DE2422844A1

DE2422844A1 - Roentgendiagnostikapparat, bei dem die roentgenroehrenspannung ueber den roentgenroehrenstrom geregelt wird

Info

Publication number: DE2422844A1
Application number: DE2422844A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Ing Grad Broenner; Ulrich Dipl Ing Grassme; Eickhardt Ing Grad Soeder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1976-03-11
Also published as: DE2422844C3; GB1458172A; DE2422844B2; FR2270755A1; US3974387A; FR2270755B1

Description

spannung über den Röntgenröhrenstrom geregelt wird.

Ein Röntgendiagnostikapparat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 930 beschrieben. Bei diesem bekannten Röntgendiagnostikapparat ist es möglich, bei einer einzigen Leerlauf~Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators die Röntgenröhrenspannung über den Röntgenröhrenstrom zu regeln. Die Regelung erfolgt dabei über den Heizstrom der Röntgenröhre, dem der Röntgenröhrenstrom entspricht. Der Spannungsabfall am Innenwiderstand des Röntgenapparates stellt sich dabei so ein, daß die jeweils gewünschte Röntgenröhrenspannung an der Röntgenröhre liegt.

Bei dem bekannten Röntgendiagnostikapparat wirken sich Netzspannungsschwankungen einerseits direkt über den Hochspannungs-

609811/0356

transformator und andererseits indirekt über den Heizstrom auf die Röntgenröhrenspannung aus. Dies hat zur Folge, daß unmittelbar nach dem Beginn einer Röntgenaufnahme unter Umständen eine verhältnismäßig lange Zeit vergehen kann, bis Abweichungen der Röntgenröhrenspannung von dem gewünschten Sollwert ausgeregelt sind, Die Aufnähmezeiten liegen jedoch häufig in einem Bereich, in dem sich Über- oder Unterspannungen an der Röntgenröhre, die aufgrund der verzögert einsetzenden Regelung zu Beginn einer Aufnahme auftreten, negativ auf die Bildqualität auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgendiagnostikapparat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem Abweichungen der Röntgenröhrenspannung von dem gewünschten Sollwert innerhalb einer im Vergleich zu der kürzesten Aufnahmezeit kurzen Zeit ausgeregelt werden, so daß sie sich praktisch nicht auf die Bildqualität auswirken.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1. Bei dem erf indungs- ■ gemäßen Röntgendiagnostikapparat wird einerseits der Istwert der Röntgenröhrenspannung mit einem Sollwert verglichen und der Heizstrom im Sinne der Anpassung des Istwerts an dem Sollwert beeinflußt. Ferner wird auch der für einen bestimmten Sollwert der Röntgenröhrenspannung erforderliche Heizstrom bereits vor Aufnahmebeginn konstant gehalten, so daß zu Beginn einer Aufnahme der Heizstrom bereits mindestens .nahe dem richtigen Wert liegt. Abweichungen der Röntgenröhrenspannung von ihrem Sollwert sind daher kleiner als bei dem bekannten Röntgendiagnostikapparat und werden schneller ausgeregelt.

Bei der. Weiterbildung des Erfindungsgegenstands gemäß dem Anspruch 4 erfolgt unmittelbar nach dem Aufnahmekommando

— 3 —

609S11/0358

eine rasche Hochheizung des Heizfadens der Röntgenröhre, so daß siehergestellt ist, daß in jedem Falle nach Ablauf der Übergangszeit zwischen Durchleuchtung und Aufnahme, die im wesentlichen durch die für den Hochlauf der Drehanode benötigte Zeit festgelegt ist, der richtige Heizstrom der Röntgenröhre fließt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Röntgendiagnostikapparats nach der Erfindung,

Fig. 2 den Spannungsverlauf an der Stelle II in Figur 1, und

Fig. 3 ein Detail des Schaltbilds gemäß Figur 1.

In der Figur 1 ist eine Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspannungstransformator 2 gespeist wird. Die Primärwicklung 3 des Hochspannungstransformators ist in nicht dargestellter Weise ans Netz anschaltbar. Der Sekundärwicklung 4 ist ein Istwertgeber 6 zugeordnet. Der Istwertgeber 6 liefert an seinem Ausgang 7 eine Gleichspannung, die dem Spitzenwert der Hochspannung an der Röntgenröhre 1 proportional ist« Dieses Signal ist dem Istwerteingang 8 eines Vergleichsglieds 9 zugeführt. Das Vergleichsglied 9 besitzt einen Sollwerteingang 10, dem eine von einem Sollwertgeber 11 erzeugte Gleichspannung zugeführt wird, die den Sollwert der Spitzenspannung an der Röntgenröhre 1 verkörpert. Das Vergleichsglied 9 liefert an seinem Ausgang 12 ein Signal, das der Differenz zwischen den Signalen an seinen Eingängen 8 und 10 entspricht und einen Proportional-Integral-Regler 13 steuert. Das Signal

6 0 9 8 11/0356

am Ausgang 14 des PI-Reglers 13 bleibt auf seinem jeweiligen Wert stehen, wenn das Signal an seinem Eingang 12 Null ist und verändert sich, wenn an seinem Eingang 12 ein Steuersignal auftritt.

