DE3712759C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnosevorrichtung, die zwischen einem Vorheiz­ betrieb und einem Bestrahlungsbetrieb umschaltbar ist, mit einer Phasenanschnitt­ steuerschaltung, die sowohl im Vorheizbetrieb als auch im Bestrahlungsbetrieb den Phasenwinkel einer für die Heizung der Röntgenröhre zur Verfügung stehenden Wech­ selspannung beeinflußt, und mit einer Röhrenstrom-Regelschaltung, die während des Bestrahlungsbetriebes über die Phasenanschnittsteuerschaltung den durch die Röntgen­ röhre fließenden Strom in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert des Röntgenröhrenstroms regelt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (EP 00 43 060 B1) wird während des Vor­ heizbetriebs mittels einer Regelschaltung die Heizspannung der Röntgenröhre in Ab­ hängigkeit von einem Vergleich zwischen einem ermittelten Istwert der Heizspannung und einem einstellbaren Heizspannungs-Sollwert geregelt, wobei in die Regelung zu­ sätzlich ein Raumladungs-Kompensationssignal und ein Leckstrom-Kompensations­ signal eingehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgendiagnosevorrichtung zu schaf­ fen, die während des Vorheizbetriebs eine Konstanthaltung des Heizstrom-Mittelwertes erlaubt, ohne daß der Heizstrom gemessen werden muß.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Röntgendiagnosevorrichtung der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Heizstrom-Steuerschaltung, die wäh­ rend des Vorheizbetriebs über die Phasenanschnittsteuerschaltung den der Röntgen­ röhre zugeführten Heizstrom in Abhängigkeit von dem Ist-Wert der Versorgungsspan­ nung der Röntgendiagnosevorrichtung so einstellt, daß das zeitliche Mittel des Heiz­ stroms bei Änderung der Versorgungsspannung konstant bleibt.

Bei einer mit einem Differenzverstärker ausgestatteten Röntgendiagnosevorrichtung zeigt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der in der Heizstromsteuerschaltung an­ geordnete Differenzverstärker vorzugsweise ein nicht-lineares Verhalten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Röntgendiagnosevorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 Signalverläufe, die die Wirkung der wesentlichen Schaltungsstufen er­ kennen lassen,

Fig. 3 ein Teilschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfin­ dung und

Fig. 4 die Abhängigkeit des Ausgangssignals der Heizstrom-Steuerschaltung von der Versorgungsspannung.

Die in Fig. 1 dargestellte Röntgenröhre 1 weist einen Heizfaden F und eine Anode A auf. Mittels eines Hochspannungstransformators T1 wird die Versorgungsspannung e, in der Regel Netzspannung, hochtransformiert und der Röntgenröhre 1 zugeführt. Bei dem Hochspannungstransformator T1 kann es sich um einen normalen hochtransformieren­ den Transformator handeln. Es kann aber auch ein Festspannungstransformator ver­ wendet werden, um die an die Röntgenröhre 1 angelegte Spannung konstant zu halten.

Der Hochspannungstransformator T1 weist eine an die Versorgungsquelle angeschlos­ sene Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen auf, die mit dem Heizfaden F bzw. der Anode A der Röntgenröhre verbunden sind.

Eine Röhrenstrom-Regelschaltung ist an die mit dem Heizfaden F verbundene Sekun­ därwicklung des Hochspannungstransformators T1 angeschossen, während die Primär­ seite des Hochspannungstransformators T1 mit einer Heizstrom-Steuerschaltung über einen Vorheizschalter SW1 und einen abwärtstransformierenden Transformator T3 ver­ bunden ist. Ein Heiztransformator T2 ist parallel zu dem Hochspannungstransforma­ tor T1 über einen Schaltregler mit einer Schaltstufe 6 geschaltet, der auf der Primärseite liegt und mittels dessen eine Phasenregelung der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung erfolgt.

