DE2652319C2

DE2652319C2 - Röntgeneinrichtung mit einer Röntgenbildverstärker-Fernsehkette und Dosisleistungsregelung

Info

Publication number: DE2652319C2
Application number: DE2652319A
Authority: DE
Inventors: Brian Alec Woolwich London Mansfield; Royston Kenneth Carshalton Surrey Watkins
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-11-25
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1986-04-30
Also published as: SE412834B; JPS5845800B2; DE2652319A1; GB1480009A; SE7613010L; JPS5267586A; US4101776A; FR2333404A1; FR2333404B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine solche Röntgeneinrichtung ist aus der DE-OS 22 04 453 bekannt.

In einer derartigen Anlage, die in nachstehender Beschreibung als von der erwähnten Art bezeichnet wird, wird die Lichtintensität des optischen Bildes bei sich ändernder Absorption der Röntgenstrahlen im untersuchten Objekt ziemlich konstant gehalten. So kann sich beispielsweise eine niedrige Absorption im Objekt (z. B. eine menschliche Hand) in eine vergleichsweise hohe Absorption (z. B. der menschliche Bauch) ändern, ohne daß sich die Intensität des Bildes wesentlich ändert Die Ausgangsspannung der Fernsehkamera gelangt über eine automatische Verstärkungsregelung (AVR) an einen Monitorschirm, wobei das sichtbare Bild für Diagnostikzwecke verwendet wird. Durch die Regelung der Dosisleistung hinter dem Patienten in Abhängigkeit von der Lichtintensität des optischen Bildes zum Erh, Hen der erforderlichen Heiligkeit und des erforde^rfichen Konto trastes werden unabhängig von einer Änderung in der Röntgenstrahlabsorption im Objekt optimale Sichtbedingungen für Untersuchung- und Diagnostikzwecke automatisch erfüllt

Ein Vorteil der Anlage der erwähnten Art besteht

darin, daß die Röntgeneinrichtung die Dosisleistung hinter dem Patienten automatisch auf einem für Diagnostikzwecke eben ausreichenden Wert und somit die Bestrahlungsdosis möglichst niedrig hält In Anlagen ohne Regelkreis muß die Bestrahlungs-Dosisleistung bei je-

der Änderung in der Adsorption im Objekt von Hand eingestellt werden. Solche von Hand durchgeführte Einstellungen haben zwei wesentliche Nachteile. Erstens ist es möglich, daß ein zu untersuchender Patient eine höhere Bestrahlungs-Dosisleistung als für Diagnostik- zwecke notwendig empfängt und zweitens wird die Einstellung komplizier; und schwierig, wenn die Röntgenstrahlungsabsorption im Objekt den Wert ändert, d. h. beim Betrachten des Durchgangs einer für Röntgenstrahlung undurchlässigen Substanz durch den Körper eines Patienten. Diese Nachteile sind selbstverständlich in der Anlage der erwähnten Art beseitigt worden.

Nähere Beschreibungen von Anlagen der erwähnten Art sind beispielsweise in »An X-Ray TV-chain with integrated exposure rate control«, Medicamundi, Band 14, Nr. 2, Seiten 97 bis 99, in »Stabilization in fluoroscopy«, Medicamundi. Band 13. Nr. 3, Seiten 94 bis 97, und in der G B-PS 10 18 935 gegeben.

Versuche mit Anlagen der erwähnten Art haben überraschenderweise ergeben, daß bei Bestrahlungsdo sen im oberen Teil des Bereichs, ct. h. bei Dosen für die Untersuchung von Objekten mit ziemlich hoher Absorption, die von einem erfahrenen Röntgenologen von Hand eingestellte Bestrahlungs·Dosisleistung machmal kleiner ist als die mit einer automatisch geregelten AnIa ge verabreichte Dosis. Die Ursache davon liegt im we sentlichen darin, daß bei der Untersuchung dicker Teile des menschlichen Körpers, z. B. des Bauches eines größeren Patienten, eine große Streuung der Röntgenstrahlen auftritt, wodurch für die erforderliche Heilig-

so keit nicht nur eine größere Bestrahlungs-Dosisleistung benötigt wird, sondern die Streuung auch das allgemein als »fog« (Nebel) bekannte Hintergrundrauschen erzeugt, das sich auf die Bildgüte negativ auswirkt. Eine Vergrößerung der Bestrahlungsdosis bedeutet jedoch eine verhältnismäßige »Verdichtung« des Nebels; ob· schon also die Bildhelligkeit zu dem vorbestimmten Pegel erhöht wird, ergibt sich keine wesentliche Verbesserung im diagnostischen Wert des Bildes. Also ist es einem erfahrenen Operateur bei der Bedienung einer handbetätigten Anlage bekannt, daß unter diesen Umständen die Vergrößerung der Bestrahlungs-Dosisleistung keine Verbesserung bedeutet, und er vergrößert also die Bestrahlungs-Dosisleistung nicht, um die Strahlenbelastung der Patienten möglichst niedrig zu halten.

