DE1167457B

DE1167457B - X-ray diagnostic apparatus with a controllable valve arranged in the high-voltage circuit

Info

Publication number: DE1167457B
Application number: DES83212A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Bischoff
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1963-01-10
Filing date: 1963-01-10
Publication date: 1964-04-09

Description

Röntgendiagnostikapparat mit einem im Hochspannungskreis angeordneten steuerbaren-Ventil Die Erfindung betrifft einen Röntgendiagnostikapparat mit einem im Hochspannungskreis angeordneten steuerbaren Ventil für die Ein- und Ausschaltung der Hochspannung und für deren Konstanthaltung sowie mit einem Kondensator für die Energielieferung an die Röntgenröhre und mit einem Hochspannungsgenerator für die Energienachladung des Kondensators.X-ray diagnostic apparatus with one arranged in the high-voltage circuit controllable valve The invention relates to an X-ray diagnostic apparatus with a Controllable valve arranged in the high-voltage circuit for switching on and off the high voltage and for keeping it constant as well as with a capacitor for the Energy supply to the X-ray tube and with a high voltage generator for the Energy recharge of the capacitor.

Die zunehmende Verkürzung der Aufnahmezeit bei gesteigerter Dosisleistung, die durch die immer größer werdende Leistungsfähigkeit der Röntgenröhren möglich geworden ist, hat zur Folge, daß das speisende Netz einer immer stärker werdenden impulsartig auftretenden Belastung ausgesetzt ist. Eine solche Belastungsart ist nur an Netzen mit einem gleichbleibend niedrigen Innenwiderstand wirtschaftlich möglich. Diese Voraussetzung ist aber häufig nicht gegeben. Es ist daher sinnvoll, den kurzzeitig auftretenden hohen Energiebedarf der Röntgenröhre in an sich bekannter Weise aus einem Kondensator zu decken. Von einem solchen Kondensatorapparat mit einem steuerbaren Ventil im Hochspannungskreis, bei dem die für die Aufladung des Kondensators vorhandene Stromquelle nach Beendigung der Aufladung des Kondensators, also vor Beginn der Aufnahme, abgeschaltet wird, ist bei der Erfindung ausgegangen.The increasing shortening of the exposure time with increased dose rate, made possible by the ever increasing performance of the X-ray tubes has become, has the consequence that the feeding network is becoming increasingly stronger is exposed to impulsive loads. One such type of load is only economical on networks with a consistently low internal resistance possible. However, this requirement is often not met. It is therefore useful to the short-term high energy requirement of the X-ray tube is known per se Way to cover from a capacitor. From such a condenser with a controllable valve in the high-voltage circuit, in which the charge for the Capacitor's current source after the capacitor has been charged, that is, before the start of the recording, is switched off, is assumed in the invention.

Diese Art der Energielieferung ausschließlich durch einen Kondensator ist allerdings dann nicht mehr sinnvoll, wenn, sie auch bei den schweren Langzeitaufnahmen, also Aufnahmen wenig strahlentransparenter Objekte, die eine große elektrische Energie erfordern, angewendet wird, denn die dazu erforderlichen Kondensatoren werden ebenso raumgreifend wie kostspielig.This type of energy delivery exclusively through a capacitor however, it is no longer useful if, even with heavy long-term exposures, So recordings of little radiation-transparent objects that have a large amount of electrical energy require, because the capacitors required for this are also used expansive and costly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile des reinen Kondensatorapparates mit geringstmöglichem technischem Aufwand zu vermeiden und gleichzeitig alle Steuer-, Regel- und Schaltvorgänge mit Hilfe eines steuerbaren Ventils im Hochspannungskreis durchzuführen.The invention is therefore based on the object described Disadvantages of the pure condenser apparatus with the least possible technical effort to avoid and at the same time all control, regulation and switching processes with the help a controllable valve in the high-voltage circuit.

