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EP1280389A1 - X-ray system for generating radiographs - Google Patents

X-ray system for generating radiographs Download PDF

Info

Publication number
EP1280389A1
EP1280389A1 EP02016806A EP02016806A EP1280389A1 EP 1280389 A1 EP1280389 A1 EP 1280389A1 EP 02016806 A EP02016806 A EP 02016806A EP 02016806 A EP02016806 A EP 02016806A EP 1280389 A1 EP1280389 A1 EP 1280389A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ray
emitter
grid
high voltage
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP02016806A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1280389B1 (en
Inventor
Joachim Brendler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Intellectual Property and Standards GmbH, Philips Corporate Intellectual Property GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Publication of EP1280389A1 publication Critical patent/EP1280389A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1280389B1 publication Critical patent/EP1280389B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/045—Electrodes for controlling the current of the cathode ray, e.g. control grids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting

Definitions

  • the invention relates to an x-ray system with at least one x-ray emitter provided with a control grid for generating x-ray images, at least one x-ray image converter with means for electronically reading out x-ray images and an x-ray generator for supplying the x-ray emitter.
  • the invention also relates to an X-ray generator suitable for such an X-ray system.
  • This problem is particularly pronounced when recording thin objects, for example in pediatrics, because due to the small object thickness and a predetermined value of the high voltage (e.g. 70 kV) only a very small mAs value may be switched (approx. 0 , 05 mAs). Due to the energy stored in the stored capacities, only mAs values that are several times higher than the desired mAs value can be switched with X-ray emitters (without control grid). With these values, an overexposure of an X-ray image can only be avoided if - contrary to e.g. B. the IEC regulations - the recording takes place at a lower voltage on the X-ray tube. With a lower voltage on the X-ray tube, however, the radiation exposure for the patient is greater.
  • the high voltage e.g. 70 kV
  • the new X-ray emitter already at the beginning of the preparation phase preceding an X-ray in the z. B. revolved the anode and the filament of the cathode of this X-ray tube is heated, X-rays emitted in an undesirable manner.
  • the object of the present invention is to provide an x-ray system or an x-ray generator with which, on the one hand, an accurate exposure of the x-ray image is possible and, on the other hand, at least largely avoid the problems which arise during the rapid transition from x-ray images with grid control to x-ray images without Grid control result.
  • the control grid or the current is blocked by the x-ray emitter.
  • the X-ray radiation is interrupted in this time interval, so that no further exposure of the X-ray image converter (or no overexposure) takes place. Due to the blocking of the X-ray emitter, the high voltage on the X-ray emitter decreases only very slowly in this time interval.
  • 1 and 2 denote two converter generators connected in series (with an earthed connection point), which usually have the following components, not shown in the drawing: a rectifier for generating a DC voltage from a mains voltage, an inverter for generating an AC voltage with a frequency in the KHz range and adjustable amplitude, and a high voltage generator with a high voltage transformer for generating a high voltage and a rectifier for rectifying the high voltage.
  • the converter generators 1 and 2 thus supply adjustable DC voltages of up to ⁇ 75 kV at their outputs.
  • the voltages supplied by the converter generators 1 and 2 can be adjusted in amplitude by a control circuit 3 and switched on and off.
  • the output voltages of the converter generators 1 and 2 are fed to an X-ray source 4 via two high-voltage cables 8, 9.
  • the X-ray emitter has on the cathode side, a first electron emitter 41, which can deliver a comparatively low electron current, which strikes the opposite anode 43 in a comparatively small focal spot, and a second, substantially larger electron emitter 42, which can emit a substantially larger electron current, which on the anode 43 in a much larger focal spot.
  • both electron emitters can be activated one after the other - preferably automatically, depending on how strongly the object 5 in the beam path absorbs the X-rays.
  • the two electron emitters 41 and 42 can be formed by filament filaments with external dimensions suitable for the respective focal spot.
  • One of the two electron emitters can be connected to a heating current source 44 via a switch 43.
  • the filament 42 is connected directly to the combination 43, 44, the filament 41 for the smaller focus is connected to this combination via a transmitter 45.
  • a control grid 46 is provided for switching the electron current of the electron emitter 41 on and off.
  • This control grid is an electrode, the potential of which can be changed in relation to the potential of the filament 41.
  • This control grid can be produced particularly easily if the cathode head which is anyway required for the formation of the electron paths emerging from the electron emitters and which is provided with an opening for each of the two electron emitters is used. Since the opening for the larger electron emitter 42 is larger, the electron current emitted by it could not be prevented with a comparatively small voltage (a few kV) between this grid 46 and the electron emitter 42.
  • the electron emitter 42 and the electrode 46 are therefore electrically connected to one another and carry the same potential, which is defined by the negative output voltage of the converter generator 2, which is supplied to the electron emitter 42 via the high-voltage cable 9.
  • the electron current emitted by the electron emitter 41 can be interrupted if the potential at the control grid 46 is a few kV more negative than at the electron emitter 41.
  • a voltage divider is provided, to which the Output voltage of the converter generator 2 is supplied for the negative high voltage and which comprises a fixed resistor 10 and an electronically controllable resistor 11.
  • One connection of the resistor 11 is galvanically connected to the electron emitter 41 via the transformer 11 and the other connection is connected to the high voltage output of the converter generator 2 and thus galvanically to the control grid 46.
  • the voltage drop across the resistor 11 therefore determines the magnitude of the bias voltage between the grid 46 and the electron emitter 41.
  • the electronically controllable resistor 11, can contain, for example, transistors connected in series, the conductivity of which can be switched from a first state to a second state by a grid control circuit 12.
  • the resistor 11 In the first switching state, the resistor 11 has a very high conductivity, so that practically the entire voltage drops across the resistor 10 and the electron emitter 41 has almost the same potential as the grid 46. In this state, the electrons emitted from the electron emitter 41 can completely the anode Reach 43.
  • the conductivity of the controllable resistor 11 is lower, so that a voltage drop of a few kV occurs across it. The potential at the grid 46 is then corresponding to this voltage drop more negative than the potential at the electron emitter 41, whereby the electron flow from the electron emitter 41 to the anode 43 is blocked.
  • the x-ray radiation generated by the x-ray emitter passes through the examination object 5 and is detected by an x-ray image converter which can be read out electronically.
  • the X-ray image converter can, for example, be a variety of e.g. B. 2000 x 2000 matrix-arranged photosensitive elements, which are arranged behind a fluorescent layer that converts the X-rays into visible light.
  • any other electronically readable X-ray image converter can be used, for example an X-ray image intensifier whose output image is converted into electrical signals by a CCD camera.
  • an image processing device 7 coupled to the X-ray image converter 6 contains a digital image, and the X-ray image converter can then be exposed again.
  • the image processing device 7, the grid control circuit 12 and the circuit 3 for switching the converter generators 1, 2 on and off are controlled by a control unit 13.
  • the course of an X-ray exposure over time is to be explained below with reference to FIG. 2, which represents the course over time of various electrical variables of the X-ray system shown in FIG. 1.
  • the first line shows the time profile of the high voltage U on the X-ray emitter 4.
  • the second line shows the time profile of the output signal S of the circuit 3, by means of which the high voltage is switched on and off.
  • the third line shows the time profile of the voltage between the grid and the cathode, while the fourth line shows the time profile of the dose rate D generated by the X-ray emitter 4.
  • the heating current source 44 Before the time T 1 , ie before the high voltage is switched on by the signal S, there is no voltage U at the X-ray emitter, and the voltage between the grid and the cathode is also zero. No X-rays are generated.
  • the heating current source 44 already heats up the electron emitter 41 and the anode 43 of the X-ray emitter 4, which is designed as a rotating anode, is revved up, so that at the end of this preparation time the full speed of the anode is reached and the electron emitter reaches a certain one Temperature has reached.
  • the switching signal S activates the converter generators 1 and 2, so that the voltage U on the X-ray source rises until it has reached a stationary value.
  • the voltage between the grid cathode remains at its previous value, so that the electron current can reach the anode unhindered and X-rays are generated.
  • the X-ray exposure is ended at time T 2 .
  • This end of recording can be generated by a timer or an automatic X-ray exposure device when the dose behind the object 5 has reached a certain value.
  • the conductivity of the controllable resistor 11 is suddenly reduced, so that the voltage between the grid and the cathode becomes negative and the electron flow through the X-ray tube 4 is blocked or interrupted; the X-ray image converter is therefore no longer exposed.
  • the high-voltage generation of the converter generators 1 and 2 is stopped.
  • the voltage U on the X-ray emitter decreases only very slowly in this phase due to the energy stored in the cable capacities and in the other capacities of the system.
  • the reading of the X-ray image converter which ends at time T 3 , also begins at time T 2 (for example 200 ms after time T 2 ).
  • the current through the x-ray emitter and thus the x-ray radiation must be interrupted during the reading.
  • the invention has been described above in connection with an electronically readable X-ray image converter.
  • the invention is also applicable to X-ray image converters that automatically - for. B. with a trolley - are transported from the beam path.
  • This can be, for example, a film / film combination that is moved into a park position after the exposure or a storage phosphor that is transported to a reading station where the X-ray exposure is read out with the aid of a laser.
  • highly sensitive image converters of this type or when recording the overexposure problem described at the beginning also arises from thin objects. It is eliminated in that the control grid remains locked in the time interval following the x-ray exposure in which the x-ray image converter is transported out of the beam path.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

