DE1083441B

DE1083441B - X-ray apparatus with a device for overload protection of the X-ray tubes during the production of a series of X-ray recordings

Info

Publication number: DE1083441B
Application number: DES60579A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Bischoff; Dipl-Ing Ottfried Schott
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1958-11-11
Filing date: 1958-11-11
Publication date: 1960-06-15

Description

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).X-ray apparatus with a device for overload protection of the X-ray tube in the production of a series of radiographs. The invention relates to a X-ray machine with a device for the production of serial exposures and refers rely on a safety device against overloading the X-ray tube (overload protection device).

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.The permissible load on an X-ray tube in the manufacture of The exposure series depends on the operating values of the individual exposure (voltage, Current and time) also of the different lengths within a series Pauses between the individual exposures (frame rate) and the number of individual exposures within a series of recordings (series duration). An overload protection device that works with free adjustability of these influencing variables also a maximum for each exposure series Load of the X-ray tube would have to have a very complicated structure, if they one with optimal utilization of the respectively permissible load (limit load) should provide reliable overload protection.

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.A known overload protection device is therefore based on the Thoughts, the overload protection device for single shots also for overload protection to use for continuous shooting by not using this protective device accordingly the time value of the individual recording, but the total time value of all individual recordings the series is discontinued. Such a procedure would limit the exposure the X-ray tube can be achieved when the intended individual exposures be lined up non-stop. Can be practically with the known device therefore not a hundred percent because of the actually always existing recording breaks Achieve utilization of the X-ray tube load capacity. This restriction stands but the main advantage of a great structural simplicity of the overload protection device opposite to.

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.The present invention has an overload protection device for Aim to make better use of the x-ray tube loading capacity than that known device, without significantly complicating its simple structure. The invention is based on a load rule which states that an overload protection for serial exposures is guaranteed if the sum of the X-ray tube energy (kWs) of all individual exposures is not greater than the permissible X-ray tube energy for a single recording, the recording duration of which corresponds to the series duration, and if further a certain fraction of that for one for the individual shots in the series Single exposure permissible X-ray tube energy is not exceeded.

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.Following this rule, the X-ray apparatus is characterized according to the invention by means of recording one of the total energy of all individual recordings in the series corresponding sizes and by means of comparing this size with one that X-ray tube energy representing quantity that is permissible for a single exposure whose recording duration corresponds to the series duration, with additional funds being provided which display the comparison results and / or inadmissible Combinations of operating values prevent the X-ray tube from being switched on.

Die Regeln, von denen die Erfindung ausgeht, sollen zunächst an Hand eines Schaubildes erläutert werden.The rules on which the invention is based should first be on hand a diagram can be explained.

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.The curve 1 of Fig. 1 shows the relationship between the on the Recording time plotted on the abscissa and the maximum indicated on the ordinate permissible X-ray tube energy for a single exposure.

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.In the case of continuous recording, the energy is supplied to the X-ray tube at a certain current and voltage given by the X-ray tube Tube power z. B. according to the straight line z. For a series of pictures with equidistant Recordings and the same individual loads, the tube load z. B. according to of the step curve 3, if one for the series of exposures by selecting suitable operating values the same total load as in the case of continuous intake according to the Provides straight line 2 and the series duration corresponds to the duration of this single exposure. A comparison of curve 2 with curve 3, which is largely aligned with it, shows that the Load ratios must be approximately the same in both cases. For a series with equidistant individual exposures, it is therefore sufficient if only the first of the above conditions is met.

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.If, on the other hand, the recording frequency is higher in the first phase of the series is as in the final stages of the series, as shown in Fig, _1 by the dashed line Stair curve 3 a is veränschahlicht; so the load conditions can be: 'not easily overlooked.

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.It has now been found that in the case of serial exposures only in the first Phase of the series, in a range of up to approx. 4 seconds, is not permitted, to exceed a greater mean load than one of the duration of this Phase corresponds to the individual load. -That is, the staircase curve of the Load may be allowed in the case of a series recording with an uneven recording frequency in the Diagram of Fig. 1 does not exceed a line that is a load line for corresponds to an X-ray exposure with the maximum permissible exposure - of 4 seconds duration. After 4 seconds of exposure, however, the load curve may be close to below the Walk along curve 1. The reason for this is that in this area the further Load essentially only through cooling (heat dissipation, heat radiation) the anode is determined.

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.One has therefore with series recordings with an uneven recording frequency in addition to ensuring that the load staircase curve does not have a Line 2 d (Fig. 1) also rises. You can do that by going for the single shot only allows a certain energy. The X-ray tube energy of the individual exposure is determined namely in connection with the minimal pause due to the film transport cannot fall below a limit value, the maximum possible mean slope the load staircase curve.

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.Circuit arrangements with which the required conditions can be met will now be explained with reference to FIG. 2 shows a potentiometer arrangement in a cascade circuit, which allows an electrical voltage to be obtained which corresponds to the product of the operating values of the X-ray tube voltage, the current-time product and the number of exposures (kV - mAsec - n) of a series of exposures. This is done in a manner known per se in that one of the adjustable taps 11, 12, 13 of the potentiometer resistors 14, 15, 16 is coupled to one of the setting devices (not shown) for the said operating parameters. At the potentiometer resistor 17, a voltage is set by the tap 18, which is proportional to the kWsec load of the X-ray tube permissible for a total series duration T. The voltage characteristics at the potentiometers 16 and 17 connected against each other are selected in such a way that the differential voltage is zero if the kWsec product set on the X-ray apparatus for the exposure series by selecting the values kV, mAsec and n corresponds to the maximum kWsec product permitted for the series duration T. .