In der automatischen Anlage der erwähnten Art arbeitet der Regelkreis selbstverständlich automatisch, um die Helligkeit auf den gewünschten Pegel zu erhöhen, d. h. sie vergrößert die Bestrahlungs-Dosisleistung. In-

-i-Jt.

folgedessen wird dem Patienten eine größere Bestrahlungs-Dosisleistung verabreicht als notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgeneinrichtung zu schaffen, bei der bei starker Absorption die Strahlenbelastung des Patienten geringer ist als bei den bekannten Röntgeneinrichtungen der eingangs genannten Art, ohne daß dadurch die Güte des mit einer solchen Röntgeneinrichtung erhaltenen Bildes beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Röntgeneinrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Da die Bestrahlungs-Dosisleistung eine Funktion u. a. der Hochspannung ist, ändert sich die Bestrahlungs-Dosisleistung mit der Änderung der Hochspannung. Da die Schleifenverstärkung die Hochspannung regelt, bedeutet weiterhin eine Änderung in der Schleifenverstärkung eine Änderung in der Bestrahlungs-Dosisleistung. Wenn also die Hochspannung die vorausbestimnue Schwellwertspannung unterschreitet, arbeitet die Aniage entsprechend der erwähnten Anlage, da uie Schleifenverstärkung nicht beeinflußt wird. Wenn die Hochspannung über der vorausbestimmten Schwellwertspannung erhöht wird, d. h. wenn die Absorption der Röntgenstrahlen im Röntgenstrahlenweg größer ist als der Mittelwert, vergrößert der weitere Regelkreis die Schleifenverstärkung des ersten Regelkreises, so daß die Hochspannung nicht so stark ansteigt wie ohne den weiteren Regelkreis. Wenn wir also davon ausgehen, daß die Absorption der Röntgenstrahlen in einem zu untersuchenden Teil von einem Mindestwert auf einen Höchstwert stetig erhöht wird, steigt die Bestrahlungs-Dosisleistung zunächst mit einer konstanten Geschwindigkeit an, die zum Aufrechterhalten einer konstanten Heiligkeit in dem von der Fernsehkamera aufgenommenen optischen Bilde ausreicht Erreicht die Bestrahlungsdosisleistung einen vorausbestimmten Wert (d. h. die Hochspannung erreicht die vorausbestimmte Schwellwertspannung), spricht der weitere Regelkreis derart an, daß von diesem Punkt an der Anstieg in der Bestrahlungs-Dosisleistung nicht zum Aufrechterhalten der erwähnten konstanten Helligkeit ausreicht, so daß dadurch die Bestrahlungs-Dosisleistung unter diesen Umständen geringer ist als in der An'age der erwähnten Art. Obgleich die Helligkeit dabei geringer ist als in der letztgenannten Anlage unter diesen Umständen, wird die Helligkeit des Bildes an einem Monitorschirm in Verbindung mit der Fernsehkamera nicht beeinflußt, da das Videosignal aus der Kamera über eine automatische Verstärkungsregelung (AVR) an den Monitor gelangt. In praktischen Versuchen wurde eine erfindungsgemäße Anlage mit einem Schalter ausgerüstet, mit dem diese Anlage in eine Anlage der erwähnten Art umgesetzt wurde, so daß die von den beiden Anlagen erzeugten Bildgüten verglichen werden konnten. Es gab keinen wesentlichen Unterschied in der Bildgüte zwischen den beiden Anlagen.

Eine Ausführungsform nach der Erfindung wird beispielsweise nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig.! ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bekannten Anlage der erwähnten Art mit geschlossenem Regelkreis,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, in der die von den Bildverstärkern nach Fig. 1 und 2 bei variierenden Hochspannungen empfangenen Dosen verglichen werden, und

Fig.4 und 5 detaillierte Schaltungen der Ausführungsformen eines Differenzdetektors bzw. eines variablen Verstärkers für eine erfindungsgemäße Anlage.

