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Röntgenapparat mit einer Vorrichtung zum Uberlastungsschutz der Röntgenröhre
bei der Herstellung einer Serie von Röntgenaufnahmen Die Erfindung betrifft einen
Röntgenapparat mit einer Einrichtung zur Herstellung von Serienaufnahmen und bezieht
sich auf eine Sicherheitsvorrichtung gegen Überlastungen der Röntgenröhre (Überlastungsschutzvorrichtung).
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Die zulässige Belastung einer Röntgenröhre bei der Herstellung von
Aufnahmeserien hängt außer von den Betriebswerten der Einzelaufnahme (Spannung,
Strom und Zeit) auch von den unter Umständen innerhalb einer Serie verschieden langen
Pausen zwischen den Einzelaufnahmen (Bildfrequenz) und der Einzelaufnahmezahl innerhalb
einer Aufnahmeserie (Seriendauer) ab. Eine Überlastungsschutzvorrichtung, die bei
freier Einstellbarkeit dieser Einflußgrößen auch für jede Aufnahmeserie eine maximale
Belastung der Röntgenröhre zuläßt, müßte einen sehr komplizierten Aufbau haben,
wenn sie bei optimaler Ausnutzung der jeweils zulässigen Belastung (Grenzlast) einen
zuverlässigen Überlastungsschutz bieten sollte.
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Eine bekannte Überlastungsschutzvorrichtung basiert daher auf dem
Gedanken, die Überlastungsschutzvorrichtung für Einzelaufnahmen auch für den Überlastungsschutz
bei Serienaufnahmen zu benutzen, indem diese Schutzvorrichtung nicht entsprechend
dem Zeitwert der Einzelaufnahme, sondern dem Summenzeitwert aller Einzelaufnahmen
der Serie eingestellt wird. Nach einem solchen Verfahren würde die Grenzbelastung
der Röntgenröhre gerade dann erreicht werden, wenn die vorgesehenen Einzelaufnahmen
pausenlos aneinandergereiht werden. Praktisch läßt sich mit der bekannten Vorrichtung
daher wegen der in Wirklichkeit stets vorhandenen Aufnahmepausen keine hundertprozentige
Ausnutzung der Röntgenröhrenbelastbarkeit erzielen. Dieser Ein schränkung steht
aber der wesentliche Vorteil einer großen konstruktiven Einfachheit der Überlastungsschutzvorrichtung
gegenüber.
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Die vorliegende Erfindung hat eine überlastungsschutzvorrichtung zum
Ziel, die eine bessere Ausnutzung -der Röntgenröhrenbelastungsfähigkeit als die
bekannte Vorrichtung gestattet, ohne deren einfachen Aufbau wesentlich zu komplizieren.
Die Erfindung geht dabei-von einer Belastungsregel aus, die besagt, daß ein Überlastungsschutz
für Serienaufnahmen gewährleistet ist, wenn die Summe der Röntgenröhrenenergie (kWs)
aller Einzelaufnahmen nicht größer ist als die zulässige Röntgenröhrenenergie für
eine Einzelaufnahme, deren Aufnahmedauer der Seriendauer entspricht, und wenn ferner
für die einzelnen Einzelaufnahmen der Serie ein bestimmter Bruchteil der bei einer
Einzelaufnahme zulässigen Röntgenröhrenenergie nicht überschritten wird.
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Dieser Regel folgend,, ist der Röntgenapparat nach der Erfindung gekennzeichnet
durch Mittel zur Erfassung einer der Summenenergie aller Einzelaufnahmen der Serie
entsprechenden Gröle und durch Mittel zum Vergleich dieser Größe mit einer diejenige
Röntgenröhrenenergie repräsentierenden Größe, welche für eine Einzelaufnahme zulässig
ist, deren Aufnahmedauer der Seriendauer entspricht, wobei weitere Mittel vorgesehen
sind, welche die Vergleichsergebnisse zur Anzeige bringen oder/und bei unzulässigen
Betriebswertekombinationen die Einschaltung der Röntgenröhre verhindern.
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Die Regeln, von denen die Erfindung ausgeht, sollen zunächst an Hand
eines Schaubildes erläutert werden.
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Die Kurve 1 der Fig. 1 gibt den Zusammenhang zwischen der auf der
Abszisse aufgetragenen Aufnahmedauer und der auf der Ordinate angegebenen maximal
zulässigen Röntgenröhrenenergie für eine Einzelaufnahme wieder.
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Bei einer kontinuierlichen Aufnahme erfolgt die Energiezufuhr zur
Röntgenröhre bei einer bestimmten, durch Röntgenröhrenstrom und -spannung gegebenen
Röhrenleistung z. B. gemäß der Geraden z. Bei einer Serienaufnahme mit äquidistanten
Aufnahmen und gleichen Einzelbelastungen wächst die Röhrenbelastung z. B. gemäß
der Treppenkurve 3, wenn man für die Aufnahmeserie durch Wahl geeigneter Betriebswerte
die gleiche Gesamtbelastung wie im Falle der kontinuierlichen Aufnahme gemäß der
Geraden 2 vorsieht und die Seriendauer der Dauer dieser Einzelaufnahme entspricht.