The system has at least one x-ray source with a control grid, at least one x-ray image converter and an x-ray generator for supplying the source and with a high voltage generator, an arrangement for switching the high voltage on and off and a grid control circuit for blocking the control grid and the current through the source during an image converter transport time interval and then allowing the current through the source. <??>AN Independent claim is also included for the following: an x-ray generator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit mindestens einem mit einem Steuergitter versehenen Röntgenstrahler zur Erzeugung von Röntgenaufnahmen, mindestens einem Röntgenbildwandler mit Mitteln zum elektronischen Auslesen von Röntgenaufnahmen und einem Röntgengenerator zur Speisung des Röntgenstrahlers. Außerdem betrifft die Erfindung einen für ein solches Röntgensystem geeigneten Röntgengenerator.The invention relates to an x-ray system with at least one x-ray emitter provided with a control grid for generating x-ray images, at least one x-ray image converter with means for electronically reading out x-ray images and an x-ray generator for supplying the x-ray emitter. The invention also relates to an X-ray generator suitable for such an X-ray system.

Bei der Anfertigung von Röntgenaufnahmen ist am Ende einer Röntgenaufnahme noch Energie in den Kapazitäten des System gespeichert. Dazu gehören die Kapazitäten des oder der Kabel, über die der Röntgenstrahler an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen ist, sowie die Kondensatoren eines in dem Röntgengenerator enthaltenen Wechselrichters. Die gespeicherte Energie bewirkt, daß bei Aufnahmeende die Hochspannung an dem Röntgenstrahler nur in dem Maß abnehmen kann, in dem die Kapazitäten -überwiegend über den Röntgenstrahler - entladen werden. Die Entladung der Kapazitäten über den Röntgenstrahler dauert um so länger, je niedriger der Strom durch den Röntgenstrahler während der Aufnahme ist. Dementsprechend liefert der Röntgenstrahler auch nach dem eigentlichen Aufnahmeende noch weiterhin Strahlung, die zu unerwünschten Überbelichtungen führen kann.When X-rays are taken, energy is still stored in the system's capacities at the end of an X-ray. These include the capacities of the cable or cables, via which the X-ray source is connected to a high-voltage generator, and the capacitors of an inverter contained in the X-ray generator. The stored energy has the effect that, at the end of the exposure, the high voltage on the x-ray emitter can only decrease to the extent that the capacities are discharged, predominantly via the x-ray emitter. The discharge of the capacities via the X-ray tube takes longer, the lower the current through the X-ray tube is during the recording. Accordingly, the X-ray emitter continues to deliver radiation even after the end of the exposure, which can lead to undesired overexposure.