Der Heizfaden 15 der Röntgenröhre 1 ist an einem Heiztransformator 16 angeschlossen, dessen Primärwicklung 17 über einen Schalttransistor 18 und eine Diodenbrücke 19 an das Speisenetz anschaltbar ist. Die Bauelemente 18 und 19 stellen einen bipolaren Schalter dar, d.h. beim Umschalten des Schalttransistors 18 in seinen niederohmigen Zustand werden beide Halbwellen der Speisewechselspannung auf die Primärwicklung 17 durchgeschaltet. In Reihe zur Primärwicklung 17 liegt ein Meßwiderstand 20, an dem eine Spannung abgegriffen wird, die einem. Quadrierglied 21 zugeführt wird. Die Spannung am Widerstand 20 ist dem jeweiligen Wert des Heizstroms der Röntgenröhre 1 proportional. Am Ausgang 22 des Quadrierglieds 21 liegt daher eine Spannung, die dem Quadrat des Momentanwerts des Heizstroms der Röntgenröhre 1 entspricht. Diese Spannung ist einem Integrator 23 zugeführt, der an seinem Ausgang 24 ein dem Integral seiner Eingangsspannung entsprechendes Signal liefert. Der Integrator 23 wird durch eine Synchronanordnung 25 am Ende jeder Halbwelle seiner Eingangsspannung in seinen Nullzustand umgeschaltet, so daß die Spannung an seinem Ausgang 24 dem Istwert des Heizstromeffektivwerts der Röntgenröhre 1 entspricht. Diese Spannung ist dem Eingang 26 eines Verstärkers 27 zugeführt. Der Verstärker 27 besitzt zwei Steuereingänge 28 und 29. Über die Steuereingänge 28 und 29 ist die Verstärkung des Verstärkers 27 einstellbar. Am Eingang 28 liegt das Ausgangssignal des PI-Reglers 13, während am Eingang 29 ein von einem Sollwertgeber 30 für den Heizstrom der Röntgenröhre geliefertes Signal liegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 27 ist über eine Leitung 31 einem Kippglied 32 zugeführt, das eine feste Ansprechschwelle besitzt und den Transistor 18 steuert.

609811/0 356

242284*

Das Kippglied. 32 kippt immer dann um, wenn seine Eingangsspannung seine Schwelle erreicht und bewirkt dann die Ausschaltung des Transistors 18 und damit die Trennung der Primärwicklung 17 vom Netz. Die Verstärkung des Verstärkers 27 wird durch das Signal am Eingang 29 so eingestellt, daß die Schwelle des Kippglieds 32 vom Signal auf der Leitung 31 dann erreicht wird, wenn der Effektivwert des Heizstroms, d.h. das Signal am Eingang 26, denjenigen Wert hat, der durch die am Sollwertgeber 11 eingestellte Röntgenröhrenspannung vorgegeben ist. Der Heizstrom der Röntgenröhre 1 und damit der Röntgenröhrenstrom wird daher durch das Signal am Eingang 29 auch bei abgeschalteter Röntgenröhre 1, d.h. bei nicht anliegender Hochspannung der Röntgenröhre 1, so geregelt, daß im Moment des Einschaltens der Röntgenröhre 1 ein Röntgenröhrenstrom fließt, der dem eingestellten Sollwert der Röntgenröhrenspannung " genau entspricht. Die Röntgenröhrenspannung ergibt sich dabei aus der festen Leerlauf-Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators 2 und dem Spannungsabfall am Innenwiderstand des Röntgenapparätes und des Netzes infolge des RöntgenröhrenstroiiB. Zu jeder Röntgenröhrenspannung gehört also ein bestimmter Röntgenröhrenstrom und damit auch ein bestimmter Heizstrom der Röntgenröhre, der den Röntgenröhrenstrom bestimmt. NetzspannungsSchwankungen vor dem Einschalten der Röntgenröhre 1 werden daher durch die Regelung des Heizstromes der Röntgenröhre eliminiert, so daß im Moment des Einschaltens der Röntgenröhre 1 der der eingestellten Röntgenröhrenspannung zugeordnete Röntgenröhrenstrom fließt.

