijk uitgestrekt doseringsgehied een goede afbeelding kan worden verkregen. Tan-meer belang is het,, dat de röntgenstralingsfilm of fluoros-cooptijd alle invallende energie integreert en niet zozeer gevoelig is 10' voor tijdvariaties- in de energie, doch slechts gevoelig is voor het totaal daarvan. Bij vele radiografische inrichtingen wordt een wisselstroom gebruikt om de gloeidraad van de röntgenstralenbuis te verhitten. Een wis-selstroomrimpel, welke in de gloeispanning en derhalve in de buisstroom optreedt, is· bij radiografie niet belangrijk behoudens bij zeer korte bell 5' lichtingen, waarbij de rimpelvariatie niet op de film wordt geïntegreerd en in die gevallen, waarin de rimpel grote, ongewenste buisspan-ningsveranderingen veroorzaakt. Voorts is de overgangsresponsie van een wisselstroomglceidraadregeling in het algemeen sneller dan een gelijk-stroomregeling ten gevolge van de vereiste sterke filtering van de bij 20 wisselstroom toegepaste transformator-gekoppelde gloeidraadaandrijfschakeling.

Bij CT-aftasting is de mate van nauwkeurigheid, welke bij de regeling van de uitgangsrëntgenstralingsenergie vereist is, veel groter dan bij radiografie of fluoroscopie. Deze bijzonder grote nauwkeurigheid 25 in de stbiliteit van de uitgangsenergie van de rontgenstralenbuis is nodig omdat de tijdvariaties in de detectoruitgangssignalen, welke optreden in responsie op gedetecteerde straling, van het grootste belang is om een reconstrukti'e van een kwaliteitsbeeld onder gebruik van rekenapparatuur mogelijk te maken.

30 Een middel om de regeling van de uitgangsröntgenenergie bij CT' meer nauwkeurig te maken ligt in het gebruik van gelijkstroom voor het verhitten van de buis. Een gelijkstroom is nodig, omdat de CT-deteetoren een visselstroomr impel in gedetecteerde röntgenstraling interpreteren als· informatie ten aanzien van het lichaam van de patient.

35 Twee algemene typen CT-aftastinrichtingen zijn die van het "translatie-rotatie"-type (TR). en die van het "stationaire detector "-type (SD[. Bij het TR-type wordt de röntgenstralingsbron betrekkelijk langzaam fl η π ς k ö fi k bewogen- Bij liet SD-type, waarbij een rondlopende bron wordt toegepast in combinatie met een ring van stationaire detectoren, die over een boog van 36Ο0 om de patiënt zijn opgesteld, kan de buis zich snel volgens een gebogen baan cm het lichaam van de patient bewegen.

5 Het uitoefenen van een regeling voor het tot een minimum terug brengen -van de bedrijfstijd van de buis is bij SD-inrichtingen meer belangrijk dan bij TR-inrichtingen. Bij TR-aftasting wordt gebruik gemaakt van een buis met stationaire anode en wordt de anode direkt in aanra -king gebracht met een oliebad em de anode te koelen teneinde de invloed 10 van verwarming tegen te gaan, welke optreedt wanneer de buis bij bijvoorbeeld ongeveer 6kW'wordt bedreven voor aftastingen, die ongeveer 16 - 18 see. vereisen. Door de warmte uit de anode in het oliebad te dissiperen, kan de buis met stationaire anode gedurende betrekkelijk lange perioden bij deze betrekkelijk hoge uitgangsniveaus worden bedreven zonder dat de 15’ levensduur van de buis op een ongerechtvaardigde wijze wordt bekort. Bovendien levert de. buis tijdens elk rotatiegedeelte van een aftasting röntgenstraling, zodat er gelegenheid is cm de anode te koelen wanneer deze geen röntgenstralen opwekt.

Een Tr-aftastinrichting vereenvoudigt eveneens een nauwkeurige 20 en periodieke calibratie van de uitgangsenergie van een rontgenstralen-buis. Men kan gebruik maken van een instelschakeling, die zodanig kan worden bedreven, dat de uitgangsenergie van de buis op een nauwkeurige wijze wordt gecalibreerd en.de buis zich in een stabiel bedrijfspunt kan instellen voordat het werkelijk opzamelen van informatie begint.