Dieses Problem ist besonders ausgeprägt bei der Aufnahme von dünnen Objekten, beispielsweise in der Pädiatrie, weil durch die geringe Objektdicke und einen vorgegebenen Wert der Hochspannung (z. B. 70 kV) nur ein sehr kleiner mAs-Wert geschaltet werden darf (ca. 0,05 mAs). Aufgrund der in den gespeicherten Kapazitäten gespeicherten Energie sind bei Röntgenstrahlern (ohne Steuergitter) jedoch nur mAs-Werte schaltbar, die um ein Mehrfaches höher sind als der gewünschte mAs-Wert. Mit diesen Werten läßt sich eine Überbelichtung einer Röntgenaufnahme nur vermeiden, wenn - entgegen z. B. den IEC-Vorschriften - die Aufnahme bei einer niedrigeren Spannung an der Röntgenröhre erfolgt. Bei einer niedrigeren Spannung an der Röntgenröhre ist aber die Strahlenbelastung für den Patienten größer.This problem is particularly pronounced when recording thin objects, for example in pediatrics, because due to the small object thickness and a predetermined value of the high voltage (e.g. 70 kV) only a very small mAs value may be switched (approx. 0 , 05 mAs). Due to the energy stored in the stored capacities, only mAs values that are several times higher than the desired mAs value can be switched with X-ray emitters (without control grid). With these values, an overexposure of an X-ray image can only be avoided if - contrary to e.g. B. the IEC regulations - the recording takes place at a lower voltage on the X-ray tube. With a lower voltage on the X-ray tube, however, the radiation exposure for the patient is greater.

Dieses Dilemma wird bei dem aus der japanischen Patentanmeldung 11-204289 bekannten Röntgengenerator vermieden, der mit einem Hochspannungserzeuger, an den der Röntgenstrahler angeschlossen ist und der mit Mitteln zur Ein- und Ausschaltung der Hochspannung des Hochspannungserzeugers und mit einer Gittersteuerschaltung zum Steuern des Gitters versehen ist. Dieser Röntgengenerator dient zur Erzeugung von stabilen Röntgenimpulsen ohne Überschwinger (overshot) mit Hilfe des Steuergitters. Zusätzlich wird mit Hilfe des Steuergitters bei Aufnahmeende der Strom durch den Röntgenstrahler abgeschaltet, so daß die im System gespeicherte Energie nicht zu einer Überbelichtung führen kann.This dilemma is avoided in the X-ray generator known from Japanese patent application 11-204289, which is provided with a high-voltage generator to which the X-ray emitter is connected and which is provided with means for switching the high voltage of the high-voltage generator on and off and with a grid control circuit for controlling the grid , This X-ray generator is used to generate stable X-ray pulses without overshoots using the control grid. In addition, with the help of the control grid, the current through the X-ray source is switched off at the end of the exposure, so that the energy stored in the system cannot lead to overexposure.

Probleme ergeben sich aber dann, wenn ein solcher Röntgengenerator neben dem mit einem Steuergitter versehenen Röntgenstrahler noch einen oder mehrere Röntgenstrahler ohne Steuergitter versorgen soll. Solche Röntgenstrahler benutzt man aus Kostengründen bei hohen Aufnahmeleistungen, bei den das eingangs geschilderte Problem nicht so gravierend ist. Das Problem besteht darin, daß die gespeicherte Energie bzw. die Hochspannung am Röntgenstrahler nur sehr langsam abgebaut werden kann, weil das Steuergitter den Stromfluß durch den Röntgenstrahler nach dem Aufnahmeende unterbindet. Wenn in dieser Phase der Röntgengenerator auf einen anderen Röntgenstrahler (an einem anderen Anwendungsgerät) umgeschaltet wird, erfolgt diese Umschaltung unter Hochspannung, wofür die üblichen Hochspannungsumschalter nicht ausgelegt sind. Es kommt hinzu, daß der neue Röntgenstrahler schon bei Beginn der einer Röntgenaufnahme vorangehenden Vorbereitungsphase, in der z. B. die Drehanode auf Touren gebracht und der Heizfaden der Kathode dieses Röntgenstrahler aufgeheizt wird, in unerwünschter Weise Röntgenstrahlung emittiert.Problems arise, however, if such an x-ray generator is to supply one or more x-ray emitters without a control grid in addition to the x-ray emitter provided with a control grid. Such X-ray emitters are used for cost reasons with high recording powers, for which the problem described at the beginning is not so serious. The problem is that the stored energy or the high voltage on the X-ray tube can only be reduced very slowly because the control grid prevents the flow of current through the X-ray tube after the end of the exposure. If the X-ray generator is switched to another X-ray emitter (on another application device) in this phase, this switchover takes place under high voltage, for which the usual high-voltage switchers are not designed. In addition, the new X-ray emitter already at the beginning of the preparation phase preceding an X-ray, in the z. B. revolved the anode and the filament of the cathode of this X-ray tube is heated, X-rays emitted in an undesirable manner.