In F i vj. 1 enthält eine Anlage der erwähnten Art mit geschlossenem Regelkreis eine Röntgenröhre 1 mit Heizstrom (einfach mit mA bezeichnet) und Hochspannung (einfach mit kV bezeichnet) aus einem Generator

ίο 2, einen in bezug auf die Röhre 1 derart angeordneten Bildverstärker 3, daß er an seinem Eingangsschirm 4 über einen Teil 5 eines zu untersuchenden Objekts Röntgenstrahlung aus der Röhre 1 empfängt, eine Fernsehkamera 6 und ein Linsensystem 7, 8 in derartiger Anordnung, daß die Kamera auf den optischen Bildschirm 9 des Bildverstärkers 3 fokussiert ist, eine Kameraversorgungs- und Kamerasteuereiaheit 11, einen Videoverstärker 12, einen Komparator 13 mit einem Eingang 14 für eine Bezugsspannung und einen Spannungsbereichumsetzer 15, dessen Ausgang- spannung die vom Generator 2 gelieferten kV- und mA-Werte regelt

Röntgenstrahlen aus der Röhre 1 gehen durch den Teil 5 zum Schirm 4 des Bildverstärkers 3, wobei die Strahlen durch den Teil 5 unterschiedlich absorbiert werden, und so ein Röntgenbild des Teils 5 am Schirm 4 erzeugea Der Bildverstärker 3 verstärkt das Röntgenbild und erzeugt ein entsprechendes optisches Bild am Schirm 9. Dieses Bild oder ein ausgewählter Teil davon wird von der Kamera 6 über das Ursensystem 7—8 unter der Steuerung der Steuereinheit 11 abgetastet und erzeugt entsprechende Videosignale an den Ausgängen 16 und 17 der Einheit 11. Das Videosignal am Ausgang 17 wird vom Videoverstärker 12 verstärkt, der ein analoges Signal proportional der Spitze oder dem mittleren Pegel des Videosignals liefert. Es wird bei dieser Spannung, die also die Lichtintensität des von der Kamera 6 aufgenommenen optischen Bildes darstellt nur der Einfachheit halber angenommen, daP diese Spannung einen Bereich von Null Volt (Schwarzwert) bis 12 Volt (Spitzenweiß) hat Diese Spannung wird einei.f Eingang des Komparators 13 zugeführt, der diese Spannung mit einer Bezugsspannung an der Klemme 14 vergleicht und die Differenzspannung an seinem Ausgang zur Verfügung stellt. Wenn beispielsweise die Bezugsspannung 6 Volt beträgt, verläuft der Ausgangsspannungsbereich zwischen Schwarzwert und Spitzenweiß und von — 6... +6 Volt Der Ausgangssparnungsbereich des Komparators 13 wird in einem Spannungsbereichumsetzer 15 in einen entsprechenden Bereich von 11... 4 Volt umgesetzt. Die Bezugsspannung an der Klemme 14 wird so gewählt, daß sie die erforderliche optimale Helligkeit am Bildschirm 9 des Bildverstärkers 9 erg^:'jt d. h. weder zu hell noch zu trübe für Beobachtungszwecke. Dieser 11... 4-Volt-Ausgangsspannungsbereich des Umseuers 15 steuert den Generator 2 derart, daß ein Signal von 11 Volt die maximal zulässigt Röntgenstrahlung aus der Röhre 1 und ein Signal von 4 Volt die minimal zulässige Strahlung erzeugt. Ganz allgemein kann gesagt werden, daß beim Durchleuchten die Hochspannung der Röntgenröhie zwischen 40 und 120 kV schwankt und den Kontiast des Bildes regelt und daß der der Röhre züge führte Strom zwischen 03 mA und 3,0 mA schwankt und die Bildhelligkeit regelt. Helligkeit und Kontrast sind gewissermaßen voneinander abhängig, wodurch für jede beliebige Bedingung sowohl der mA- als auch der kV-Wert für optimale visuelle Umstände eingestellt werden müssen. Obgleich also das 11 ... 4-V-Signal zur Regelung des

mA-Wertes allein benutzt werden kann, um die Helligkeit zu regeln, und zur Regelung des kV-Wei tes allein benutzt werden kann, um den Kontrast zu regeln (und dadurch indirekt die Helligkeit), sind in der Praxis der kV- und der mA-Wert im Generator 2 miteinander gekoppelt, so daß beide gleichzeitig ansteigen (aber nicht notwendigerweise im linearen Verhältnis). In diesem Beispiel sei angenommen, daß ein 11-V-Eingangssignal zum Generator 2 die Lieferung von 110 kV und 3,0 mA und ein 4-Volt-Signal darin die Lieferung von 40 kV und 03 mA auslöst.

Wenn jetzt angenommen sei, daß die Signaleingangsspannung zum Generator 2 11 Volt beträgt, hat das Bild am Bildschirm S maximale Helligkeit, und die daraus entstehende Spitzenweiß-Videosignaleingangsspannung zum Videoverstärker ergibt am Ausgang dieses Videoverstärkers 12 eine Spannung von 12 Volt. Die Ausgangsspannung des Bereichsumsetzers IS neigt also zum Abfallen auf 4 Volt. Im Augenblick des Abfallens dieser Ausgangsspannung unter 11 Volt sinkt jedoch die Ausgangsspannung des Generators 2 ab und schwächt infolgedessen die Bildhelligkeit ebenfalls ab, so daß der Pegel des Eingangssignals zum Komparator 13 abfällt. Diese Schleifenregelung geht weiter, bis die Signaleingangsspannung zum Komparator 13 ungefähr 6 Volt 2s beträgt Auf gleichartige Weise wird die Ausgangsspannung der Röhre 1 bei zunächst zu niedriger Bildhelligkeit automatisch erhöht, bis die vorausbestimmte Bildhelligkeit erreicht wird.