25 Bij een inrichting met stationaire detector maakt de noodzaak tot een nog hoger aandrijfvermogen, (bijvoorbeeld 28 kW) een rontgenstra-lenbuis van het roteerbare anodetype nodig en kan geen direkte koeling van de anode door een oliebad plaats vinden.

Met andere woorden kan een stationaire anode (vergeleken met de 30 radiografie! niet worden toegepast bij betrekkelijk langdurige SD-belas-tingen met groot vermogen, crndat anders de brandvlek van de anode oververhit zou worden. Derhalve wordt gebruik gemaakt van een buis met roteerbare anode, omdat de roteerbare anode de elektronenbundel en de warmte over een grote anode sect ie verdeelt. Het is niet praktisch cm een roteer-35 bare anode direkt met olie te koelen en derhalve is een dergelijke buis meer kwetsbaar voor een destruktieve warmte-opbouw dan een buis van het stationaire-anodetype met een direkte anode-oliekoeling.

80 05 49 6 +- * 5

Bij de inrichting met stationaire detector is liet derhalve gewenst de "bedrijfstijd van de huis tot een absoluut minimum te "beperken, opdat de levensduur van de minder doeltreffend gekoelde "buis door verhitting niet meer dan nodig is wordt bekort. Derhalve dient de tijd voor het ca-5 libreren van de buis zo kort mogelijk te zijn, zodat de bedrijfstijd van de buis zich. niet meer dan nodig is buiten de tijd van de werkelijke röntgenstralingsaftastïng, in welke tijd informatie wordt opgezameld, uitstrekt. Desalniettemin vereist CT nog steeds , dat gedurende de werkelijke aftasttijd het uitgangssignaal van de buis zo uniform mogelijk is en jO" zo nauwkeurig mogelijk wordt geregeld.

Omdat de stijgtijd van het uitgangssignaal van de buis zo klein mogeli'jk dient te zijn, moet het doorschieten van het bedrijfsniveau van de buis vanuit de gewenste constante-toestandswaarde minimaal zijn. Met andere woorden dient de overgangsresponsie van het uitgangs-15 signaal van de röntgenstralenbuis bij werking van de buis bij benadering kritisch te worden gedempt, waarbij het uitgangssignaal op een geleidelijke en snelle wijze toeneemt tot het constante-toestandsniveau, dat door de ingangsparameters van de buis wordt vastgelegd, waarbij minimaal doorschieten optreedt en derhalve ook een oscillatie van het uitgangs-20 signaal van de buis om de voorafbepaalde constante-toestandswaarde tot een minimum wordt teruggebracht.

Het probleem van het verkrijgen van een korte stijgtijd bij CT wordt verzwaard doordat, zoals boven reeds is vermeld, gebruik gemaakt dient te worden van een gelijkstroom voor de gloeidraad. De gelijkstroom 25 heeft een inherent tragere besturingsresponsie dan de bij radiografie gebruikte wisselstroom.

Aangezien de uit gangs stroom van vele röntgenstralenbuizen niet-lineair is ten opzichte van de gloeispanning varieert de overgangsresponsie van de uitgangsstroom van de buis afhankelijk van de constante-30 toestandsuitgangsstroom, waartoe de buis bij het bedrijf wordt gedreven.

Dit verschil in overgangsresponsie vereist, dat opdat de overgangsresponsie yoor verschillende gekozen vaste-toestandsstromen in hoofdzaak uniform is, compensatie moet plaats vinden ten aanzien van de elektrische schakeling, waarmede de "buis wordt bedreven, om ervoor te zorgen, dat de 35 ©vergangsstijging tot elke bepaalde constante-toestandswaarde kritisch wordt gedempt, nooit lijdt aan de trage responsie van overgedempte toestanden en evenmin aan het doorschieten of de instabiliteit, welke zich 8005496 6 voordoen Bij een onderdempi'ng.

In de praktijk, is het gebleken, dat het gewenst is het Bedrijfsniveau, van de Buis Binnen Bij Benadering 200 millisec. op de constante-toestandsreferentievaarde te kunnen Brengen.