Das letztere Problem stellt sich auch bei Röntgenröhren, die zwei Kathoden für zwei unterschiedlich große Brennflecke aufweisen, wobei der Elektronenstrom zu dem einen Brennfleck (in der Regel zu dem kleineren) mit Hilfe eines Steuergitters gesperrt werden kann, während für den anderen Brennfleck keine Gittersteuerung verfügbar ist. Hier kann es bei Untersuchung ein und desselben Objektes bei einer Serie von Aufnahmen automatisch zu einem Übergang von dem einen auf den anderen Brennfleck und wieder zurück kommen, wobei sich eine vorzeitige Emission von Röntgenstrahlung ergibt.The latter problem also arises with X-ray tubes which have two cathodes for two focal spots of different sizes, wherein the electron current to one focal spot (usually the smaller one) can be blocked with the aid of a control grid, while no grid control is available for the other focal spot is. When examining one and the same object in a series of recordings, this can automatically result in a transition from one focal spot to the other and back again, resulting in premature emission of X-rays.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgensystem bzw. einen Röntgengenerator zu schaffen, mit dem einerseits eine genaue Belichtung der Röntgenaufnahme möglich ist, und bei dem andererseits die Probleme zumindest weitgehend vermieden werden, die sich beim schnellen Übergang von Röntgenaufnahmen mit Gittersteuerung auf Röntgenaufnahmen ohne Gittersteuerung ergeben.The object of the present invention is to provide an x-ray system or an x-ray generator with which, on the one hand, an accurate exposure of the x-ray image is possible and, on the other hand, at least largely avoid the problems which arise during the rapid transition from x-ray images with grid control to x-ray images without Grid control result.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Röntgensystem mit mindestens einem mit einem Steuergitter versehenen Röntgenstrahler zur Erzeugung von Röntgenaufnahmen, mindestens einem Röntgenbildwandler mit Mitteln zum elektronischen Auslesen von Röntgenaufnahmen oder zum Transportieren des Röntgenbildwandlers aus dem von dem Röntgenstrahler beaufschlagten Bereich in einem auf die Röntgenaufnahme folgenden Zeitintervall und mit einem Röntgengenerator zur Speisung des Röntgenstrahlers, der versehen ist mit

  • einem Hochspannungserzeuger, an den der Röntgenstrahler anschließbar ist,
  • Mitteln zur Ein- und Ausschaltung der Hochspannung des Hochspannungserzeugers bei Beginn und am Ende einer Röntgenaufnahme
  • und einer Gittersteuerschaltung zum Sperren des Steuergitters und des Stromes durch den Röntgenstrahler während des Zeitintervalls und zum anschließenden Freigeben des Stromes durch den Röntgenstrahler.
This object is achieved according to the invention by an X-ray system with at least one X-ray emitter provided with a control grid for generating X-ray images, at least one X-ray image converter with means for electronically reading out X-ray images or for transporting the X-ray image converter from the area acted upon by the X-ray emitter in a time interval following the X-ray image and with an x-ray generator for supplying the x-ray emitter, which is provided with
  • a high voltage generator to which the X-ray source can be connected,
  • Means for switching the high voltage of the high voltage generator on and off at the beginning and at the end of an X-ray image
  • and a grid control circuit for blocking the control grid and the current through the x-ray emitter during the time interval and then releasing the current through the x-ray emitter.

Erfindungsgemäß wird in dem Zeitintervall nach dem Aufnahmeende, in dem die Röntgenaufnahme ausgelesen wird (bei einem elektronisch auslesbaren Röntgenbildwandler) bzw. in dem der Röntgenbildwandler aus dem Strahlengang transportiert wird (bei einer Film-Folien-Kombination oder einem Speicherphosphor als Röntgenbildwandler) das Steuergitter bzw. der Strom durch den Röntgenstrahler gesperrt. Infolgedessen wird in diesem Zeitintervall die Röntgenstrahlung unterbrochen, sodass keine weitere Belichtung des Röntgenbildwandlers (bzw keine Überbelichtung) mehr erfolgt. Aufgrund der Sperrung des Röntgenstrahlers nimmt die Hochspannung am Röntgenstrahler in diesem Zeitintervall nur sehr langsam ab.According to the invention, the control grid or the current is blocked by the x-ray emitter. As a result, the X-ray radiation is interrupted in this time interval, so that no further exposure of the X-ray image converter (or no overexposure) takes place. Due to the blocking of the X-ray emitter, the high voltage on the X-ray emitter decreases only very slowly in this time interval.

Wenn nach dem Zeitintervall der Strom durch den Röntgenstrahler wieder freigegeben wird, entsteht zwar erneut Röntgenstrahlung, doch ist diese für die vorherige (nunmehr elektronisch ausgelesene oder mitsamt dem Röntgenbildwandler aus dem Strahlengang transportierte ) Röntgenaufnahme ohne Belang. Jedoch können sich die Kapazitäten des Systems dann auch über den Röntgenstrahler entladen, weshalb die Spannung am Röntgenstrahler wesentlich schneller absinkt als während der Unterbrechung des Stromes mit Hilfe des Steuergitters. Es ergeben sich daher keine Probleme mehr, wenn kurz danach von dem einen Röntgenstrahler bzw. Brennfleck auf einen anderen Röntgenstrahler bzw. Brennfleck umgeschaltet wird.If the current is released again by the x-ray emitter after the time interval, x-ray radiation arises again, but this is for the previous one (now Electronically read out X-ray or irrelevant with the X-ray image converter). However, the capacities of the system can then also be discharged via the X-ray emitter, which is why the voltage on the X-ray emitter drops much faster than during the interruption of the current using the control grid. There are therefore no longer any problems if, shortly thereafter, a switch is made from one X-ray emitter or focal spot to another X-ray emitter or focal spot.

Ein erfindungsgemäßer Röntgengenerator ist in Anspruch 2 beschrieben.An X-ray generator according to the invention is described in claim 2.