Ziel der Erfindung ist der Entwurf eines Röntgendiagnostikapparates, der den guten Wirkungsgrad eines Drehstromapparates mit den bekannten Vorzügen eines Kondensatorapparates verbindet und der hinsichtlich des erforderlichen technischen Aufwandes den Drehstromapparat nicht übersteigt. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einer solchen Dimensionierung des Kondensators, daß seine gespeicherte Energie nur für die Deckung der für die Aufnahme von Objekten mit geringer Strahlenschwächung benötigten Energie von weniger als zwei Kilowattsekunden ausreicht, für die Energienachladung des Kondensators und für die Speisung der Röntgenröhre im Falle der Aufnahme von Objekten mit starker Strahlenschwächung eine kontinuierlich wirkende Stromquelle in Gestalt eines Drehstromhochspannungstransformators vorhanden ist, von dessen drei Sekundärwicklungen die eine mit einer Zweiweggleichrichtergruppe verbunden ist und die beiden anderen, die eine je um den Faktor 1 -geringere Windungszahl besitzen als die eine, in. Serie geschaltet und mit einer weiteren Zweiweggleichrichtergruppe verbunden sind, wobei jede Gleichrichtergruppe gleichstromseitig an je ,einem Kondensator für die Energielieferung angeschlossen ist, beide Gruppen in Serie geschaltet und in ihrer symmetrischen Mitte geerdet sind. Diese Zweiphasenschaltung hat gegenüber der Dreiphasenschaltung mit sechs Gleichrichtern insbesondere den Vorteil eines im. Hinblick auf den geerdeten Mittelpunkt vollkommen symmetrischen Gleichspannungskreäses, des neben der geringeren Spannungsbelastung aller hochspannungführenden Teile den Vorzug besitzt, die erforderliche Messung des Röhrenstroms mit Hilfe eines in der Nähe geerdeten Mittelpunktes .angeordneten Strommessers auf die bekannte einfache Weise zu ermöglichen. Gegenüber einem Einphasenapparat ergibt sich der Vorteil eines niedrigeren Primärstroms und einer symmetrischen Belastung des Netzes. Eine Symmetrie des Gleichstromkreises in Verbindung mit einer symmetrischen Belastung des speisenden Drehstromnetzes wäre grundsätzlich auch bei einer sekundärseitigen D.reiphasenschaltung des Hochspannungstransformators möglich, jedoch müßten dazu die einzelnen Sekundärwicklungen in zwei Teilwicklungen aufgeteilt werden, denen in bekannter Weise je eine Drehstromvollweggleichrichtergruppe mit je sechs Gleichrichtern zugeordnet ist, wobei die beiden Gruppen gleichstromseitig in Serie geschaltet und in der elektrischen Mitte geerdet sind. Dabei müßte jeder dieser zwölf Gleichrichter hinsichtlich seiner Spannungsfestigkeit so bemessen sein wie jeder der acht Gleichrichter bei der Schaltung nach der Erfindung. Ein solcher Apparat, der also neben hochspannungsfesten Steuerventilen auch noch zwölf Gleichrichter sowie Kondensatoren für die Speisung eines Teils des Energiebedarfs der Röntgenröhre besitzt, wäre zu aufwendig und würde dem Ziel der Erfindung widersprechen. Demgegenüber ist bei der Schaltung nach der Erfindung von der Erkenntnis ausgegangen, daß der ohnehin vorhandene Kondensator über seinen eigentlichen Verwendungszweck hinaus während der Langzeitaufnahmen als Glättungsmittel dienen kann. Dadurch erübrigt es sich, zur Entladung des Kondensators und zur Deckung der Energie der Röntgenröhre bei den Langzeitaufnahmen eine kontinuierliche oder nahezu kontinuierliche Gleichspannung zu verwenden. Vielmehr kann dank des glättenden Einflusses des Kondensators ohne Einbuße an Wirkungsgrad gegenüber einem Drehstromapparat mit zwölf Ventilen auf eine stärker pulsierende Gleichspannung zurückgegriffen werden, die zur Erzielung kleinerer Primärströme aus einem symmetrisch belasteten Drehstromnetz entnommen ist. Die erfindungsgemäß gewählte sekundärseitige Zweiphasenschaltung besitzt bei gleicher Anzahl von Gleichrichterelementen wie die symmetrische Einphasenschaltung eine erheblich geringere Pulsation als diese, so daß die mit dem vorhandenen Kondensator erzielbare Glättung bei der Zweiphasenschaltung wesentlich besser ist als bei der Einphasenschaltung. Gleichzeitig sind bei dem Röntgendiagnostikapparat nach der Erfindung die zahlreichen Zusätze für die Ein- und Ausschaltung des Röntgenapparates im Primärkreis des Hochspannungstransformators vermieden, die im Hinblick auf die immer kürzer werdenden Schaltzeiten und vor allem auf die bei der Belichtungsautomatik geforderten sehr geringen Ansprechverzögerungen sowie auf Grund der immer höher werdenden Aufnahmefrequenz der Röntgenserienaufnahmen bei den heute gebräuchlichen primärgesteuerten