5 De uitvinding Beoogb derhalve te voorzien in een schakeling om de uitgangsstrocm. van een röntgenstralenbuis zodanig te regelen, dat de Bui'sstroom tot een voorafBepaald gewenst constante—toestandsniveau, gekozen uit een uitgestrekt gebied van stroomwaarden, wordt verhoogd in een zo kort mogelijke tijd als consistent is met het onderhouden van de 10 stabiliteit in de uitgangsstroam, niettegenstaande de niet-lineariteit van de uitgangsstroom van de röntgenstralenbuis ten aanzien van veranderingen in de gloeispanning.

De Bovenstaande Bezwaren van de Bekende inrichtingen worden geëlimineerd en aan de in verband daarmede uitgesproken eisen wordt vol-15 daan door het hesturingsstelsel volgens de uitvinding, dat voorzien is van een terugkoppelsehakeling met gesloten lus om de uitgangsstrocm van een röntgenstralenhuis te regelen door Besturing van de gloeispanning van de Buis, waarbij de overgangsresponsie van de Buis in hoofdzaak uniform en snel wordt gehouden, terwijl de stabiliteit over een uitgestrekt ge-20 Bied van Bepaalde, constante-toestandsuitgangsstrcmen wordt onderhouden, ondanks de niet-lineariteit van de stroamresponsie van de rontgenstralen-Buis.

De Besturingsketen volgens de uitvinding kan op een geschikte wijze worden ondergebracht in een CT-stelsel met een röntgenstralenbron, 25 voorzien van een röntgenstralenhuis, die langs een Baan cm het lichaam van een patient beweegbaar is. Er is een stelsel detectoren aanwezig cm het lichaam van de patient om röntgenstralen uit de Bron te onderscheppen, nadat deze het lichaam hebben gepasseerd. Met de afzonderlijke detector-elementen is een informatieververkingsschakeling gekoppeld om röntgenstra-30 lenresponsieve signalen uit de detectoren te verwerken teneinde in een weergeefinrichting een dwarsdoorsnedeBeeld van een planaire sectie van het lichaam van een patient te verschaffen.

Er ia een terugkoppelketen met gesloten lus aanwezig om de uit-gangss-troom yan de röntgenstralenhuis te regelen. De keten omvat een gene-35 rator voor het opwekken van een instelbaar stapfunctie-referentiesignaal, dat een voorafbepaalde, gewenste constante-toestandswaarde van de uitgangsstroam van de rontgenstralenbuis voorstelt. Er is een aftastinrichting 80 05 49 6 * « -i 7 aanwezig cm de -momentane werkelijke uit gangs stroom, yan de buis te detecteren. Een detectorketen vergelijkt de werkelijke afgetaste stroom met Het referentiesi'gnaal en levert een foutsignaal, dat een functie van het verschil tussen deze signalen is.

5 De terugkoppellusschakeling met bepaalde versterkingsschake- lingen regelt de gloeispanning van de röntgenstralenbuis als een functie van het foutsignaal om te veroorzaken, dat de stroom van de rontgen-stralenhuis- naar de voorafbepaalde, constante-toestandswaarde toeneemt en wanneer deze waarde eenmaal is bereikt, constant blijft. Tussen de 10 versterkings-schakeling en de referentiegenerator bevindt zich een speciale versterkingsinstelsehakeling. De versterkingsinstelschakeling dient om de versterking van de verst er kings schakeling als een afnemende functie van de waarde van het referentiesignaal te wijzigen.

De besturingsketen verbetert de overgangsresponsie van de 15 rontgenstralenbuis en maakt deze relatief uniform en dempt deze kritisch tot een stapingang, welke een van een gehied van een aantal constante-toestandsuitgangsstramen voorstelt. Het onderhouden van deze in hoofdzaak uniforme en bij benadering kritisch gedempte overgangsresponsie maakt een snelle en uniforme insteltijd van de uitvoeringsstroom op wat ook 20 de gekozen constante-toestandswaarde moge zijn, mogelijk, terwijl tegelijkertijd ongewenst doorschieten en het dientengevolge oscilleren van de uitgangsstroomwaarde om de voorafbepaalde constante-toestandswaarde daarvan op een minimum wordt teruggebracht. Dit alles vindt plaats niettegenstaande het feit, dat de uitgangsstroom van de röntgenstralenbuis 25 een nietr-lineaire karakteristiek bezit ten opzichte van de ingangs-glceispanningsincrementen, welke de uitgangsstroom regelen.