Die Erfindung wird nachstehen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
einen Röntgensystem mit einem Röntgengenerator, mit dem die Erfindung ausführbar ist, und
Fig. 2
den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Größen bei einem solchen Röntgengenerator.
The invention is explained below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1
an X-ray system with an X-ray generator with which the invention can be carried out, and
Fig. 2
the time course of various electrical quantities in such an X-ray generator.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei in Serie (mit geerdetem Verbindungspunkt) geschaltete Konvertergeneratoren bezeichnet, die üblicherweise folgende, in der Zeichnung nicht näher dargestellte Komponenten aufweisen: einen Gleichrichter zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer Netzspannung, einen Wechselrichter zur Erzeugung einer Wechselspannung mit einer Frequenz im KHz-Bereich und einstellbarer Amplitude, und einen Hochspannungserzeuger mit einem Hochspannungstransformator zur Erzeugung einer Hochspannung und einem Gleichrichter zur Gleichrichtung der Hochspannung. Die Konvertergeneratoren 1 und 2 liefern also an ihren Ausgängen einstellbare Gleichspannungen von bis zu ± 75 kV. Die von den Konvertergeneratoren 1 und 2 gelieferten Spannungen sind durch eine Steuerschaltung 3 in der Amplitude einstellbar und ein- und ausschaltbar.In FIG. 1, 1 and 2 denote two converter generators connected in series (with an earthed connection point), which usually have the following components, not shown in the drawing: a rectifier for generating a DC voltage from a mains voltage, an inverter for generating an AC voltage with a frequency in the KHz range and adjustable amplitude, and a high voltage generator with a high voltage transformer for generating a high voltage and a rectifier for rectifying the high voltage. The converter generators 1 and 2 thus supply adjustable DC voltages of up to ± 75 kV at their outputs. The voltages supplied by the converter generators 1 and 2 can be adjusted in amplitude by a control circuit 3 and switched on and off.

Die Ausgangsspannungen der Konvertergeneratoren 1 und 2 werden einem Röntgenstrahler 4 über zwei Hochspannungskabel 8, 9 zugeführt. Der Röntgenstrahler besitzt auf der Katodenseite einen ersten Elektronenemitter 41, der einen vergleichsweise niedrigen Elektronenstrom liefern kann, der auf der gegenüberliegenden Anode 43 in einem vergleichsweise kleinen Brennfleck auftrifft und einen zweiten, wesentlichen größeren Elektronenemitter 42, der einen wesentlich größeren Elektronenstrom emittieren kann, der auf der Anode 43 in einem wesentlich größeren Brennfleck auftrifft. Bei der Untersuchung eines im Strahlengang befindlichen Patienten können beide Elektronenemitter nacheinander aktiviert werden - vorzugsweise automatisch, in Abhängigkeit davon, wie stark jeweils das im Strahlengang befindliche Objekt 5 die Röntgenstrahlung absorbiert.The output voltages of the converter generators 1 and 2 are fed to an X-ray source 4 via two high-voltage cables 8, 9. The X-ray emitter has on the cathode side, a first electron emitter 41, which can deliver a comparatively low electron current, which strikes the opposite anode 43 in a comparatively small focal spot, and a second, substantially larger electron emitter 42, which can emit a substantially larger electron current, which on the anode 43 in a much larger focal spot. When examining a patient in the beam path, both electron emitters can be activated one after the other - preferably automatically, depending on how strongly the object 5 in the beam path absorbs the X-rays.

Die beiden Elektronenemitter 41 und 42 können durch Heizfaden-Wendeln mit für den jeweiligen Brennfleck geeigneten äußeren Abmessungen gebildet werden. Jeweils einer der beiden Elektronenemitter ist über einen Umschalter 43 an eine Heizstromquelle 44 anschließbar. Während jedoch der Heizfaden 42 direkt mit der Kombination 43, 44 verbunden ist, ist der Heizfaden 41 für den kleineren Fokus über einen Überträger 45 mit dieser Kombination verbunden.The two electron emitters 41 and 42 can be formed by filament filaments with external dimensions suitable for the respective focal spot. One of the two electron emitters can be connected to a heating current source 44 via a switch 43. However, while the filament 42 is connected directly to the combination 43, 44, the filament 41 for the smaller focus is connected to this combination via a transmitter 45.

Zum Ein- und Ausschalten des Elektronenstroms des Elektronenemitters 41 ist ein Steuergitter 46 vorgesehen. Dieser Steuergitter ist eine Elektrode, deren Potential gegenüber dem Potential des Heizfadens 41 veränderbar ist. Besonders einfach läßt sich dieses Steuergitter herstellen, wenn der ohnehin für die Formung der aus den Elektronenemittern austretenden Elektronenbahnen erforderliche Kathodenkopf, der mit je einer Öffnung für die beiden Elektronenemitter versehen ist, benutzt wird. Da die Öffnung für den größeren Elektronenemitter 42 größer ist, könnte man den von ihm emittierten Elektronenstrom mit einer vergleichsweise kleinen Spannung (einige kV) zwischen diesem Gitter 46 und dem Elektronenemitter 42 nicht unterbinden. Der Elektronenemitter 42 und die Elektrode 46 sind deshalb miteinander elektrisch verbunden und führen dasselbe Potential, das durch die negative Ausgangsspannung des Konvertergenerators 2 definiert ist, das dem Elektronenemitter 42 über das Hochspannungskabel 9 zugeführt wird.A control grid 46 is provided for switching the electron current of the electron emitter 41 on and off. This control grid is an electrode, the potential of which can be changed in relation to the potential of the filament 41. This control grid can be produced particularly easily if the cathode head which is anyway required for the formation of the electron paths emerging from the electron emitters and which is provided with an opening for each of the two electron emitters is used. Since the opening for the larger electron emitter 42 is larger, the electron current emitted by it could not be prevented with a comparatively small voltage (a few kV) between this grid 46 and the electron emitter 42. The electron emitter 42 and the electrode 46 are therefore electrically connected to one another and carry the same potential, which is defined by the negative output voltage of the converter generator 2, which is supplied to the electron emitter 42 via the high-voltage cable 9.