Drehstromapparaten erforderlich sind. Wegen der hohen Ströme im Primärkreis sind diese Zusätze sehr kostspielige, komplizierte und daher störanfällige Baugruppen.The aim of the invention is the design of an X-ray diagnostic apparatus, the good efficiency of a three-phase device with the well-known advantages of a Capacitor apparatus connects and the required technical The effort does not exceed the three-phase apparatus. This goal is achieved according to the invention achieved in that with such a dimensioning of the capacitor that its Stored energy only for covering the for the inclusion of objects with less Radiation attenuation required energy of less than two kilowatt seconds is sufficient, for the energy recharge of the capacitor and for the supply of the X-ray tube in the case of the recording of objects with strong radiation attenuation one continuously Acting power source in the form of a three-phase high-voltage transformer available is, of the three secondary windings one with a full-wave rectifier group is connected and the other two, each one by a factor of 1 less number of turns have as one, connected in series and with another full-wave rectifier group are connected, each rectifier group on the DC side to one capacitor is connected for the energy supply, both groups are connected in series and are grounded at their symmetrical center. This two-phase circuit has opposite the three-phase circuit with six rectifiers has the advantage of one in particular in the. With regard to the grounded center point, a completely symmetrical DC voltage circuit, in addition to the lower voltage load on all high-voltage parts Has preference, the required measurement of the tube current with the help of an in the Close to the grounded center point Way to enable. Compared to a single-phase apparatus, there is the advantage of one lower primary current and a symmetrical load on the network. A symmetry of the direct current circuit in connection with a symmetrical load of the feeding Three-phase network would basically also be with a secondary-side three-phase circuit of High-voltage transformer possible, but would have to do this individual secondary windings are divided into two partial windings, which in As is known, a three-phase full-wave rectifier group each with six rectifiers is assigned, the two groups connected in series on the DC side and are grounded in the electrical center. Each of these twelve rectifiers would have to its dielectric strength must be the same as that of each of the eight rectifiers in the circuit according to the invention. Such an apparatus, which is in addition to high-voltage resistant Control valves also have twelve rectifiers and capacitors for the supply part of the energy requirement of the X-ray tube would be too expensive and would contradict the aim of the invention. In contrast, with the circuit according to the Invention based on the knowledge that the already existing capacitor beyond its intended use during long-term recordings as Can serve as a smoothing agent. This eliminates the need to discharge the capacitor and to cover the energy of the X-ray tube for long-term recordings, a continuous one or to use almost continuous DC voltage. Rather, thanks to the smoothing influence of the capacitor without loss of efficiency compared to a Three-phase device with twelve valves to a more pulsating DC voltage can be used to achieve smaller primary currents from a symmetrical loaded three-phase network is removed. The secondary side selected according to the invention Two-phase circuit has the same number of rectifier elements as the symmetrical single-phase circuit has a considerably lower pulsation than this, see above that the smoothing achievable with the existing capacitor in the two-phase circuit is much better than with the single-phase connection. At the same time are with that X-ray diagnostic apparatus according to the invention the numerous additives for the and switching off the X-ray apparatus in the primary circuit of the high-voltage transformer avoided that in view of the ever shorter switching times and above all to the very short response delays required for automatic exposure as well as due to the increasing frequency of the X-ray series exposures are required in the primary-controlled three-phase devices in use today. Because of the high currents in the primary circuit, these accessories are very expensive and complex and therefore failure-prone assemblies.