Meer in het bijzonder wordt, wanneer betrekkelijk kleine constan-te-toestandsuitgangsstrcmen worden gekozen en de buis op een gedeelte met kleinere helling van de karakteristieke uitgangsstroomkromme daarvan 30 werkt,, de versterking van de terugkoppelbesturingslus op een relatief hoog niveau gehouden teneinde de stijgtijd van de uitgangsstroom tot een minimum terug te brengen, hetgeen gewenst is cm de buis snel in de constante bedrijfstoestand terug te brengen. Wanneer evenwel een hogere constante-toestandswaarde wordt gekozen en het werkpunt van de buis zich naar een 35 gedeelte met grotere helling van de exponentiële karakteristieke kromme daarvan beweegt, neemt de noodzaak tot een versterking met grote versterking af en wordt het primaire probleem dat van het beletten van doorschie- 80 05 49 6 8 ten en een eventuele instabiliteit van de werking van de buis, ten gevolge van de grotere gevoeligheid van de uit gangs stroom van de buis ten aanzlen van veranderingen in de gloeispanning. Bij deze hogere niveaus reduceert de versterkingsinschakeling de versterking van de versterkings-5 terugkoppellusschakeling zodanig, dat een onstabiele of oscillerende ©vergangsresponsie wordt belet, terwijl de versterking daarbij nog niet in diê mate wordt gereduceerd, dat de overgangsstijgtijd in een ongewenste mate wordt vertraagd.

'Volgens de uitvinding omvat de referentiegenerator een schake-10'. ling voor het opwekken van een referentiesignaal in digitale vorm, tezamen met een digitaal-analoog omzetter om het referentiesignaal in analoge vorm aan de foutsignaaldetector aan te bieden.

'Verder omvat volgens de uitvinding de buisstroamaftastschake-ling een resistieve impedantie, welke in de uitgangsstrocmketen van de 15 rontgenstralenbuis is opgenomen.

De versterkingsschakeling omvat volgens de uitvinding een operationele versterker met een terugkoppellus, waarbij de impedantie van deze lus· de versterking van de operationele versterker regelt. Er is een aantal impedantie-elementen aanwezig, die elk onafhankelijk in de terug-20 kpppellus kunnen worden opgenomen, zodat de versterking van de versterker kan worden gewijzigd overeenkomstig welk van de impedantie-elementen in de terugkoppellus daarvan wordt opgenomen. Bij deze bepaalde uitvoeringsvorm is een digitaal responsieve schakelaar tussen de verschillende impedantie-elementen, die bij de operationele versterker behoren, 25 en de digitale uitgang van de refer ent iegenerat or aanwezig. De impedantie-elementen, die in de terugkoppellus van de operationele versterker worden opgenomen, worden derhalve bepaald door de waarde van het door de referentiegenerator opgewekte digitale referentiesignaal.

Op deze wijze kan de versterking van de schakelaar stapsgewijs 30 als een functie van toenemende waarden van het digitale referentiesignaal worden verlaagd. Hierdoor verkrijgt men een versterkingsinstelling, die snel en positief verloopt en welke de gewenste versterkingsvariatie benadert, terwijl gebruik wordt gemaakt van betrekkelijk eenvoudige en goedkope ketenorganen.

35 Volgens een ander kenmerk kan de versterkingsinstelschakeling de versterking van de versterkingsschakeling van de terugkoppellus bij benadering als een inverse functie van de gekozen, eonstante-toestands- 8005496 9 waarden van Let referentiesignaal worden verlaagd.

Volgens een ander kenmerk, van de uitvinding omvat de terugkoppellusschakeling, die in responsie op het foutsignaal de gloeispanning regelt, een reehthoekige-golfgenerator voor het opwekken van een recht-5 hoekige golf waarvan de amplitude een functie van de waarde van het fout-signaal is. Tussen de reehthoekige-golfgenerator en de gloeidraad van de rSntgenstralenhuïs "bevindt zich een transformatorschakeling om het signaal uit de rechthoekige golfgenerator over te dragen teneinde de gloeispanning van de rSntgenstralenhuis als een functie van de amplitude van de recht-10' hoekige golf in te stellen.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont : fig, 1 een gedeeltelijk schematische, gedeeltelijk in blokschema weergegeven afbeelding, van een stelsel volgens de uitvinding; IJ fig, 1 een meer gedetailleerd blokschema ter illustratie van een gedeelte van het in fig. 1 afgeheelde stelsel; en fig. 3 schematisch in detail een gedeelte van het in blokschema-vorm in fig. 2 weergegeven stelsel.