Ein weiteres Videoausgangssignal am Ausgang 16 der Steuereinheit 11 gelangt über einen Videoverstärker 18 und eine AVR-Schaltung 19 zu einem Fernsehmonitor 21, der das von der Kamera 6 aufgenommene Bild am Schirm 22 darstellt Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 18 und der AVR-Pegel der Schaltung 19 wer- den so gewählt, daß ein Bild entsprechender Helligkeit und entsprechenden Kontrastes am Schirm 22 erscheint, wonach die AVR-Schaltung die Helligkeit bei Änderungen in der Bildhelligkeit am Bildschirm 9 aufrechterhält.

Die Steuereinheit 11 enthält zweckmäßig Steuerkrei- -to se, die die Abschnitte — teilweise oder vollständig — des Bildes am Schirm 9 bestimmt, für die entsprechende Videosignale an Ausgänge 16 und 17 gelegt werden. Also kann beispielsweise das aufgenommene Bild im ganzen (der »Monitorkreis«) am Schirm 22 dargestellt werden, wobei aber nur die sich auf einen kleineren Bildabschnitt beziehenden Videosignale am Ausgang 17 erscheinen (»Meßfeldkreis«). Das Verhältnis in den Abmessungen zwischen den Monitor- und den Meßfeldkreisen wird normalerweise voreingestellt, so daß eine Einstellung der Abmessung des Monitorkreises gleichzeitig die Einstellung der Abmessung des Meßfeldkreises bedeutet

Wie eingangs bereits erwähnt wurde festgestellt daß im höheren Teil des kV-Bereiches, beispielsweise bei der Untersuchung des Bauches einer größeren Person, dem Patienten bei der Verwendung eines Belichtungsautomaten eine größere Bestrahlungs-Dosisleistung verabreicht wurde als bei einer handbetätigten Anlage. Es würde sich heraussteilen, daß sich an dieser Situation zwei Faktoren beteiligen. Erstens stellt der Operateur vorzugsweise eine niedrigere Bestrahlungs-Dosisleistung für einen dickeren Teil (größere Absorption) ein, da die Erfahrung mit Radiogrammen gelehrt hat daß die Biidgüte — durch Streuung usw. — nachteilig beetnflußt wird, wenn der kV-Wert zur Verbesserung der Helligkeit erhöht wird. Zweitens sinkt die Verstärkung des Bildverstärkers, wenn der kV-Wert erhöht wird, so daß für eine gegebene Lichtausbeute bei 10OkV eine größere Bestrahlungs-Dosisleistung zum Bildverstärker benötigt wird als bei 7OkV. Fig.3 zeigt (ausgezogene Kurve A) die Ergebnisse der durchgeführten Versuche zur Bestimmung der Dosisleistung, die irni Bildverstärker unter schwankenden Betriebsbedingungen in der bekannten Anlage empfangen wird. Die im Bildverstärker empfangene und in Mikroröntgen pro Sekunde (μ R/s) ausgedrückte Dosisleistung wurde mit einem Dosisleistungsmesser gemessen, und es wurde ein Skalenwert für jeden der vielen Teile mit unterschiedlichen Röntgenstrahlungsabsorptionen genommen. Für jede Absorption liefert die Anlage automatisch den entsprechenden kV-Wert, der die von der Kamera aufgenommene Helligkeit auf konstantem Pegel hiilt. Da jeder kV-Wert direkt eine gegebene Absorption darstellt, wird die empfangene Dosisleistung gegen den kV-Wert für jede einzelne ausgewählte Absorption aufgetragen.

Aus der Kurve A in Fig.3 ist ersichtlich, daß die empfangene Dosisleistung größer wird, wenn der kV-Wert über etwa 72 kV hinausgeht, um eine konstante Helligkeit zu erhalten, d. h. wenn die Absorption im Teil den vom niedrigsten Punkt in der Kurve dargestellten Wert überschreitet, steigt der kV-Wert schneller an als für die höhere Absorption erforderlich wäre, da er auch die Reduzierung in der Verstärkung des Bildverstärkers bei höheren kV-Werten ausgleichen muß.