Der Vorheizschalter SW1, ein Röntgenbestrahlungsschalter SW2 und ein mit dem Schalter SW2 gekoppelter Schalter SW3 stellen Betriebsart-Wählschalter dar. Die Röh­ renstrom-Regelschaltung regelt während des Röntgenbestrahlungsbetriebes den durch die Röntgenröhre 1 fließenden Strom iF in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem Ist-Wert des Röntgenröhrenstromes und einem Soll-Wert dieses Stromes, der von einer voreingestellten Bezugsspannung E1 dargestellt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der durch die Röntgenröhre 1 fließende Strom iF mittels eines mit der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators T1 verbundenen Meßwiderstandes R1 in ein Spannungssignal Vh umgesetzt, und das er­ faßte Signal Vh wird einer Integrationsschaltung 2 zugeführt, wo die Differenz dieses Signals und der Bezugsspannung E1 zur Bildung eines Regelsignals Vd integriert wird.

Die Integrationsschaltung 2 weist einen Operationsverstärker OP2 und einen Integra­ tionskondensator C2 auf. Der Sollwert für den Röhrenstrom iF wird über die Bezugs­ spannung E1 eingestellt, welche dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers OP2 zugeführt wird. Zwischen dem Meßwiderstand R1 und der Integrations­ schaltung 2 liegt ein Pufferverstärker OP1, der aus einer oder mehreren Spannungsfol­ gerstufen aufgebaut ist. Die Gleichspannungsamplitude wird durch einen Wider­ stand R2 in Verbindung mit dem Eingangswiderstand des Operationsverstärkers OP2 bestimmt.

Der Heizstrom-Steuerschaltung geht die mittels des Transformators T3 heruntertrans­ formierte Versorgungsspannung e zu. Dem Transformator T3 sind eine Gleichrichter­ brücke RFD, eine Gleichrichterdiode D3 und ein Glättungskondensator C1 nachge­ schaltet. An dem Glättungskondensator C1 tritt eine der Versorgungsspannung entspre­ chende geglättete Gleichspannung auf. Aus dieser wird über eine aus Widerständen R4 und R5 bestehende Spannungsteilerschaltung eine der Versorgungsspannung e entspre­ chende Istspannung Vb erhalten. Die erfaßte Istspannung Vb wird einem Differenzver­ stärker 3 zugeführt. Der Differenzverstärker 3 bildet und verstärkt die Differenz zwi­ schen der Istspannung Vb und einer Bezugsspannung E2, die kleiner als die Bezugs­ spannung E1 der Integrationsschaltung 2 eingestellt ist und den Sollwert für den der Röntgenröhre 1 während des Vorheizbetriebes zugeführten Heizstrom darstellt.

Bei dem veranschaulichten Differenzverstärker 3 können die Bezugsspannung E2, ein Eingangswiderstand Rs und ein Rückkopplungswiderstand Rf so gewählt sein, daß eine näherungsweise lineare Ausgangskennlinie erhalten wird, wie dies in Fig. 4 bei a darge­ stellt ist. Um die dem Heizfaden zugeführte Energie auf einen vorbestimmten Wert einzustellen und eine noch glattere Startcharakteristik zu erzielen, wird vorzugsweise jedoch die Heizfadenkennlinie mit in Betracht gezogen und ein nichtlineares Element (z. B. eine Kombination von Widerstand und Diode) im Rahmen des Widerstandsnetzwerkes Rs und Rf vorgesehen, um eine nichtlineare Ausgangskennlinie zu erhalten, wie sie in Fig. 4 bei b veranschaulicht ist. Eine Wählschaltung 4 weist Dioden D1 und D2 auf, de­ ren Kathoden untereinander verbunden sind. Während des Vorheizbetriebes wird das Ausgangssignal der Heizstrom-Steuerschaltung einer Phasenanschnittsteuerschaltung 5 zugeführt, während im Zuge des Röntgenbestrahlungsbetriebes das Ausgangssignal der Röhrenstrom-Regelschaltung an die Phasenanschnittsteuerschaltung 5 geht. Die Anode der Diode D1 ist mit dem Ausgang der Röhrenstrom-Regelschaltung über einen Widerstand R3 verbunden, während die Anode der Diode D2 an den Ausgang der Heizstrom-Steuerschaltung angeschlossen ist. Die untereinander verbundenen Katho­ den der Dioden D1 und D2 liegen über einen Widerstand R6 und den Betriebsart- Wählschalter SW3 an Masse, während die Anode der Diode D1 mit der Phasenan­ schnittsteuerschaltung 5 in Verbindung steht.