Hingegen kann der von dem Elektronenemitter 41 emittierte Elektronenstrom unterbrochen werden, wenn das Potential am Steuergitter 46 um einige kV negativer ist als am Elektronenemitter 41. Zu diesem Zweck ist ein Spannungsteiler vorgesehen, dem die Ausgangsspannung des Konvertergenerators 2 für die negative Hochspannung zugeführt wird und der einen festen Widerstand 10 und einen elektronisch steuerbarer Widerstand 11 umfaßt. Der eine Anschluß des Widerstandes 11 ist galvanisch über den Übertrager 11 mit dem Elektronenemitter 41 verbunden und der andere Anschluß mit dem Hochspannungs-Ausgang des Konverter Generators 2 und somit galvanisch mit dem Steuergitter 46. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 11 bestimmt daher die Größe der Vorspannung zwischen dem Gitter 46 und dem Elektronenemitter 41.On the other hand, the electron current emitted by the electron emitter 41 can be interrupted if the potential at the control grid 46 is a few kV more negative than at the electron emitter 41. For this purpose, a voltage divider is provided, to which the Output voltage of the converter generator 2 is supplied for the negative high voltage and which comprises a fixed resistor 10 and an electronically controllable resistor 11. One connection of the resistor 11 is galvanically connected to the electron emitter 41 via the transformer 11 and the other connection is connected to the high voltage output of the converter generator 2 and thus galvanically to the control grid 46. The voltage drop across the resistor 11 therefore determines the magnitude of the bias voltage between the grid 46 and the electron emitter 41.

Der elektronisch steuerbare Widerstand 11, dessen Aufbau nicht näher dargestellt ist, kann beispielsweise in Serie geschaltete Transistoren enthalten, deren Leitfähigkeit von einer Gittersteuerschaltung 12 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand geschaltet werden kann. Im ersten Schaltzustand hat der Widerstand 11 eine sehr hohe Leitfähigkeit, so daß praktisch die gesamte Spannung über dem Widerstand 10 abfällt und der Elektronenemitter 41 nahezu dasselbe Potential führt wie das Gitter 46. In diesem Zustand können die aus dem Elektronenemitter 41 emittierten Elektronen vollständig die Anode 43 erreichen. Im zweiten Schaltzustand ist die Leitfähigkeit des steuerbaren Widerstandes 11 geringer, so daß an ihm ein Spannungsabfall von einigen kV auftritt. Das Potential am Gitter 46 ist dann entsprechend diesem Spannungsabfall negativer als das Potential am Elektronenemitter 41, wodurch der Elektronenstrom vom Elektronenemitter 41 zur Anode 43 gesperrt wird.The electronically controllable resistor 11, the construction of which is not shown in detail, can contain, for example, transistors connected in series, the conductivity of which can be switched from a first state to a second state by a grid control circuit 12. In the first switching state, the resistor 11 has a very high conductivity, so that practically the entire voltage drops across the resistor 10 and the electron emitter 41 has almost the same potential as the grid 46. In this state, the electrons emitted from the electron emitter 41 can completely the anode Reach 43. In the second switching state, the conductivity of the controllable resistor 11 is lower, so that a voltage drop of a few kV occurs across it. The potential at the grid 46 is then corresponding to this voltage drop more negative than the potential at the electron emitter 41, whereby the electron flow from the electron emitter 41 to the anode 43 is blocked.

Die von dem Röntgenstrahler erzeugte Röntgenstrahlung durchsetzt das Untersuchungsobjekt 5 und wird von einem Röntgenbildwandler erfaßt, der elektronisch auslesbar ist. Der Röntgenbildwandler kann beispielsweise eine Vielzahl von z. B. 2000 x 2000 matrixförmig angeordneten lichtempfindlichen Elemente enthalten, die hinter einer Fluoreszenzschicht angeordnet sind, die die Röntgenstrahlung in sichtbares Licht umsetzt. Es kann aber jedoch jeder andere elektronisch auslesbare Röntgenbildwandler benutzt werden, beispielsweise ein Röntgenbildverstärker, dessen Ausgangsbild von einer CCD-Kamera in elektrische Signale umgesetzt wird. Nach dem Auslesen enthält eine mit dem Röntgenbildwandler 6 gekoppelte Bildverarbeitungs-Einrichtung 7 ein digitales Bild, und der Röntgenbildwandler kann dann erneut belichtet werden. Die Bildverarbeitungs-Einrichtung 7, die Gittersteuerschaltung 12 und die Schaltung 3 zum Ein- und Ausschalten der Konvertergeneratoren 1, 2 werden von einer Steuereinheit 13 gesteuert.The x-ray radiation generated by the x-ray emitter passes through the examination object 5 and is detected by an x-ray image converter which can be read out electronically. The X-ray image converter can, for example, be a variety of e.g. B. 2000 x 2000 matrix-arranged photosensitive elements, which are arranged behind a fluorescent layer that converts the X-rays into visible light. However, any other electronically readable X-ray image converter can be used, for example an X-ray image intensifier whose output image is converted into electrical signals by a CCD camera. After reading out, an image processing device 7 coupled to the X-ray image converter 6 contains a digital image, and the X-ray image converter can then be exposed again. The image processing device 7, the grid control circuit 12 and the circuit 3 for switching the converter generators 1, 2 on and off are controlled by a control unit 13.

Im folgenden soll der zeitliche Ablauf einer Röntgenaufnahme anhand von Fig. 2 erläutert werden, die den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Größen des in Fig. 1 dargestellten Röntgensystems darstellt. Die erste Zeile zeigt den zeitlichen Verlauf der Hochspannung U an dem Röntgenstrahler 4. In der zweiten Zeile ist der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals S der Schaltung 3 dargestellt, durch das die Hochspannung ein- und ausgeschaltet wird. Die dritte Zeile zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung zwischen Gitter und Kathode, während die vierte Zeile den zeitlichen Verlauf der vom Röntgenstrahler 4 erzeugten Dosisleistung D zeigt.The course of an X-ray exposure over time is to be explained below with reference to FIG. 2, which represents the course over time of various electrical variables of the X-ray system shown in FIG. 1. The first line shows the time profile of the high voltage U on the X-ray emitter 4. The second line shows the time profile of the output signal S of the circuit 3, by means of which the high voltage is switched on and off. The third line shows the time profile of the voltage between the grid and the cathode, while the fourth line shows the time profile of the dose rate D generated by the X-ray emitter 4.