Fig./ zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, in der die bekannte Anlage nach F i g. 1 als Basis verwendet ist Der F i g. 1 entsprechende Teile in F i g. 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet In Fig.2 ist ein spannungsgesteuerter Verstärker 31 in den geschlossenen Regelkreis zwischen dem Ausgang 17 der Steuereinheit 11 und dem Eingang des Videoverstärkers 12 aufgenommen. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 wird durch die Ausgangsspannung eines Differenzdetcktors 32 gesteuert, der dcii Unterschied zwischen der Ausgangsspannung des Bereichsumsetzers 15 an der Eingangsklemme 33 und einer Bezugsspannung an der Eingangsklemme 34 delektiert. Eine nähere Beschreibung der Wirkungsweise des Detektors 32 und des Verstärkers 31 wird anschließend an Hand der F i g. 4 bzw. 5 gegeben.

Für diese Aufgaben wird es klar sein, daß der Differenzdetektor 32 derart eingerichtet ist daß bei einer Spannung am Eingang 33 kleiner als die Bezugsspannung am Eingang 34 der Detektor unabhängig vom Unterschied zwischen den zwei Eingangsspannungen eine konstante Ausgangsspannung (ζ. B. 113 V) liefert Wenn der Spannungspegei den Bezugs-SpannunijspegeJ überschreitet, fällt die Ausgangsspannung des Detektors 32 auf Null Volt Zurückgreifend auf das vorige Beispiel, bei dem der Ausgangsspannungsbereich des Umsetzers 15 von 4 ... 11 Volt beträgt, und davon ausgehend, daß die Bezugsspannung am Eingang 34 des Detektors 32 7 Voll beträgt ist die Ausgangsspannung des Detektors 32 auf 113 Volt konstant wenn die Spannung am Eingang 33 von 4 auf 7 Volt ansteigt wonach cSie Ausgangsspannung von 113 auf Null Volt proportional einem Anstieg in Eingangsvolt am Eingang 33 τοπ 7 auf 11 Volt Bei einer Eingangssteuerspannung aus: dem Detektor 32 von 113 Volt wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 im wesentlichen konstant gehalten, vorzugsweise gleich eins. Also solange die Etngangsspannung des Generators 2 weniger ist als 7 'i'oit (d. h. die daraus entstehende Hochspannung ist weniger als 70 kV), arbeitet die Anlage auf die an Hand der F i g. 1 beschriebene Weise, d. h. mit Hochspannungen im Be-

reich von 40 ... 70 kV, und die Bildhelligkeit am Schirm 9 ist im wesentlichen konstant. Der Verstärker 31 ist so eingerichtet, daP bei stetigem Abfall der Eingangssteuerspannung an der Klemme 42 von 11,3 auf Null Volt der Verstärkungsfaktor des Verstärkers stetig erhöht wird und eine vorausbestimmte maximale Verstärkung errekht, wenn die Steuerspannung im wesentlichen auf Null reduziert wird. Dieser maximale Verstärkungsfaktor liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5, da ein Verstärkungsfaktor unter 1,5 eine Verringerung in der maximalen Dosisleistung ergibt, die kaum der Mühe wert ist, und ein Verstärkungsfaktor über 2,5 kann die Deutlichkeit des Bildes durch Schleifenrauschen verringern. Der optimale Verstärkungsfaktor ist ungefähr 2, weas sich aus nachstehender Beschreibung zeigen wird.

Der Betrieb der Anlage mit einer Ausgangsspannung vom Umsetzer 15 im Bererich von 7 ... 11 Volt ist derart, daß beim Anstieg dieser Spannung von 7 auf 11 Volt der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 — und damit die Verstärkung in der Schleife 31, 12, 13 und 15 größer wird. Durch diese Vergrößerung der Schleifenverstärkung wird der automatische Ausgleichseffekt des geschlossenen Regelkreises so verschoben, daß die bisher konstante Bildhelligkeit nicht langer konstant gehalten wird, sondern in einem vom Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 bestimmten Maß progressiv verringert wird. Ein praktisches Beispiel diene zur Erläuterung. Es sei zunächst angenommen, daß der Verstärker 31 und der Detektor 32 derart aus der Schaltung ausgeschaltet werden, daß die in F i g. 1 dargestellte Anlage entsteht, und daß die Ausgangsspannung des Umsetzers 15 10 Volt (100 kV an der Röhrenanode) beträgt. Dies bedeutet, daß bei linearer Bereichsumsetzung im Umsetzer 15 seine Eingangsspannung ungefähr -4,3 V beträgt. Dies stellt eine Eingangsspannung zum Komparator 13 von 1,7 V dar, wenn die Bezugsspannung an der Klemme 14

6 V beträgt. Wenn der Vidcovcrstärkcf 12 elften Verstärkungsfaktor von 10 hat (was charakteristisch ist), beträgt der mittlere Eingangspegel zu diesem Verstärker 170 mV.