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.An instrument 19 connected to the connecting line of the two taps 13 and 18 is used to display the differential voltage and a polarized relay 20 connected in series with it is used to block the X-ray apparatus when a higher voltage is set on potentiometer 16 than on potentiometer 17. In the 3 shows a potentiometer arrangement with which a voltage corresponding to the preset kWs product is formed by adding voltages which are proportional to the logarithms of the operating values kV, mAsec and n. The potentiometer resistors 14a, 15d, 16a corresponding to the potentiometer resistors 14, 15, 16 according to FIG. 2 are connected in series here with their taps 11 a, 12a, 13 a. With the aid of the potentiometer 17a, 18a corresponding to the potentiometer 17, 18 according to FIG. A display instrument 19a and a relay 20a with the same functions as in the case of the arrangement according to FIG. 2 are in turn switched into the overall circuit.

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.The arrangements of FIGS. 2 and 3 take into account the requirement that the sum of the X-ray tube energy (kWs) of all individual exposures is not greater than the permissible X-ray tube energy for a single exposure, its exposure time corresponds to the series duration. They therefore provide sufficient protection for series with equidistant single images.

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.The one to be observed for series with different recording breaks additional condition, according to which a certain energy is not with each individual load may be exceeded, can be complied with by an arrangement according to FIG. This arrangement differs from the arrangement according to FIG. 3 by an additional one Potentiometer 21, whose total voltage of the potentiometers 14a and 15a and 15a tapped voltages via an instrument 23 and a relay 24 are switched in the opposite direction is. The total voltage of the potentiometers 14d and 14a is a measure of the energy a single recording. If it exceeds one on the potentiometer resistor 21 the value set to tap 22, this is indicated by instrument 23, and the relay 24 prevents the switching on of the X-ray tube.

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.The series connection of the potentiometer resistors 14 a, 15 a, which is shown again separately in FIG. 5, can also serve to determine the recording duration of an individual recording of the series and to trigger control commands as a function of predeterminable limit values for this recording duration. For this purpose, the positive end of the potentiometer resistor 14a is connected to the positive end of an additional potentiometer resistor 26 , the variable tap 27 of which is connected to the tap 12a of the potentiometer 15a via a polarized relay 28. A voltage measuring instrument 25 is located between the tap 12a and the positive end of the potentiometer 14a mAsec product determined.

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.If you make sure that the voltage at the potentiometer 14a is proportional to the logarithm of the constant tube power U - i, then - since the voltage tapped from the left end of the potentiometer 14a should be proportional to the logarithm of the tube voltage - according to the equation p - log U - i = p - log U -I- p - log i (with p as the proportionality factor chosen for the link between the auxiliary voltages and the logarithms of the operating variables) the voltage tapped from the right end of the potentiometer 14z is proportional to the logarithm of the X-ray tube current. If this voltage is therefore switched against the voltage tapped from the left end of the mAsec potentiometer 15a, the resulting voltage is proportional to the logarithm of the recording time. The voltage measuring instrument 25 connected in parallel to the oppositely connected resistance parts can therefore be calibrated in seconds and used to display the individual recording duration.

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.With a certain series frequency, the duration of the single recording must not exceed a certain value. The voltage obtained with the potentiometers and taps 14 a, 11 a and 15 a, 12 a in the manner just described is therefore compared with a nominal voltage that can be set automatically at the potentiometer resistor 26 depending on the set maximum series frequency, and the relay 28 can serve to block the device if an impermissible single recording duration has been set.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. X-ray apparatus with a device for overload protection of the X-ray tube during the production of a series of X-ray exposures, characterized by means for detecting a size corresponding to the total energy of all individual recordings in the series and by means for comparing this size with a value representing that X-ray tube energy, which for a single exposure is permissible, the recording duration of which corresponds to the series duration, with further means being provided which display the comparison results and / or prevent the X-ray tube from being switched on in the event of impermissible combinations of operating values.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that for detecting the total energy of all individual recordings in the series, each one of the adjustable taps on three potentiometers each with one of the setting devices for the X-ray tube voltage, for the mAsec product and are coupled for the number of continuous shots.

3. Apparatus according to claim 2, characterized characterized in that the potentiometers with their taps have a linear voltage characteristic are connected in cascade and in series with logarithmic voltage characteristics and that the resulting voltage across a measuring element is one from a further potentiometer tapped voltage is switched in the opposite direction, tapping it with an adjusting device is coupled for the entire duration of the series.

4. Apparatus according to claim 2, wherein the X-ray tube current setting depending on the freely adjustable X-ray tube voltage inevitably takes place in the sense of a constant X-ray tube output, thereby characterized in that when two potentiometers are connected in series, their taps with one of the setting devices for the X-ray tube voltage and the mAsee product are coupled, a voltage is used to display the individual exposure time, which by connecting the logarithm of the set mAsec product against each other proportional voltage and that after subtracting the logarithm of the set X-ray tube voltage proportional to that of the X-ray tube voltage setting associated with one proportional to the logarithm of the tube power that remains constant Voltage-fed potentiometer resistance remaining residual voltage is created.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that said residual voltage is connected across a measuring element of a voltage, that of another Potentiometer can be tapped, the tapping of which may be automatically dependent can be set from the set maximum serial frequency.