Es ist zwar bereits bei einem Röntgendiagnostikapparat mit Initiallaststeuerung bekannt, einen Teil der Energie durch einen Kondensator und den restlichen Teil durch eine kontinuierlich wirkende Stromquelle geringer Leistung aufzubringen. Damit sollte jedoch lediglich eine Möglichkeit geschaffen werden, die bei Kondensatorapparaten schwierigen Probleme der Konstanthaltung der Röhrenspannung und der Dosierung der Aufnahmeenergie mit einfachen Mitteln zu lösen.It is true that it is already in an X-ray diagnostic apparatus with initial load control known, part of the energy through a capacitor and the remaining part to be applied by a continuously acting power source of low power. In order to However, only one possibility should be created, which is the case with condenser apparatus difficult problems of keeping the tube voltage constant and the dosage of the To solve absorption energy with simple means.

An Hand eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Ein primärseitig in Stern geschalteter Drehstromhochspannungstransformator mit den drei Primärspulen 1 ist über einen von Hand betätigbaren Hauptschalter 2 an ein Drehstromnetz RSTO angeschlossen. Die Sekundärspule 3 ist mit einer Gleichrichtergruppe 4 in Brückenschaltung verbunden, während die Sekundärspulen 5, 6 in Serie geschaltet und an eine weitere Gleichrichtergruppe 7 in Brückenschaltung angeschlossen sind. Die beiden Gleichrichtergruppen sind gleichspannungsseitig von je einem Kondensator 8, 9 überbrückt und in Serie geschaltet. Die gemeinsame Verbindungsleitung ist geerdet. Damit die an jeder der beiden Gleichrichtergruppen auftretenden Gleichspannungen die gleiche Größe besitzen, müssen die beiden Sekundärspulen 5, 6 eine je um den Faktor 1 3, niedrigere Windungszahl besitzen als die Spule 3. Eine Röntgenröhre 10 ist mit einem Steuerventil 11 in Serie geschaltet und an die Serienschaltung der beiden Gleichrichter angeschlossen. Die Heizung der Röntgenröhre erfolgt über einen Transformator 12, dessen Primärseite über einen regelbaren Widerstand 13 zum Einstellen des Röhrenstroms an die Punkte R, O des speisenden Netzes angeschlossen ist.A three-phase high-voltage transformer with the three primary coils 1, which is star-connected on the primary side, is connected to a three-phase network RSTO via a manually operated main switch 2. The secondary coil 3 is connected to a rectifier group 4 in a bridge circuit, while the secondary coils 5, 6 are connected in series and connected to a further rectifier group 7 in a bridge circuit. The two rectifier groups are each bridged on the DC voltage side by a capacitor 8, 9 and connected in series. The common connection line is earthed. So that the DC voltages occurring at each of the two groups of rectifiers are of the same magnitude, the two secondary coils 5, 6 must each have a number of turns that is a factor of 1 3 lower than that of coil 3. An X-ray tube 10 is connected in series with a control valve 11 and is on the series connection of the two rectifiers is connected. The X-ray tube is heated by a transformer 12, the primary side of which is connected to the points R, O of the feeding network via a controllable resistor 13 for setting the tube current.