Wenn der Verstärker 31 und der Detektor 32 jetzt in die Schaltung (F i g. 2) eingeschaltet werden, beträgt der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 bei einer Spannung von 10 V an der Klemme 33 ungefähr 1,75 — davon ausgehend, daß der Verstärkungsfaktor von 1 nach 2 linear ansteigt, wenn die Spannung am Eingang 33 von

7 auf 11 V ansteigt. Die 170 mV-Eingangsspannung zum Verstärker 12 kommt ungefähr auf den Wert 300 mV, die Verstärkungsausgangsspannung wird 3,0 V, und die Ausgangsspannung des Umsetzers 15 neigt zum Abfallen nach 9,25 V. Unmittelbar beim Einsetzen des Ausgangsspannungsabfalls wird auch der kV-Wert proportional kleiner, infolgedessen sinkt die Bildhelligkeit sowie die Eingangsspannung des Verstärkers 31. Also stellt sich die Anlage schließlich auf eine Hochspannung zwischen 924 und 100 kV ein. In der praktischen Ausführungsform unter diesen Bedingungen betrug die endgültige Hochspannung faktisch 97 kV. Auf diese Weise ist ersichtlich, daß. wenn der kV-Wert einen vorausbestimmten Schwellenwert überschreitet, die von einer er-Ftndungsgemäßen Anlage gelieferte Bestrahlungsdosis progressiv geringer ist als die von einer Anlage der erwähnten Art gelieferte Dosis. Dieser Unterschied ergibt sich durch Vergleichen der gestrichelten Kurve B nach F i g. 3 mit der Kurve A. Die Kurve B wurde durch Verwendung je eines Absorptionswertes aus einer Reihe progressiv ansteigender Absorptionen im Teil 5 aufgetragen. Für jede Absorption wurden der Verstärker 31 und der Detektor 32 zunächst aus der Schaltung (Fig. 1) ausgeschaltet, und der die vom Bildverstärker empfangene Dosis und den kV-Wert darstellende Punkt wurde aufgetragen (Kurve A). Der Detektor 32 und der Verstärker 31 wurden anschließend in die Schaltung zurückgeschaltet und der neue Punkt aufgetragen (Kurve B). Für die Versuchsreihe wurden der Verstärker 31 und der Detektor 32 derart angeordnet, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 eins war mit einer Eingangsspannung am Eingang 33 von 4 ... 7,2 V (entsprechend einem kV-Bereich von 40 ... 72 kV) und daß der Verstärkungsfaktor beim Anstieg der Eingangsspannung am Eingang 33 von 7,2 auf 11 V (72 ... 11OkV) linear von eins nach 2 anstieg. Die entsprechenden Punkte in den Kurven A und B für jede Absorption sind mit Pfeilen angegeben, woraus ersichtlich ist, daß bei der maximalen Hochspannung von 110 kV die vom Bildverstärker empfangene Dosisleistung etwa 40% niedriger ist als die Dosisleistung mit einer Anlage der erwähnten Art. Eine größere Verringerung (z. B. 50%) könnte durch geringes Erhöhen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 31 erreicht werden.

Da die am Schirm 4 empfangene Dosisleistung bei höherem kV-Pegel im Vergleich zu der in der bekannten Anlage reduziert wird, wird offensichtlich die Röntgenstrahlung aus der Röhre 1 kleiner, und der Teil 5 empfängt eine niedrige S'rahlendosis. Wie bereits erwähnt, konnte am Monitorschirm 22 kein Unterschied in der Bildgüte zwischen der beschriebenen Anlage und der erfindungsgemäßen Anlage festgestellt werden, weil jeder Unterschied in der Bildhelligkeit von der AVR-Strahlung 19 ausgeglichen wird.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist die an der Oberfläche des Bildverstärkers empfangene Strahlungsdosis im wesentlichen konstant, wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 ungefähr 2 beträgt beim höchsten Eingangspegcl. Wenn dieser Faktor bei höchstem kV-Pegc! unter 1,5 gesenkt wird, wird nur eine sehr geringe Reduzierung in der Strahlendosis in der bekannten Anlage erreicht. Wird der Faktor über 3 bei höchstem kV-Pege¹ erhöht, sinkt die Bildgüte durch Rauschen auf diesen Pegel ab.

An Hand der F i g. 4 und 5 werden nachstehend geeignete Schaltungsanordnungen für den Detektor 32 bzw. für den Verstärker 31 beschrieben.

Der Differenzdetektor 32 nach F i g. 4 enthält sechs Widerstände Ri ... R6, drei Potentiometer VRt ... VR 3 und einen Differenzverstärker 41 mit Umkehr-(-)- und Nichtumkehr-( + )-Eingängen.

Der Differenzverstärker 41 ist an sich bekannt und k inn beispielsweise eine integrierte Schaltung vom Typ TBA 221 (bei Mullard Limited erhältlich) oder vom Typ 741 enthalten (bei Texas Instruments Corporation erhältlich). Die Bezugsziffern im Verstärkerblock 41 entsprechen den Bezugsziffern der Klemmen mit gleicher Funktion bei den integrierten Schaltungen TBA 221 und 741.