Een CT-stelsel S, waarop de uitvinding kan worden toegepast, is 20 weergegeven in fig. 1. Het stelsel S omvat een aftast eenheid U om röntgenstralen overeenkomstig een voorafbepaalde bedrijfsvolgorde door een patient te zenden en rSntgenstralingsenergie, welke uit het lichaam van de patient uittreedt, te detecteren. De aftasteenheid U wekt elektrische signalen op, die de gedetecteerde röntgenstralen voorstellen. De elek-25 trische signalen worden toegevoerd aan een signaalververkingseenheid X, die de. elektrische signalen verwerkt en een afbeeldinrichting I in werking stelt* teneinde een gereconstrueerd visueel beeld te verschaffen, dat een planaire sectie door het lichaam van de patient voorstelt. Een GT-stelsel, zoals weergegeven in fig. 1, is beschreven in de Amerikaanse 30 octrooiaanvrage Serial no. 917.068.

De aftasteenheid U omvat een huis H met een cirkelvormige opening A, waarvan de diameter voldoende is om plaats te bieden aan het lichaam van een patient, welke op een beweegbare ondersteuning P wordt ondersteund. Een röntgenstralenbron, voorzien van een röntgenstralenbuis T, wordt in 35 het huis H voor een amloopbeweging langs een cirkelvormige baan, die concentrisch met de opening A is, ondersteund. Een stelsel van röntgenstralendetectoren D, zoals fotovermenigvuldigerbuizen, is in een stationaire 80 05 49 6 IQ.

ring in Bet huis K eveneens concentrisch met de opening A opgesteld. De uitgangen van elk van de fotovermenigvuldigerbuisdetectoren.D zijn individueel met de signaalverwerkingsschakeling X gekoppeld, zodat variaties in de individuele detectoruitgangssignalen kunnen worden verwerkt cm de 5 Beschreven afbeelding tot stand te brengen.

Een bronbesturingssehakeling C is elektrisch met de röntgenstralenbuis T gekoppeld om de buis zodanig te beïnvloeden, dat deze röntgenstralen 'opwekt, wanneer de buis zich langs zijn omloopbaan beweegt. De bronbesturingssehakeling bestuurt meer in het bijzonder de uit gangs stroom van IQ' de buis T teneinde de uitgaande hoeveelheid röntgenstraling te regelen en belet ongewenste oscillaties en doorschieten van het uitgangssignaal van de röntgenstralenhuis tijdens het begin van de werking van de buis, ge-* · durende welke tijd het uitgangssignaal van de buis zeer snel stijgt tot een voorafbepaalde gewenste constante-toestandsvaarde.

15 De bijzonderheden van de bronbesturingssehakeling C vindt men in fig. 2 en 3· Eig, 2 toont de bronbesturingssehakeling in blokschemavorm, terwijl fig. 3 een schema is, dat de betreffende elementen van fig. 2 meer gedetailleerd weergeeft, De fig. 2 en 3 tonen een terugkoppelstelsel met gesloten lus voor het regelen van de buisstroam en derhalve het 20 röntgenstralenuitgangssignaal van de röntgenstralenbuis. De bronbesturingssehakeling omvat een referentiegenerator en een ccmpensatieschake-| ling, die tussen de referentiegenerator en de terugkoppellus is verbon den om de versterking van de terugkoppellus als een afnemende functie van de gewenste, constante-toestandsbuisuitgangsstroemwaarde, voorgesteld 25 door het uitgangssignaal van de referentiegenerator, in te stellen. Deze versterkingscompensatie onderhoudt bij benadering een kritisch gedempte toestand in de overgangsresponsie van de uit gangs stroom van de röntgenstralenbuis, niettegenstaande de niet-lineariteit van de uitgangsstroem-karakteristiek van de buis en de noodzaak cm de buis over een gebied van 30 verschillende constante-toestandspunten langs de karakteristieke kremme van de buis te bedrijven.