Nach Schließen des Hauptschalters 2 werden die Röntgenröhre und das Steuerventil geheizt. Der Heizkreis des Steuerventils ist der Einfachheit halber jedoch nicht dargestellt. Ferner werden die beiden Kondensatoren 8, 9 aufgeladen, so daß die Punkte 14, 15 Hochspannung führen. Durch die beiden in Serie geschalteten Stromquellen 16, 17 befindet sich jedoch zwischen Kathode und Steuergitter des Steuerventils 11 eine so hohe negative Spannung, daß in dem von der Röntgenröhre. dem Steuerventil und den beiden in Serie geschalteten Gleichrichtergruppen gebildeten Hochspannungsstromkreis kein Strom fließen kann, da die gesamte Hochspannung am Steuerventil abfällt. Zur Auslösung der Aufnahme wird dem von Hand einstellbaren Zeitschalter 18 auf nicht näher dargestellte Weise ein Impuls zugeführt, der beispielsweise von Hand mit Hilfe des Schalters 19 ausgelöst werden kann. Dadurch schließt der Kontakt 20 und überbrückt die Stromquelle 16. Dabei stellt sich zwischen Steuergitter und Kathode des Steuerventils eine entsprechend verringerte, durch die Stellung des Regelabgriffs des Regelwiderstandes 21 bestimmte Spannung ein, die den Innenwiderstand des Steuerventils verringert, so daß ein Teil der Hochspannung in der jeweils gewünschten Höhe an der Röntgenröhre anliegt. Die nun von ihr ausgehende Röntgenstrahlung durchdringt das Objekt 22 und gelangt über die Meßkammer 23 eines Belichtungsautomaten an die den Röntgenfilm enthaltende Kassette 24. Der in der Meßkammer des Belichtungsautomaten in Abhängigkeit von der auftreffenden Dosisleistung fließende Ionisationsstrom wird einem Steuerteil 25 zugeleitet, der dem Zeitschalter nach Erreichen einer die gewünschte Filmschwärzung hervorrufenden voreingestellten Dosis, der eine bestimmte, innerhalb des Meßkreises gebildete Elektrizitätsmenge entspricht, einen Abschaltimpuls vermittelt. Dadurch wird der Kontakt 20 geöffnet, so daß die Stromquelle 1.6 wieder zur Wirkung kommt und das Steuerventil den Hochspannungskreis sperrt.After closing the main switch 2, the X-ray tube and the control valve are heated. However, for the sake of simplicity, the heating circuit of the control valve is not shown. Furthermore, the two capacitors 8, 9 are charged so that the points 14, 15 carry high voltage. Due to the two series-connected current sources 16, 17 , however, there is such a high negative voltage between the cathode and control grid of the control valve 11 that in that of the X-ray tube. No current can flow between the control valve and the two series-connected rectifier groups, since the entire high voltage drops across the control valve. To trigger the recording, the manually adjustable time switch 18 is supplied with a pulse in a manner not shown, which can be triggered by hand with the aid of the switch 19, for example. As a result, the contact 20 closes and bridges the power source 16. A correspondingly reduced voltage, determined by the position of the control tap of the control resistor 21 , occurs between the control grid and the cathode of the control valve, which reduces the internal resistance of the control valve, so that part of the high voltage in the desired height is applied to the X-ray tube. The X-ray radiation emitted by it penetrates the object 22 and arrives at the cassette 24 containing the X-ray film via the measuring chamber 23 of an automatic exposure device A switch-off pulse is given when a preset dose which produces the desired blackening of the film and which corresponds to a specific amount of electricity formed within the measuring circuit is achieved. This opens the contact 20, so that the current source 1.6 comes into effect again and the control valve blocks the high-voltage circuit.