Die Bezugsspannung zur Eingangsklemme 34 des Detektors 32 wird an einem Spannungsteilungs-Widerstandskreis abgegriffen, der einen Widerstand R1, das Potentiometer ViR 1 und den Widerstand R 2 in Serienschaltung enthält, die zwischen einem 0-V- und einem + 12-V-Speisepunkt angeschlossen ist. Das Potentiometer VR 1 ermöglicht die Voreinstellung der Bezugsspannimg auf einen gewünschten Wert im verfügbaren Bereich. Diese Bezugsspannung gelangt zum nicht invertierenden (+)-Eingang an der Klemme 3 des Verstärkers 41. Das den kV-Wert darstellende Eingangssignal

zum Eingang 33 (vgl. weiter F i g. 2) des Detektors 32 gelangt zum invertierenden Eingang ( —) an der Klemme 2 des Verstärkers 41 über den Widerstand R 3. Ein einstellbarer Rückkopplungswiderstandskreis mit einem Widerstand R 4 und einem Potentiometer VT? 2 (das als variabler Widerstand angeschlossen ist) ist zwischen dem Ausgang des Verstärkers 41 und dem invertierenden Eingang angeschlossen. Bekanntlich kann der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 41 durch die Wahl des geeigneten Rückkopplungswiderstandes eingestellt to werden.

Die Schaltung arbeitet auf bekannte Weise, d. h. die Ausgangsspannung bleibt auf einem hohen Wert konstant (+11,3 V bei den benutzten Schaltungswerten — siehe Tabelle), solange die Steuerspannung am Eingang 33 negativer ist als die Bezugsspannung an der Klemme 34. Wenn die Steuerspannung die Bezugsspannung erreicht und überschreitet, fällt die Ausgangsspannung des Verstärkers 4i proportional, wobei die Proportionalität durch die Widerstandswerte von VR 2 und R 4 bestimmt wird. In der praktischen Ausführungsform war VR 2 so eingestellt, daß die Ausgangsspannung 0 V erreichte, als die Eingangsspannung + 11 V erreichte. Ein Teil dieser Ausgangsspannung gelangt an den Spannungssteuereingang des Verstärkers 31 über einen Spannungsverteilungs-Widerstandskreis R 5, VR 3, R 6 und die Klemme 42. R

Der spannungsgesteuerte Verstärker 31 nach F i g. 5 Λ

enthält einen Verstärker 51 vom bekannten, zweifach- Λ

symmetrierten Modulator/Demodulator-Typ, der bei- 30 Λ spielsweise in Form einer integrierten Schaltung bei R

Mullart Limited als Typ Nr. TCA 240 erhältlich ist. Die R

Bezugsziffern in dem mit einer gestrichelten Linie ange- R

gebenen Block des Verstärkers 51 entsprechen den Be- R

zugsziffern der Elemente mit gleicher Funktion in der 35 R9 integrierten Schaltung vom Typ TCA 240. Wie aus der R

Figur ersichtlich, enthält der integrierte Schaltungs- R

block 51 zwei gesonderte emittergekoppelte Gegen- R

taktstufen mit einem entsprechenden Steuertransistor R

in jeder Stufe. Die externen Schaltungselemente mit den 40 Ä14 Widerständen R7 ... R22, dem Potentiometer VT?4, Λ

den Kondensatoren Cl ... C 3 und den Transistoren R

TR 1 und TR 2 liefern im wesentlichen identische Vor- R

Spannungsbedingungen für die zwei emittergekoppel- R

ten Gegentaktstufen, und die Kollektorausgänge der 45 R zwei Transistorpaare werden in bezug auf die miteinan- R

der verbundenen Basis-Elektroden der Paare kreuzwei- R

se verbunden. Der Grund der Verwendung zweier emit- R

tergekoppelter Gegentaktstufen und der Kreuzverbin- VR

dung besteht darin, möglichst genau einen ziemlich kon- 50 VR stanten Strom durch jeden der Widerstände Λ11 und VT? 3

R 12 aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, daß es möglich VT? 4

ist, ziemlich schnelle Änderungen in der Eingangssteu- C1

erspannung vorzunehmen, während der Gleichspan- C2

nungspegel des schwankenden Videosignals aufrechter- 55 C3 halten wird. Die Basisspannung zu den Eingängen 3 und 6 des Schaltungsbiocks 51 über das Potentiometer VT? 4 bestimmt den maximalen Verstärkungsfaktor des Verstärkers, wobei die den Eingängen 4 und 5 des Schaltungsbiocks zugeführte Basisspannung, d.h. die der eo Klemme 42 über R 5, VT? 3, R 6 nach F i g. 4 zugeführte Steuerspannung, zum Reduzieren dieses maximalen Verstärkungsfaktors auf den gewünschten Pegel dienL Also werden in dem bereits beschriebenen Beispiel VT? 3 und VT? 4 so abgeglichen, daß der Verstärkangs- &5 faktor des ganzen Verstärkers 31 gleich efcs bleibt wenn die Eingangssteuerspannung an der Klemme 33 des Dete&tors 32 zwischen 4 und 7,2 V liegt, und daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 31 auf einen maximalen Wert im Bereich von 1,5 ... 2,5 stetig ansteigt, wenn die erwähnte Eingangssteuerspannung von 7,2 auf 11,3 V stetig ansteigt.