Ändert sich die Röntgenröhrenspannung während der Anfertigung einer Aufnahme, d.h. nach dem Zuschalten der Hochspannung, z.B. infolge von Netzspannungsschwankungen, so tritt am Ausgang 12 des Vergleichsgliedes 9 ein Signal auf, das den PI-Regler 13 so beeinflußt, daß dieser durch ein Signal

- 6 609311/0356

am Ausgang 14 und. damit am Eingang 28 des Verstärkers 27 die Verstärkung dieses Verstärkers verändert. Damit wird die Schwelle des aus den Bauelementen 27 und 32 bestehenden Schwellwertgliedes so verändert, daß der Heizstrom der Röntgenröhre einen Wert annimmt, bei dem die Röntgenröhrenspannung auf den am Sollwertgeber 11 eingestellten Sollwert hingeregelt wird.

In der Figur 2 ist der zeitliche Verlauf des Heizstroms der Röntgenröhre beispielsweise dargestellt. Im Zeitpunkt tO wird dabei das Aufnahmekommando gegeben. Vor dem Zeitpunkt tO wird eine Durchleuchtung mit dem Röntgendiagnostikapparat vorgenommen, und der Heizstrom durch eine Phasenanschnittsteuervorrichtung eingestellt. Im Zeitpunkt tO wird für drei Halbperioden der Transistor 18 dauernd durchgeschaltet, so daß eine schnelle Hochheizung des Heizfadens der Röntgenröhre 1 erfolgt. Die Steuerung des Schalttransistors 18 in diesem Sinne kann durch eine Zeitstufe erfolgen, die im Zeitpunkt tO gestartet wird und im Zeitpunkt ti, d.h. nach Ablauf von drei Halbperioden, die Steuerelektrode des Schalttransistors 18 an den Ausgang des Eippglieds 32 anschaltet. Vom Zeitpunkt ti ab wird nunmehr der Heizstrom der Röntgenröhre entsprechend der am Sollwertgeber 11 eingestellten Röntgenröhren? spannung geregelt. Am Eingang 29 des Verstärkers 27 liegt ein Sollwertsignal für den Effektivwert des Heizstroms der Röntgenröhre, das einen Röntgenröhrenstrom ergibt, der beim Einschalten der Röntgenröhre 1 die am Sollwertgeber 11 eingestellte Röntgenröhrenspannung zur Folge hat. Die Spannung am Eingang 26 des Verstärkers 27 steigt somit an, bis der Effektivwert, der durch das Signal am Eingang 29 vorgegeben ist, erreicht ist. In diesem Zeitpunkt kippt das Kippglied 32 um und trennt die Primärwicklung 17 vom Netz. Im Zeitpunkt t2 sind die Bedingungen für die Anschaltung der Hochspannung an die Röntgenröhre 1 erfüllt, insbesondere hat die

603811/0356

Drehanode der Röntgenröhre 1 ihre Enddrehzähl erreicht, und die Röntgenröhre 1 wird eingeschaltet. Ton diesem Zeitpunkt t2 ab wird in der geschilderten Weise die Verstärkung des Verstärkers 27 durch das Ausgangssignal des PI-Reglers zusätzlich so "beeinflußt, daß Abweichungen der Röntgenrölirenspannung von dem am Sollwertgeber 11 eingestellten Wert ausgeregelt werden. Nach Ablauf der Aufnahmezeit wird die Aufnahme durch Abschaltung der Röntgenröhre 1 beendet. In diesem Zeitpunkt kann wieder auf Durchleuchtung übergegangen werden.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, daß außer der Regelung der Röntgenröhrenspannung über den Röntgenröhrenstrom und damit den Heizstrom der Röntgenröhre während einer Aufnahme vom Beginn des Aufnahmekommandos ab, auch bereits während der Übergangszeit zwischen Durchleuchtung und Aufnahme, eine Regelung des Heizstroms der Röntgenröhre aufgrund des durch die eingestellte Aufnahmespannung vorgegebenen Sollwerts erfolgt und diese Regelung auch während der Aufnahme fortgesetzt wird. Abweichungen der Röntgenröhrenspannung von ihrem eingestellten Sollwert zu Beginn einer Aufnahme sind daher nur gering. Es ergänzen sich beim Erfindungsgegenstand also zwei Regelkreise, in denen Auswirkungen von Netzspannungsschwankungen auf den Heizstrom der Röntgenröhre und unmittelbar auf die Röntgenröhrenspannung über den Hochspannungstransformator ausgeregelt werden.