Die Phasenanschnittsteuerschaltung 5 reguliert die Einschaltdauer der Schaltstufe 6 ent­ sprechend dem Wert einer Ausgangsspannung Ve, die über die Wählschaltung 4 zuge­ führt werden kann. Der Zündwinkel R wird so eingestellt, daß die dem Heizfaden F zu­ geführte Spannung Vg ansteigt, wenn der Wert der Ausgangsspannung Ve größer wird. Es handelt sich also um eine sogenannte Phasenanschnittsteuerung, bei der eine ent­ sprechende Taktung der dem Heizfaden zugehenden Speisespannung bzw. des Speise­ stromes erfolgt. Für eine solche Triggerimpulserzeugung kann als Zündelement ein pro­ grammierbarer Unÿunktion-Transistor (PUT), ein Unÿunktion-Transistor (UJT) oder dergleichen vorgesehen sein. Die mittels des Ausgangsimpulses Vf der Phasenwinkelan­ schnittsteuerschaltung 5 gesteuerte Schaltstufe 6 kann auch als herkömmliche Leistungs­ schaltstufe aufgebaut sein, beispielsweise aus einer Kombination von Triac, Impulstrans­ formator und dergleichen.

Die in Fig. 2 dargestellten Signale a bis h sind die an den betreffenden Stellen a bis h der Fig. 1 auftretenden Signale.

Wenn der (nicht veranschaulichte) Schalter der Stromquelle eingeschaltet wird, schaltet der Schalter SW1 ein. Der Schalter SW3 befindet sich im eingeschalteten Zustand, um sowohl die Röhrenstrom-Regelschaltung als auch die Heizstrom-Steuerschaltung wirksam werden zu lassen. Der Schalter SW2 liegt im Aus-Zustand, so daß keine Ver­ sorgungsspannung e an die Röntgenröhre angelegt wird. Die Vorrichtung befindet sich im Vorheizbetrieb. In diesem Vorheizbetrieb wird der Integrationsschaltung 2 ein dem Röhrenstrom iF entsprechendes Signal zugeführt; der Treiberpegel (d. h. der Treiberpe­ gel + Vcc des Operationsverstärkers OP2) der Integrationsschaltung 2 steigt an.

In der Heizstrom-Steuerschaltung wird der Differenzverstärker 3 mit einer der Ver­ sorgungsspannung e entsprechenden Istwert-Spannung Vb beaufschlagt, so daß sein Ausgangssignal Vc einen Wert annimmt, welcher der Differenz zwischen der Bezugs­ spannung E2 und der Istwert-Spannung Vb, multipliziert mit dem betreffenden Verstär­ kungsfaktor, entspricht. Der Wert, der auftritt, wenn keine Schwankung der Versor­ gungsspannung vorliegt, ist in Fig. 2 bei E2 dargestellt.

Die Ausgangsspannung Vc der Heizstrom-Steuerschaltung ist kleiner als die Ausgangsspannung Vd der Röhrenstrom-Regelschaltung, so daß die Diode D1 der Wählschaltung 4 sich in leitendem Zustand befindet. Infolgedessen wird die der Phasenanschnittsteuerschaltung 5 zugeführte Ausgangsspannung Ve auf einen Wert Vc gesenkt, der näherungsweise der Ausgangsspannung der Heizstrom-Steuerschaltung entspricht. Die Schaltstufe 6 wird daher bei der der Ausgangsspannung Vc (Ve=Vc) der Heizstrom- Steuerschaltung entsprechende Phase getriggert, und der Heiztransformator T2 wird mit der Heizspannung Vg beaufschlagt. Wenn aufgrund von Schwankungen die Versorgungsspannung ansteigt, nimmt der Pegel der der Phasenanschnittsteuerschaltung 5 zugeführten Ausgangsspannung Ve ab, weil das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 3 der Differenz zwischen der Bezugsspannung E2 und der Istwertspannung Vb entspricht. Die Zeit der Erzeugung des Ausgangsimpulses Vf der Phasenanschnittsteuerschaltung wird verzögert, und der Zündwinkel der Heizspannung wird durch die Schaltstufe 6 verkleinert. Das heißt, wenn der Zündwinkel der Heizspannung Vg verringert wird, um einen Anstieg der Versorgungsspannung e zu kompensieren, geschieht dies in der Weise, daß der effektive Heizstrom größer wird.