Vor dem Zeitpunkt T1, d. h. bevor die Hochspannung durch das Signal S eingeschaltet wird, liegt am Röntgenstrahler keine Spannung U an, und auch die Spannung zwischen Gitter und Kathode ist Null. Es wird keine Röntgenstrahlung erzeugt. In dieser (Vorbereitungs-) Phase heizt die Heizstromquelle 44 aber bereits den Elektronenemitter 41 auf und die als Drehanode ausgebildete Anode 43 des Röntgenstrahlers 4 wird auf Touren gebracht, so daß am Ende dieser Vorbereitungszeit die volle Drehzahl der Anode erreicht ist und der Elektronenemitter eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Zur Zeit T1 aktiviert das Schaltsignal S die Konvertergeneratoren 1 und 2, so daß die Spannung U am Röntgenstrahler ansteigt, bis sie einen stationären Wert erreicht hat. Die Spannung zwischen Gitter Kathode behält ihren vorherigen Wert bei, so daß der Elektronenstrom ungehindert die Anode erreichen kann und Röntgenstrahlung erzeugt wird.Before the time T 1 , ie before the high voltage is switched on by the signal S, there is no voltage U at the X-ray emitter, and the voltage between the grid and the cathode is also zero. No X-rays are generated. In this (preparation) phase, the heating current source 44 already heats up the electron emitter 41 and the anode 43 of the X-ray emitter 4, which is designed as a rotating anode, is revved up, so that at the end of this preparation time the full speed of the anode is reached and the electron emitter reaches a certain one Temperature has reached. At time T 1 , the switching signal S activates the converter generators 1 and 2, so that the voltage U on the X-ray source rises until it has reached a stationary value. The voltage between the grid cathode remains at its previous value, so that the electron current can reach the anode unhindered and X-rays are generated.

Zur Zeit T2 wird die Röntgenaufnahme beendet. Dieses Aufnahmeende kann durch einen Zeitschalter oder einen Röntgenbelichtungsautomaten erzeugt werden, wenn die Dosis hinter dem Objekt 5 einen bestimmten Wert erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird die Leitfähigkeit des steuerbaren Widerstandes 11 schlagartig verringert, so daß die Spannung zwischen Gitter und Kathode negativ wird und der Elektronenstrom durch die Röntgenröhre 4 gesperrt bzw. unterbrochen wird; der Röntgenbildwandler wird also nicht mehr weiter belichtet. Gleichzeitig wird die Hochspannungserzeugung der Konvertergeneratoren 1 und 2 gestoppt. Jedoch nimmt die Spannung U am Röntgenstrahler in dieser Phase aufgrund der in den Kabelkapazitäten und in den sonstigen Kapazitäten des Systems gespeicherten Energie nur ganz langsam ab.The X-ray exposure is ended at time T 2 . This end of recording can be generated by a timer or an automatic X-ray exposure device when the dose behind the object 5 has reached a certain value. At this time, the conductivity of the controllable resistor 11 is suddenly reduced, so that the voltage between the grid and the cathode becomes negative and the electron flow through the X-ray tube 4 is blocked or interrupted; the X-ray image converter is therefore no longer exposed. At the same time, the high-voltage generation of the converter generators 1 and 2 is stopped. However, the voltage U on the X-ray emitter decreases only very slowly in this phase due to the energy stored in the cable capacities and in the other capacities of the system.

Zum Zeitpunkt T2 beginnt auch das Auslesen des Röntgenbildwandlers, das im Zeitpunkt T3, beendet ist (z. B. 200 ms nach dem Zeitpunkt T2). Während des Auslesens muß der muß der Strom durch den Röntgenstrahler und damit die Röntgenstrahlung unterbrochen sein.The reading of the X-ray image converter, which ends at time T 3 , also begins at time T 2 (for example 200 ms after time T 2 ). The current through the x-ray emitter and thus the x-ray radiation must be interrupted during the reading.

Am Ende des Auslesevorganges, also im Zeitpunkt T3 (oder kurz danach) springt die Spannung zwischen Gitter und Kathode wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurück. Es kann nun wieder Röntgenstrahlung entstehen, die aber nicht mehr zu einer Überbelichtung führen kann, da der Röntgenbildwandler bereits ausgelesen ist. Der ab dem Zeitpunkt T3 wieder einsetzende Strom durch den Röntgenstrahler hat zur Folge, daß die Kabelkapazitäten und die anderen Kapazitäten des Systems, in denen Energie gespeichert ist, sich wesentlich schneller entladen können als zuvor im Zeitraum T2 - T3. Deshalb sinkt auch die Spannung U am Röntgenstrahler schneller ab als vorher und erreicht verhältnismäßig schnell einen nicht mehr störenden niedrigen Wert.At the end of the reading process, that is to say at time T 3 (or shortly thereafter), the voltage between the grid and cathode jumps back to its original value. X-ray radiation can now arise again, but this can no longer lead to overexposure, since the X-ray image converter has already been read out. The current through the X-ray emitter starting again from time T 3 has the consequence that the cable capacities and the other capacities of the system in which energy is stored can discharge much more quickly than before in the period T 2 - T 3 . Therefore, the voltage U on the X-ray emitter also drops faster than before and reaches a no longer disturbing low value relatively quickly.