Der Schalttransistor 18 dient zur Schaltung einer induktiven Last, nämlich des Heiztransformators 16. Beim Abschalten dieser Last treten Spannungsspitzen auf, die den Schalttransistor 18 gefährden können. Hierzu ist gemäß Figur 3 parallel zur Arbeitsstrecke des Schalttransistors 18 die Reihenschaltung aus einer Diode 33 und der Parallelschaltung aus einem Kondensator 34 und einem Entladewiderstand 35 gelegt.

— 8 — 609811/0356

Abschaltspannungsspitzen werden τοπ dem Kondensator 34 aufgenommen, so daß der Schalttransistor 18 dadurch nicht' gefährdet wird. Bei abgeschaltetem Heiztransformator 16 verhindert die Diode 33, daß sich der Kondensator 34 über die Arbeitsstrecke des Schalttransistors 18 entlädt und auf diese Weise diesen Transistor gefährdet. Die Entladung des Kondensators 34 erfolgt über den Entladewiderstand 35.

Im Rahmen der Erfindung kann die Regelung des Effektivwerts des Heizstroms der Röntgenröhre auch indirekt über die Heizspannung oder Heizleistung erfolgen.

- 9 609811/0356

Claims

Patentansprüche

1.\Röntgendisgnostikapparat mit einer festen Leerlauf-Ausgan^sspannung des Hochspannungstransformators und einem Regelkreis für die Röntgenröhrenspannung, der oin Vergleichsglied für den Istwert der Röntgenröhrenspannung mit dem Sollwert sowie einen vom Ausgangssignal des Vergleichsglieds gesteuerten Steller für den Effektivwert des Heizstroms der Röntgenröhre zum Angleichen des Istwerts der Röntgenröhrenspannung em den Sollwert enthalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steller (27, 32) in einem Regelkreis (l8, 19, 20 bis 27, 29 bis 32) für den Effektivwert des Heizstroms der Röntgenröhre (l) liegt und den Effektivwert des Heizstroms irn Sinne eines Angleiche des Istwerts an den durch die eingestellte Röntgenröhrenspannung bestimmten Sollwert beeinflußt.

2. Röntgendiagnostikapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steller (27, 32) von einem Schwellw-ertglled mit einstellbarer Schwelle gebildet ist, dessen Eingang (26) ein dem Augenblickswert des Heizstrorneffektivwerts entsprechendes Signal zugeführt ist, dessen Ausgangssignal die Ein- und Ausschaltung des Heiztransformators (l6) bewirkt und dessen Schwelle in Abhängigkeit von der Differenz zvv'ischen dem Ist- und dem Sollwert der Röntgenröhrenspannung sowie dem Ist- und Sollwert des Heizstromeffektivwerts veränderbar ist.

3. Röntgendiagnostlkapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines den Istwert des Heizstromeffektivwerts der Röntgenröhre (l) verkörpernden Signals die Reihenschaltung aus einem Quadrierglied (21) für eine dem

609811/0356 ¹⁰

Augenblickswert des Heizstroms entsprechende Spannung und einem diesem nachgeschalteten Integrator (23) vorhanden ist, der am Ende jeder Halbwelle in seinen Nullzustand zurückgeschaltet v/ird und dessen Ausgangsspannung dem Eingang (26) des Scir/.'ellwertglieds (27* 32) zugeführt ist.

4. Rontgendiagnostikapparat nach Anspruch 2 oder 3 j dadurch gekennzeichnet., daß dem dem Schwellwertglied (27* 32) nachgeschalteten Schalter (l8) im Heizkreis (17, l8, I9) eine Ze.itstufe zugeordnet ist, die den Schalter (lS) unmittelbar nach einem Aufnahmekommando während einer im Vergleich zur Übergangszeit zwischen Durchleuchtung und Aufnahme kleinen Zeit dauernd in seinen niederohmigen Zustand schaltet.

3. Rontgendiagnostikapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Schwellwertglied (27.. !52) nachgeschalteten Schalter (l8) im Heizkrels der Röntgenröhre (l) die Reihenschaltung aus einer Diode (33) ^ur|d der Parallelschaltung aus einem Kondensator (3^) und einem Entladewiderstand (35) parallel geschaltet ist, wobei die Diode (33) 20 gepolt ist, daß sie eine Entladung des Kondensators ('3^) über die Arbeitsstrecke des Schalters £-18) verhindert.

609811/0356