Wenn bei einer Versorgungsspannungsschwankung die Versorgungsspannung e kleiner wird, steigt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 3 an, wodurch der Pegel der der Phasenanschnittsteuerschaltung 5 zugeführten Ausgangsspannung Ve größer wird. Der Zeitpunkt der Erzeugung des Ausgangsimpulses Vf wird zeitlich vorverlegt und der Zündwinkel wird durch die Schaltstufe 6 vergrößert (in Fig. 2 ist R1≦R2≦R3). Dies bedeutet, daß der Zündwinkel der Heizspannung Vg zur Kompensation der Versorgungsspannung vergrößert wird.

Aufgrund der vorstehend erläuterten Betriebsweise wird der Heizstrom auf einen vorgegebenen Pegel stabilisiert, wobei Schwankungen der Versorgungsspannung während der Vorheizphase gut kompensiert werden. Der Anstieg des Röhrenstromes zum Zeitpunkt der Röntgenbestrahlung nach Abschluß der Vorheizung erfolgt gleichmäßig und in kontrollierter Weise.

Nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Vorheizbetriebes schließt sich der Röntgenbestrahlungsbetrieb an. Das heißt, der Schaler SW2 wird eingeschaltet, während gleichzeitig der Betriebsart-Wählschalter SW3 ausgeschaltet wird. Die Dioden D1 und D2 sperren, so daß die Heizstrom-Steuerschaltung von der Phasenanschnittsteuerschaltung 5 abgetrennt wird. Der Phasenanschnittsteuerschaltung wird jetzt das Ausgangssignal Vd (Ve=Vd) der Röhrenstrom-Regelschaltung zugeführt.

In der Röhrenstrom-Regelschaltung wird die Differenz zwischen der dem Röhrenstrom iF entsprechenden Istwert-Spannung VF und dem Bezugssignal E1 integriert, und das Ausgangssignal wird als Regelsignal benutzt. Wenn daher der stabilisierte Bereich erreicht ist, wird die Regelung auf einen bestimmten Pegel durch die Bezugsspannung E1 bestimmt (in Fig. 2 mit Ref E1 bezeichnet). Die Intensität der abgegebenen Röntgenstrahlen wird auf diese Weise stabilisiert.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse bei einem Absinken der Versorgungsspannung. Regelvorgänge in umgekehrter Richtung erfolgen, wenn die Versorgungsspannung ansteigt.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die der Röntenröhre 1 zugeführte Versorgungsspannung mittels einer Vollweg-Gleichrichterschaltung 7 gleichgerichtet. Außerdem erfolgt eine Vollweggleichrichtung der an dem Meßwiderstand R1 auftretenden Wechselspannung mittels einer Gleichrichterbrücke 8. Der derart gleichgerichtete Strom wird der Integrationsschaltung der Röhrenstrom-Regelschaltung zugeführt. Im übrigen entspricht die Schaltungsauslegung derjenigen gemäß Fig. 1. Entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine weitere Erläuterung erübrigt sich.

Claims (2)

1. Röntgendiagnosevorrichtung, die zwischen einem Vorheizbetrieb und einem Bestrahlungsbetrieb umschaltbar ist, mit einer Phasenanschnittsteuerschaltung, die sowohl im Vorheizbetrieb als auch im Bestrahlungsbetrieb den Phasenwinkel einer für die Heizung der Röntgenröhre zur Verfügung stehenden Wechselspannung beeinflußt, und mit einer Röhrenstrom-Regelschaltung, die während des Bestrahlungsbetriebes über die Phasenanschnittsteuerschaltung den durch die Röntgenröhre fließenden Strom in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem Ist- Wert und dem Soll-Wert des Röntgenröhrenstromes regelt, gekennzeichnet durch eine Heizstrom-Steuerschaltung, die während des Vorheizbetriebes über die Phasenanschnittsteuerschaltung (5) den der Röntgenröhre (1) zugeführten Heizstrom in Abhängigkeit von dem Ist-Wert der Versorgungsspannung (e) der Röntgendiagnosevorrichtung so einstellt, daß das zeitliche Mittel des Heizstroms bei Änderung der Versorgungsspannung konstant bleibt.

2. Röntgendiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Differenzverstärker, da­ durch gekennzeichnet, daß der in der Heizstromsteuerschaltung angeordnete Differenzverstärker (3) ein nicht-lineares Verhalten zeigt.