Ein Vergleich der Kurve 2 mit der ihr weitgehend angeglichenen Kurve 3 ergibt, daß
die
Belastungsverhältnisse i-iri 'beiden Fällen angenähert die gleichen sein müssen.
Für eine Serie mit äquidistanten Einzelaufnahmen genügt es daher, wenn lediglich
die erste der obengenannten Bedingungen eingehalten wird.
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Wenn die Aufnahmefrequenz in der ersten Phase der Serie dagegen höher
ist als in der Endphase der Serie, wie es in der Fig, _1 durch die gestrichelte
Treppenkurve 3 a veränschahlicht ist; so lassen sich die Belastungsverhältnisse:
'nicht ohne weiteres übersehen.
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Es wurde nun gefunden, daß es bei Serienaufnahmen nur in der ersten
Phase der Serie, und zwar in einem Bereich bis zu etwa 4 Sekunden, unzulässig ist,
eine größere mittlere Belastung zu überschreiten, als es einer der Dauer dieser
Phase entsprechenden .Einzelbelastung entspricht. -Das heißt, die Treppenkurve der
Belastung darf bei einer Serienaufnahme mit ungleichmäßiger Aufnahmefrequenz im
Diagramm der Fig. 1 eine Linie nicht überschreiten, die einer Belastungslinie für
eine Röntgenaufnahme mit höchstzulässiger Belastung- -von 4 Sekunden Dauer entspricht.
Nach 4 Sekunden Aufnahmedauer darf die Belastungskurve dagegen nahe unterhalb der
Kurve 1 entlanglaufen. Das -hat seinen Grund darin, daß in diesem Bereich die weitere
Belastung im wesentlichen nur durch die Abkühlung (Wärmeableitung, Wärmeabstrahlung)
der Anode bestimmt ist.
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Man hat daher bei Serienaufnahmen mit ungleichmäßiger Aufnahmefrequenz
zusätzlich dafür zu sorgen, daß die Belastungstreppenkurve sich nicht über eine
Linie 2 d (Fig. 1) hinaus erhebt. Man erreicht das, indem man für die Einzelaufnahme
nur eine bestimmte Energie zuläßt. Die Röntgenröhrenenergie der Einzelaufnahme bestimmt
nämlich in Verbindung mit der minimalen Pausendauer, die wegen des Filmtransports
einen Grenzwert nicht unterschreiten kann, die maximal mögliche mittlere Steigung
der Belastungstreppenkurve.
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An Hand der Fig.2 sollen jetzt Schaltungsanordnungen erläutert werden,
mit denen sich die geforderten Bedingungen einhalten lassen. Fig.2 stellt eine Potentiometeranordnung
in Kaskadenschaltung dar, welche eine elektrische Spannung gewinnen läßt, die dem
Produkt der Betriebswerte Röntgenröhrenspannung, Stromzeitprodukt und Aufnahmezahl
(kV - mAsec - n) einer Aufnahmeserie entspricht. In an sich bekannter Weise geschieht
dies dadurch, daß je einer der verstellbaren Abgriffe 11, 12, 13 der Potentiometerwiderstände
14, 15, 16 mit je einer der nicht dargestellten Einstellvorrichtungen für
die genannten Betriebsgrößen gekuppelt ist. An dem Potentiometerwiderstand 17 wird
durch den Abgriff 18 eine Spannung eingestellt, die der für eine Gesamtseriendauer
T zulässigen kWsec-Belastung der Röntgenröhre proportional ist. Die Spannungscharakteristiken
an den gegeneinandergeschalteten Potentiometern 16 und 17 sind so
gewählt, daß sich die Differenzspannung Null ergibt, wenn das am Röntgenapparat
für die Aufnahmeserie durch Wahl der Größen kV, mAsec und n eingestellte kWsec-Produkt
dem für die Seriendauer T höchstzulässigen kWsec-Produkt entspricht.
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Ein in die Verbindungsleitung der beiden Abgriffe 13 und 18 eingeschaltetes
Instrument 19 dient zur Anzeige der Differenzspannung und ein damit in Reihe geschaltetes
polarisiertes Relais 20 zur Blockierung des Röntgenapparates, wenn an dem Potentiometer
16 eine höhere Spannung eingestellt ist als an dem Potentiometer 17.
In der
Fig. 3 ist eine Potentiometeranordnung dargestellt, mit der die Bildung einer dem
voreingestellten kWs-Produkt entsprechenden Spannung durch Addition von Spannungen
erfolgt, welche den Logarithmen der Betriebswerte kV, mAsec und n proportional sind.