Wenn dann der Umschalter 43 umgeschaltet würde, so daß die Heizstromquelle 44 den Elektronenemitter 42 erhitzen würde, ergäbe sich ein Röhrenstrom erst wieder dann, wenn die Konvertergeneratoren 1 und 2 erneut eingeschaltet würden. Dieser Elektronenemitter würde einen wesentlich größeren Elektronenstrom liefern als der Elektronenemitter 42. Bei Aufnahmeende könnte dieser Elektronenstrom auch nicht unterbrochen werden. Jedoch würde er die Kabelkapazitäten und die anderen Kapazitäten des Systems sehr schnell entladen, so daß das nach Aufnahmeende noch wirksame mAs-Produkt im Vergleich zu dem während der Aufnahme wirksamen mAs-Produkt relativ klein wäre und praktisch nicht zur Überbelichtung führen könnte.If the changeover switch 43 were then switched over so that the heating current source 44 would heat the electron emitter 42, a tube current would only result again when the converter generators 1 and 2 were switched on again. This electron emitter would deliver a much larger electron current than the electron emitter 42. At the end of the recording, this electron current could also not be interrupted. However, it would discharge the cable capacities and the other capacities of the system very quickly, so that the mAs product which was still effective after the end of the exposure would be relatively small compared to the mAs product which was active during the acquisition and could practically not lead to overexposure.

Vorstehend wurde die Erfindung in Verbindung mit einem elektronisch auslesbaren Röntgenbildwandler beschrieben. Die Erfindung ist aber auch bei Röntgenbildwandlern anwendbar, die automatisch - z. B. mit einem Wagen - aus dem Strahlengang transportiert werden. Dabei kann es sich z.B. um eine Film-Folienkombination handeln, die nach der Aufnahme in eine Park-Position gefahren wird oder um einen Speicherphosphor, der in eine Lesestation transportiert wird, wo die Röntgenaufnahme mit Hilfe eines Lasers ausgelesen wird. Bei hochempfindlichen Bildwandlern dieser Art bzw. bei der Aufnahme von dünnen Objekten ergibt sich das eingangs geschilderte Überbelichtungsproblem ebenfalls. Sie wird dadurch beseitigt, daß das Steuergitter in dem auf die Röntgenaufnahme folgenden Zeitintervall gesperrt bleibt, in dem der Röntgenbildwandler aus dem Strahlengang transportiert wird.The invention has been described above in connection with an electronically readable X-ray image converter. The invention is also applicable to X-ray image converters that automatically - for. B. with a trolley - are transported from the beam path. This can be, for example, a film / film combination that is moved into a park position after the exposure or a storage phosphor that is transported to a reading station where the X-ray exposure is read out with the aid of a laser. With highly sensitive image converters of this type or when recording the overexposure problem described at the beginning also arises from thin objects. It is eliminated in that the control grid remains locked in the time interval following the x-ray exposure in which the x-ray image converter is transported out of the beam path.

Claims (2)

Röntgen-System mit mindestens einem mit einem Steuergitter (46) versehenen Röntgenstrahler (4) zur Erzeugung von Röntgenaufnahmen, mindestens einem Röntgenbildwandler (6) mit Mitteln (7) zum elektronischen Auslesen von Röntgenaufnahmen oder zum Transportieren des Röntgenbildwandlers aus dem von dem Röntgenstrahler beaufschlagten Bereich in einem auf die Röntgenaufnahme folgenden Zeitintervall (T2- T3) und einem Röntgengenerator (1-3; 8-12) zur Speisung des Röntgenstrahlers, der versehen ist mit - einem Hochspannungserzeuger (1,2), an den der Röntgenstrahler (4) anschließbar ist, - Mitteln (3) zur Ein- und Ausschaltung der Hochspannung des Hochspannungserzeugers bei Beginn und am Ende einer Röntgenaufnahme, - und einer Gittersteuerschaltung (12) zum Sperren des Steuergitters und des Stromes durch den Röntgenstrahler während des Zeitintervalls (T2- T3) und zum anschließenden Freigeben des Stromes durch den Röntgenstrahler. X-ray system with at least one x-ray emitter (4) provided with a control grid (46) for generating x-ray images, at least one x-ray image converter (6) with means (7) for electronically reading out x-ray images or for transporting the x-ray image converter from the area acted upon by the x-ray emitter in a time interval following the X-ray exposure (T 2 - T 3 ) and an X-ray generator (1-3; 8-12) for supplying the X-ray source, which is provided with a high-voltage generator (1, 2) to which the x-ray emitter (4) can be connected, Means (3) for switching the high voltage of the high voltage generator on and off at the beginning and at the end of an X-ray image, - And a grid control circuit (12) for blocking the control grid and the current through the X-ray emitter during the time interval (T 2 - T 3 ) and then releasing the current through the X-ray emitter. Röntgengenerator zur Speisung mindestens eines mit einem Steuergitter (46) versehenen Röntgenstrahlers (4) zur Erzeugung von Röntgenaufnahmen für ein Röntgen-System nach Anspruch 1 mit - einem Hochspannungserzeuger (1,2), an den der Röntgenstrahler angeschlossen ist, - Mitteln (3)zur Ein- und Ausschaltung der Hochspannung des Hochspannungserzeugers bei Beginn und Ende einer Röntgenaufnahme, - und einer Gittersteuerschaltung (12) zum Sperren des Steuergitters und des Stromes durch den Röntgenstrahler während eines kurzen Zeitintervalls (T2- T3) und zum anschließenden Freigeben des Stromes durch den Röntgenstrahler. X-ray generator for supplying at least one x-ray emitter (4) provided with a control grid (46) for generating x-ray images for an x-ray system according to claim 1 a high voltage generator (1, 2) to which the x-ray emitter is connected, Means (3) for switching the high voltage of the high voltage generator on and off at the beginning and end of an X-ray image, - And a grid control circuit (12) for locking the control grid and the current through the X-ray tube during a short time interval (T 2 - T 3 ) and then releasing the current through the X-ray tube.
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