Zoals uit fig. 2 en 3 blijkt, levert de referentiegenerator 12 op vier geleiders een digitaal signaal, dat een voorafbepaalde, gewenste, constante-toestandshuisuitgangsstrocm voorstelt.

35 Dit digitale referenti'esignaal is instelbaar. Het digitale re fer ent ie signaal wordt door een digitaal-analoog omzetter 1k in analoge vorm omgezet. De omgezette analoge referentiewaarde wordt op een geleider 80 05 49 6 η 16 als een ingangssignaal toegevoerd aan een foutdetector 18', welke is voorzien van een operationele versterker met een gemeenschappelijk seanmeerpunt. Het analoge referentiesignaal en een ander signaal, dat de werkelijke rëntgenstralenhuisuitgangsstroom voorstelt, worden tezamen aan 5 het sommeerpunt 20 van de detector 18 toegevoerd.

Het uitgangssignaal van de operationele versterker 18 van de detector is een analoog foutsignaal, dat het verschil tussen het referentiesignaal, dat een voorafbepaalde, gewenste constante-toestands-uitgangsstroem voorstelt, en de werkelijke, afgetaste uitgangsstroom 10. voorstelt. Eet uitgangssignaal van de detector 18 wordt voor filtering toegevoerd aan een versterker 22 met een versterking 100, van welke versterker het uitgangssignaal op zijn beurt wordt toegevoerd aan de verster-kingsschskeling 2b, waarvan de versterking kan worden ingesteld op een wijze, welke later zal worden toegelicht.

15 - Het uitgangssignaal van de versterker 2b wordt over een relais- s-chakelaar 26 (zie fig. 3) gevoerd, welke via relaisaandrijfinrichting 28 en een vertragingsrelais 30 met een vertraging van 18 millisec. met een niet-afgeheelde energie in-uitschakeling is verbonden. De schakelaar 26 dient om een sluiten van de terugkoppellus gedurende 18 millisec. na 20 het aanleggen van de hoge spanning aan de röntgenstralenbuis te beletten.

Deze tijd is· nodig om het mogelijk te maken, dat de röntgenstralenbron— en ketencomponenten de anodestroam bereiken, die door de voorverhittings- | besturingsschakeling is ingesteld.

Wanneer de relaisschakelaar 26 eenmaal is gesloten na de vertra-25 ging van 18 millisec. na inschakeling, doorloopt het signaal van de terugkoppellus een filterschakeling 32, welke dient om de frequentie-afhan-kelijke versterking in de keten te reduceren. Het terugkoppelsignaal wordt dan door een schakeling 3^ voor het opwekken van een rechthoekige golf omgezet in een rechthoekige golf, waarvan de piek-tot-piekamplitude 30 een functie is van het terugkoppelfoutsignaal uit de filterschakeling 32.

De rechthoekige golf wordt dan over een isolatietransformator 36 gevoerd, welke twee secundaire spoelen 38, h-0 (zie fig. 3) omvat. Het signaal, dat over de spoel iO optreedt, wordt gebruikt voor het regelen van de voorverhitting van de draad, voordat het stelsel in werking treedt.

35 De secundaire spoel 38 bezit bij voorkeur 120 windingen, verge leken met 1Qi windingen van de primaire spoel van de transformator 36.

Derhalve wordt het rechthoekige-golfuitgangssignaal, dat als een spanning 8005496 12 over de secundaire spoel 38 optreedt, omhoog getransporteerd voordat het signaal aan een tveede isolatietransformator k2 wordt toegevoerd.

In de praktijk, "bestaat de röntgenstralenbuis T bij voorkeur uit een röntgenstralenbuis "Model PX-400, vervaardigd door Dunlee Division 5 of Pieker Corporation of Chicage, Illinois, U.S.A. De buis in de inrichting volgens· de uitvinding kan worden bedreven over een buisuitgangs-stroemgebied, gelegen tussen bij benadering 5 mA en 200 mA, en bezit twee gloeidraden 50, 53»

Ha in gelijkstroom te zijn omgezet door de gelijkrichter kk, 10 wordt het getransformeerde en gelijkgerichte rechthoekige-golfsignaal over een stel geleiders k6t gevoerd en gebruikt om de gloeidraad 50 van de röntgenstralenbuis met gelijkstroom te bekrachtigen.