Die -den Potentiometerwiderständen 14, 15, 16 nach Fig. 2 entsprechenden Potentiometerwiderstände
14a, 15d, 16a sind hier mit ihren Abgriffen 11a, 12a, 13a in Reihe
geschaltet. Der Summenspannung der abgegriffenen Potentiometerspannungen ist mit
Hilfe des dem Potentiometer 17, 18 nach Fig. 2 entsprechenden Potentiometers 17a,
18a eine Spannung entgegengeschaltet, die dem Logarithmus der zulässigen Energie
für die voreingestellte Gesamtseriendauer T proportional ist. In den Gesamtkreis
sind wiederum ein Anzeigeinstrument 19a und ein Relais 20 a mit denselben Funktionen
wie im Falle der Anordnung nach Fig. 2 eingeschaltet.
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Die Anordnungen der Fig. 2 und 3 berücksichtigen die Forderung, daß
die Summe der Röntgenröhrenenergie (kWs) aller Einzelaufnahmen nicht größer ist
als die zulässige Röntgenröhrenenergie für eineEinzelaufnahme, deren Aufnahmedauer
der Seriendauer entspricht. Sie gewähren daher einen ausreichenden Schutz für Serien
mit äquidistanten Einzelaufnahmen.
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Die für Serien mit unterschiedlichen Aufnahmepausen einzuhaltende
zusätzliche Bedingung, wonach bei jeder Einzelbelastung eine bestimmte Energie nicht
überschritten werden darf, läßt sich durch eine Anordnung nach Fig. 4 einhalten.
Diese Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig.3 durch ein zusätzliches
Potentiometer 21, dessen abge-Summ.enspannung der Potentiometer 14a und 15a und
15a abgegriffenen Spannungen über ein Instrument 23 und ein Relais 24 entgegengeschaltet
ist. Die Summenspannung der Potentiometer 14d und 14a stellt ein Maß für die Energie
einer Einzelaufnahme dar. Übersteigt sie einen am Potentiometerwiderstand 21 durch
den Abgriff 22 eingestellten Wert, so wird dies vom Instrument 23 angezeigt, und
das Relais 24 verhindert die Einschaltung der Röntgenröhre.
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Die Reihenschaltung der Potentiometerwiderstände 14 a, 15 a, die in
der Fig. 5 noch einmal gesondert dargestellt ist, kann weiter dazu dienen, die Aufnahmedauer
einer Einzelaufnahme der Serie zu ermitteln und in Abhängigkeit von vorgebbaren
Grenzwerten für diese Aufnahmedauer Steuerbefehle auszulösen. Zu diesem Zweck ist
das positive Ende des Potentiometerwiderstandes 14a an das positive Ende eines zusätzlichen
Potentiometerwiderstandes 26 angeschlossen, dessen veränderbarer Abgriff
27 über ein polarisiertes Relais 28 mit dem Abgriff 12a des Potentiometers 15a verbunden
ist. Zwischen dem Abgriff 12a und dem positiven Ende des Potentiometers 14a liegt
ein Spannungsmeßinstrument 25. Für den Fall, daß die Einstellung des Röntgenröhrenstromes
immer in Abhängigkeit von der frei einstellbaren Röntgenröhrenspannung zwangläufig
im Sinne einer konstantbleibenden Röntgenröhrenleistung erfolgt, ist die Aufnahmedauer
eindeutig durch die Betriebswerte Röntgenröhrenspannung und mAsec-Produkt bestimmt.
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Sorgt man dafür daß die Spannung am Potentiometer 14a dem Logarithmus
der konstantbleibenden Röhrenleistung U - i proportional ist, so ist - da die vom
linken Ende des Potentiometers 14a abgegriffene Spannung dem Logarithmus der Röhrenspannung
protortional sein soll - nach der Gleichung p - log U - i = p - log
U -I- p - log i (mit p als dem für die Verknüpfung zwischen den Hilfsspannungen
und
den Logarithmen der Betriebsgrößen gewähltem Proportionalitätsfaktor)
die vom rechten Ende des Potentiometers 14z abgegriffene Spannung demLogarithmus
des Röntgenröhrenstromes proportional. Schaltet man diese Spannung daher der vom
linken Ende des mAsec-Potentiometers 15a abgegriffenen Spannung entgegen, so ist
die resultierende Spannung dem Logarithmus der Aufnahmezeit proportional. Das den
gegeneinandergeschalteten Widerstandsteilen parallel geschaltete Spannungsmeßinstrument
25 läßt sich daher in Sekunden eichen und zur Anzeige der Einzelaufnahmedauer benutzen.
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Bei einer bestimmten Serienfrequenz darf die Dauer der Einzelaufnahme
einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Die mit den Potentiometern und Abgriffen
14 a, 11 a und 15 a, 12 a in der eben geschilderten Weise gewonnene
Spannung wird daher mit einer an dem Potentiometerwiderstand 26 eventuell
in Abhängigkeit von der eingestellten maximalen Serienfrequenz selbsttätig einstellbaren
Sollspannung verglichen, und das Relais 28 kann zur Sperrung des Apparates dienen,
wenn eine unzulässige Einzelaufnahmedauer eingestellt wurde.