Damit die mit Hilfe des Regelwiderstandes 21 eingestellte Hochspannung an der Röntgenröhre unabhängig von Netzspannungsschwankungen konstant bleibt, ist ein Teil 27' des an die Hochspannung zwischen den Punkten 14, 15 angeschlossenen Widerstandes 27 über eine schematisch dargestellte Potentialumkehrstufe 28 in den Gitterkreis des Steuerventils einbezogen. Wenn die Spannung zwischen den Punkten 14, 15 steigt, erhöht sich auch der Spannungsabfall an dem Teilwiderstand 27' und wirkt über die Potentialumkehrstufe im Sinne einer negativeren Gitterspannung und damit eines zunehmenden inneren Widerstandes des Steuerventils. Mit zunehmender Spannung an den Klemmen 14, 15 erhöht sich also gleichzeitig die am Steuerventil abfallende Spannung, so daß die Spannung an der Röntgenröhre konstant bleibt. Der Messung des Röhrenstroms dient ein Strommesser 29, der im Gleichstromkreis in der Nähe des geerdeten Symmetriepunktes angeordnet ist.So that the high voltage set with the aid of the variable resistor 21 remains constant on the X-ray tube regardless of mains voltage fluctuations a part 27 'of the connected to the high voltage between points 14, 15 Resistor 27 via a schematically illustrated potential reversal stage 28 in the Lattice circle of the control valve included. When the tension between increases at points 14, 15, the voltage drop across the partial resistor also increases 27 'and acts via the potential reversal stage in the sense of a more negative grid voltage and thus an increasing internal resistance of the control valve. With increasing The voltage at terminals 14, 15 increases at the same time as that at the control valve decreasing voltage so that the voltage across the X-ray tube remains constant. Of the The tube current is measured by an ammeter 29, which is in the direct current circuit in the Near the grounded symmetry point is arranged.

Es ist natürlich auch als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten, an Stelle eines einzigen Steuerventils in der Kathodenseite der Röntgenröhre ein zweites Steuerventil anodenseitig anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird die Belastung desjenigen Kabels, das die Kathode der Röntgenröhre mit der Anode des Steuerventils verbindet, um die Hälfte verringert.It is of course also to be regarded as lying within the scope of the invention, instead of a single control valve in the cathode side of the X-ray tube to arrange a second control valve on the anode side. By doing this, the burden of the cable that connects the cathode of the X-ray tube to the anode of the control valve connects, reduced by half.

Weiterhin kann zwischen dem Einstellwiderstand 13 für den Röhrenstrom und dem Einstellwiderstand 21 für die Röhrenspannung ein Korrekturglied für den Ausgleich des bei der Einstellung verschiedener Röhrenspannungen vorhandenen, durch den Durchgriff der Röntgenröhre bedingten Einflusses auf den Röhrenstrom vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, an Stelle der mechanischen Kontakte 19, 20 für die Auslösung und Beendigung der Aufnahme praktisch trägheitslos arbeitende elektronische Schalter zu verwenden, um Röntgenkinoaufnahmen mit sehr hoher Aufnahmefrequenz zu steuern.Furthermore, between the setting resistor 13 for the tube current and the setting resistor 21 for the tube voltage, a correction element for the Compensation of the existing when setting different tube voltages through the penetration of the X-ray tube caused influence on the tube current provided be. It is also possible, instead of the mechanical contacts 19, 20 for the Triggering and termination of the recording practically inertially working electronic Switch to be used to take X-ray cinema recordings with a very high recording frequency steer.

Claims

Claim: X-ray diagnostic apparatus with one in the high-voltage circuit arranged controllable valve for switching on and off the high voltage and for keeping them constant as well as with a capacitor for the energy supply the X-ray tube and a high-voltage generator for energy recharging of the capacitor, characterized in that with such a dimensioning of the capacitor that its stored energy is only used to cover the for the Recording of objects with low radiation attenuation required less energy than two kilowatt seconds is sufficient for recharging the capacitor with energy and for feeding the X-ray tube in the case of recording objects with strong Radiation attenuation of a continuously acting three-phase high voltage transformer is present, of which three secondary windings one (3) with a full-wave rectifier group (4) and the other two (5, 6), each one smaller by a factor of 1 Number of turns have as one (3), connected in series and to another Full-wave rectifier group (7) are closed, each rectifier group on the DC side each connected to a capacitor for the energy supply (8, 9) is, both groups connected in series and grounded in their symmetrical center are.