Das Videosignal, das am Ausgang 17 der Steusreinheit 11 (F i g. 2) erscheint, gelangt an den Steuergattereingang 2 des Schaltungsbiocks 51 über die Klemme und den Gleichspannungssperrkondensator Cl, und die Videosignalausgangsspannung des Schaltungsbiocks wird über einen Gleichspannungssperrkondensator C2 der Basis des Transistors TR 1 zugeführt; die Widerstände R 16 und R 20 liefern dabei die Basisvorspannung, und die Widerstände Ä17 und R2\ liefern die Emitter- bzw. die Kollektorbelastungen dieses Transistors. Die Ausgangsspannung des Transistors TR1 gelangt direkt zur Basis des Transistors TR 2, der ein Emitterfolger mit dem Widerstand R 18 als der Emitterbelastung ist, wobei das Ausgangsvideosignal aus dem Emitter dem Eingang des Videoverstärkers i2 (F i g. 2) über die Klemme 53 zugeführt wird. Der Kondensator C3 ist ein Überbrückungskondensator für den Kollektorwiderstand R 22.

Die Schaltungswerte der unterschiedlichen Elemente aus den F i g. 4 und 5 sind in nachstehender Tabelle gegeben.

3 300 Ohm

1 500 Ohm

33 000 Ohm

68 000 Ohm

470 0hm

15 Ohm

10 000 Ohm

3 300 Ohm 560 Ohm

22 Ohm ! 000 Ohm

1 000 Ohm 560 Ohm

2 700 Ohm 8 200 OhiT. 5 600 Ohm

220 Ohm

1 200 Ohm

33 000 Ohm

15 000 0hm

470 Ohm

330 Ohm

10 000 Ohm

22 000 Ohm

4 700 Ohm 1 000 Ohm

124 μΈ 12,5 μΡ 15KpF

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgeneinrichtung mit einer Röntgenröhre (1), einer Röntgenbüdverstärker-Fernsehkette (3, 6, 18 ... 22), in der das Ausgangsbild eines Röntgenbildverstärkers (3) in ein elektrisches Signal umgesetzt und über eine automatische Verstärkungsregelung einem Monitor (22) zugeführt wird, und mit einem ersten Regelkreis, in dem ein der Helligkeit wenigstens eines Teils des Ausgangsbildes des Römgenbildverstärkers entsprechendes Signal mit einem konstanten Bezugswert verglichen und die von der Röntgenröhre (1) emittierte Bestrahlungs-Dosisleistung durch Änderung zumindest der Röhrenspannung in Abhängigkeit von dem Vergleich geändert wird, wobei ein weiterer Regelkreis mit dem ersten Regelkreis verkoppelt ist, dadurch gekennzeichne», daß das der Helligkeit entsprechende Signal in ösai ersten Regelkreis durch ein Übertragungsglied (31) übertragen wird, das gleichzeitig Stellglied des weiteren Regelkreises (12,13, 15,31, 32) ist, und daß der Übertragungsfaktor des Stellgliedes (31) in Abhängigkeit von einem der von der Röntgenröhre (1) emittierten Bestrahlungs-Dosisleistung entsprechenden Signal derart gesteuert ist, daß die Schleifenverstärkung im ersten Regelkreis (1, 2, 3, 6, 11, 31, 12, 13, 15) zunimmt, wenn die Bestrahlungs-Dosisleistung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und unterhalb des Schwellenwertes konstant bleibt.

2. Röntgeneinrichta.ig nacr Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß da^ Stellglied durch einen von einer Differenzschaltung (32) _t ^steuerten Verstärker (31) gebildet wird, daß dem einen Eingang (34) der Differenzschaltung der Schwellenwert und ihrem anderen Eingang (33) ein der Bestrahlungs-Dosisleistung entsprechendes Signal zugeführt wird, und daß das Ausgangssignal der Differenzschaltung den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (31) derart steuert, daß dessen Verstärkung im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Bestrahlungs-Dosisleistung kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, und daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers in Abhängigkeit von der Differenz der Eingangssignale der Differenzschaltung erhöht wird, wenn die Bestrahlungs-Dosisleistung den Schwellenwert überschreitet.

3. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers proportional zu dem Betrag erhöht wird, um den die Bestrahlungs-Dosisleistung ihren Schwellenwert überschreitet.