Eet stelsel 52, 5^ bestuurt de tweede gloeidraad 53 van de buis.

De kathodetransformator 57 en de regelbuis 59 dienen cm aan de 15' kathodestraalbuisgloeidraad het hoofdvermogen aan te leggen (de röntgenstralenpot ent iaalJ.

De besturing van de röntgenstralenbuisgloeidraad met gelijkspanning, die in responsie op het foutsignaal uit de detector wordt geregeld, veroorzaakt, dat uit de draad of de kathode elektronen worden geëmitteerd, 20 waarbij de kathode-anode potentiaal deze elektronen naar de anode versnelt teneinde een geregelde hoeveelheid röntgenstraling te verschaffen.

De anodestroom, welke op de geleider 60 optreedt, wordt in een punt 62 gesplitst. Een gedeelte van de anodestroom wordt over een weerstand 6k gevoerd. Het andere gedeelte wordt aan de anodespanningsbron-25 schakeling 66 toegevoerd. Een signaal, dat een deel van de anodestroom en de regelbuisruststroam voorstelt, wordt bij een klem 68 juist boven een precisieweerstand 70 afgenamen en treedt op een geleider 72 op. Het de anodestroom aangevende signaal op de geleider jk wordt gesommeerd met het uitgangssignaal op de geleider 72, dat het ruststroamsignaal bevat, 30 doch in tegengestelde polariteit ten opzichte van de klem 68, en wel in het semmeerpunt 76. Dit punt vormt een inverterende ingang van een operationele versterker 80. Het uitgangssignaal van de versterker 80, dat de totale anodestroom voorstelt, wordt aan het semmeerpunt 20 van de versterker 18 toegevoerd cm met het analoge referentiesignaal te worden ver-35 geleken. In responsie op het verschil tussen het anodestroamsignaal en het analoge referentiesignaal, levert de versterker 18 een foutsignaal, » dat het verschil tussen deze signalen voorstelt, en welk signaal wordt 80 05 49 6 13 gebruikt om de gloeispanning te regelen op een wijze, zoals boven is beschreven.

Voorts is, zoals gebruikelijk een uitgangsbesturingsbuis TT voor de rontgenstralenbuis aanwezig.

5 Om de benaderde kritische demping in deze terugkoppelbesturings- keten te onderhouden onafhankelijk van het punt in het dynamische gebied van de rontgenstralenbuis, waarin het referentiesignaal de werking specificeert, is een schakeling aanwezig om de versterking van de verster-kingsschakeling in de terugkoppellus in te stellen. De versterker, waar-10 van de versterking instelbaar is, is de versterker 24, die boven in het algemeen is besproken. De versterkingsinstelsehakeling, aangeduid met 82 in fig. 2, is tussen de referentiegenerator 12 en de versterker 24 aangebracht om de versterking van de versterker 24 als een afnemende functie van de voorafbepaalde constante-toestandswaarde, die door het uitgangs-15- signaal van de referentiegenerator 12 digitaal wordt aangegeven, in te stellen.

De versterkingsinstelsehakeling omvat een stel impedantie-ele-menten (hier weerstanden) 84, die elk. onafhankelijk in de terugkoppellus voor de versterker 2k kannen worden opgenomen. Een binair gecodeerde 20 digitaal responsieve schakelaar 86 kan bij beïnvloeding elke combinatie van de impedanties 84 in de terugkoppellus van de versterker 2k opnemen. De keuze van welïe van de impedanties 84 in de terugkoppellus van de versterker moeten worden opgenemen, vindt plaats door de schakeling 86 in responsie op de waarde van de gewenste rontgenstralenbuisstroom, digi-25 taal uitgedrukt door een digitaal uitgangssignaal van de referentiegenerator, welke op een stel geleiders 90 een uit vier bits opgebouwde binaire code levert, welke de waarde van de gewenste constante-toestands-anodestroom van de rontgenstralenbuis aangeeft.

De versterker 2k en de bijbehorende schakelingen worden tezamen 30 met de waarden van de impedanties 84 zodanig gekozen, dat de versterking van de versterker 2k bij benadering een inverse functie van de waarde, uitgedrukt door de constante-t oestandsanodestr oomwaarde, aangegsven door het binaire signaal op de geleiders 90, is. Zoals uit fig. 3 blijkt, kan, aangezien slechts een eindig aantal impedanties 84 kan worden gebruikt, deze 35 inverse versterkingsfunctie slechts stapsgewijs worden benaderd. Uit proeven is evenwel gebleken, dat een dergelijke benadering voor een doeltreffende werking van het stroombesturingsstelsel voldoet. Het is duidelijk, 8005496

1U

dat het aantal impedanties en de keuze van. de schakelaar zodanig kunnen zijn, dat meer of minder impedanties kunnen worden toegepast, zodat de versterking van de versterker 2k dichter een continue inverse kromme ten opzichte van de constante-toestandsanodestroamwaarde, aangegeven op de 5 geleiders 90, kan "benaderen. Verder kan men ook gebruik maken van bekende middelen voor het regelen van de versterking van de versterker als een continue functie van het referentiesignaal. Een dergelijke continue regeling kan worden toegepast wanneer het referentiesignaal, dat gebruikt wordt om de versterking te regelen, analoog in plaats van digitaal is.

10 Het stelsel volgens de uitvinding kan volgens uitgevoerde proe ven de uitgangsstroam van de buis binnen 200 millisec. na het beïnvloeden van de terugkoppelketen op een waarde binnen + 2% van de gewenste constante-toestandswaarde brengen.

8005496

Claims (7)

1. Schakeling in een terugkoppelketen met gesloten lus voor het regelen van de uit gangs stroom van een röntgenstralenbuis, voorzien van een generator voor het opwekken van een referentiesignaal, dat een voor-afbepaalde bestuurde, constantewiitgangsbuisstroom voorstelt, een scha- 5 keling voor het opwekken van een uitgangssignaal,, dat indieatief is voor de werkelijke uitgangsstroom van de röntgenstralenbuis, een detector, die in responsie op het referentiesignaal en het uitgangssignaal een fout-signaal opwekt, dat een functie van.het verschil tussen de stroomwaarde, voorgesteld door het referentiesignaal, en de afgetaste buisuitgangs-10 stroom, voorgesteld door het genoemde uitgangssignaal, gekenmerkt door ketenorganen met een versterker met variabele versterking om de uitgangs— stroom van de röntgenstralenbuis als een functie van het foutsignaal te regelen, en een met de versterker gekoppelde versterkingsinstelschakeling om de versterking van de versterker als een inverse functie van de 15 waarde van het referentiesignaal te regelen.

2. Schakeling volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de referen-tiesignaalgenerator is voorzien van een schakeling voor het opwekken van een digitaal referentiesignaal, en een digitaal-analoog omzetter om het referentiesignaal in analoge vorm te brengen, en organen om het referen- 20 tiesignaal in analoge vorm aan de detector toe te voeren.

3. Schakeling volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de schakeling voor het aftasten van de buisstroom is voorzien van een resistieve impedantie, die in de uitgangsketen van de röntgenstralenbuis is opgenomen.

25 Schakeling volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de verster ker met variabele versterking een operationele versterker met een terugkoppellus en een aantal impedantie-elementen omvat, welke laatste elk onafhankelijk in de terugkoppellus kunnen worden opgencmen, waarbij de versterking van de versterker een functie van de impedantie in de terug-30 koppellus van de versterker is.

5. Schakeling volgens conclusie U met het kenmerk, dat de verster kingsinstelschakeling is voorzien van een schakelaar, die in: responsie op het referentiesignaal kiest welke van de impedantie-elementen in de terugkoppellus- van de operationele versterker moet worden opgenomen en wel als 35 een functie van de waarde van het referentiesignaal. 80 05 49 6

6. Schakeling volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de keten organen zijn voorzien van een rechthoekige-golfgenerator voor het opwekken van een rechthoekige golf, waarvan de amplitude een functie van het foutsignaal is, een transformatorschakeling, die tussen de rechthoekige-5 golfgenerator en de gloeidraad van de rontgenstralenhuis is gekoppeld, en organen, die met de transf ormatorschakeling zijn gekoppeld cm de gloeispanning van de rontgenstralenhuis als een functie van de amplitude van de rechthoekige golf in te stellen.

7· Schakeling volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de verster- 10 kingsinstelsehakeling de versterking stapsgewijs als een functie van de waarde van het referentiesignaal instelt. j 8005496