[0006] Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Beispiels und zugehöriger Zeichnungen
näher erläutert werden; es zeigen:
Fig. 1: Das Schaltungsschema eines mobilen MittelfrequenzRöntgendiagnostikgenerators,
bei dem eine automatische Anpassung an den Speisenetzwiderstand nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren möglich ist, und
Fig. 2: Kurvenscharen, die den funktionellen Zusammenhang zwischen Röntgenröhrenstrom
und Netzspannung für verschiedene Röntgenröhrenspannungen und Netzinnenwiderstände
darstellen.
Der mobile Röntgendiagnostikgenerator gemäß Figur 1 weist einen Eingangstransformator
1 auf, der primärseitig über Klemmen 2 mit dem Speisenetz verbindbar ist. Sekundärseitig
sind an den Eingangstransformator 1 einerseits mit Hilfe eines Schalters 3 ein Meßwiderstand
(R
M) 4 und andererseits mittels eines Schalters 5 ein Netzgleichrichter mit Siebkondensator
6 schaltbar. Dem Netzgleichrichter mit Siebkondensator 6 ist ein DC/DC-Stellglied
7 und diesem ein Wechselrichter 8 nachgeschaltet. Der Wechselrichter 8 speist einen
Hochspannungstransformator mit Gleichrichter 9, an dem eine Röntgenröhre 10 angeschlossen
ist. Im Heizkreis der Röntgenröhre 10 ist ein Stellglied 11 für den Röntgenröhrenheizstrom
vorgesehen. Bestandteil des Röntgendiagnostikgenerators ist des weiteren eine Rechnereinheit
12, die aus zwei Einchipmikrorechnern mit entsprechenden internen Speichern 13 (RAM)
für Daten und externen Speichern 14 (ROM) für das Rechnerprogramm, Konstante sowie
Funktionswerte für eine Bezugskurve besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab: Nach dem Einschalten des Röntgengenerators
schließt die Rechnereinheit 12 verzögert über ein Koppellinterface 15 den Schalter
3. Damit kann die mit U
Netz bezeichnete Netzspannung auf der Sekundärseite des Eingangstransformators 1 unter
der Belastung des Messwiderstandes 4 während einer von der Rechnereinheit 12 vorgegebenen
Umsetzzeit mit Hilfe eines Analog-Digital-Umsetzers (ADU) 16 gemessen werden. Das
heißt, der Analog-Digital-Umsetzer 16 erfaßt den Spannungszusammenbruch bei einer
vorgegebenen Belastung. Der Start der Umsetzung des Analog-Digital-Umsetzers 16
wird dabei über eine Steuerleitung von der Rechnereinheit 12 ausgelöst. In der Folge
wird nun aus mehreren Messungen während der Schließzeit des Schalters 3 aus dem vom
Analog-Digital-Umsetzer 16 über das Koppelinterface 15 der Rechnereinheit 12 zugeführten
digitalen Meßwerten in der Rechnereinheit 12 der Mittelwert der zusammengebrochenen
Netzspannung U
Netz/Last/RM ermittelt. Nach Ablauf des Meßprogrammes unter Belastung wird der Schalter 3 von
der Rechnereinheit 12 geöffnet und der Schalter 5 geschlossen, so daß der angeschlossene
Leistungskreis für die Röntgenröhre 10 mit Spannung versorgt werden kann. Durch erneuten
Start der Umsetzung des Analog-Digital-Umsetzers 16 wird nunmehr die Netzspannung
im unbelasteten Zustand, d.h. die Leerlaufnetzspannung U
Netz/leer, ermittelt. Mit Kenntnis der Größe des Meß widerstandes 4, beispielsweise R
M = 18Ω, kann von der Rechnereinheit 12 aus den beiden Meßwerten der Netzinnenwiderstand
R
i/Netz einschließlich der Impedanz des Eingangstransformators R
Tr errechnet und im Speicher 13 abgelegt werden. Die Berechnung erfolgt dabei nach der
Gleichung

Im folgenden wird nun zyklisch, beispielsweise alle 0,5 Sekunden, die Leerlaufnetzspannung
U
Netz/leer durch einen Steuerbefehl der Rechnereinheit 12 an den Analog-Digital-Umsetzer 16
gemessen und im Speicher 13 bis zur nächsten Messung gespeichert. Nach dem beschriebenen
Einschaltprogramm für die Ermittlung von R
i/Netz + R
Tr stellt die Rechnereinheit 12 selbständig einen im Speicher 14 programmierten mittleren
Einstellwert für die Aufnahmedaten Röntgenröhrenspannung U
Rö (kV) und Milliamperesekundenprodukt (mAs) ein. Bis zur ersten Eingabe von Aufnahmedaten
an einem der Rechnereinheit 12 zugeordneten Tastenfeld 17 werden diese Werte über
Segmenttreiber 18 und Stellentreiber 19 auf einem Anzeigetableau 20 multiplex dem
Bediener angezeigt. Durch Betätigung der Tasten im Tastenfeld 17 können die Röntgenröhrenspannung
(kV) und das Milliamperesekunden-Produkt (mAs) gestuft erhöht oder verringert werden.
Aus den vorgegebenen kV- und mAs-Werten berechnet die Rechnereinheit 12 zunächst im
Sinne eines Überlastungsschutzes die kürzeste Aufnahmezeit bei maximal zulässigem
Röntgenröhrenstrom I
Rö laut Belastungsdiagramm der Röntgenröhre. Danach wird mit Hilfe der während der Einschaltzeit
des Röntgengenerators ständig gemessenen Netzspannung U
Netz und des beim Einschalten des Generators errecheten Netzinnenwiderstandes einschließlich
der Impedanz des Eingangstransformators, R
i/Netz + R
Tr, auf die im folgenden anhand von Figur 2 näher erläuterte Art und Weise von der Rechnereinheit
12 berechnet, ob die gewählten Aufnahmedaten mit den momentan vorherrschenden Netzverhältnissen
zu realisieren sind. Voraussetzung für die Berechnung ist einerseits die Festlegung
einer Mindestnetzspannung U
o, d.h. einer Netzspannung, bei der die Funktion aller damit versorgten Baugruppen
noch gewährleistet ist, und andererseits, daß der Innenwiderstand R
G des Röntgengenerators für die niedrigste einstellbare Röntgenröhrenspannung U
Rö/min in Verbindung mit einem realen minimalen Netzinnenwiderstand R
i/Netz/min + R
Tr in Form einer Bezugskurve

im Speicher 14 abgespeichert ist. Der Berechnung liegt folgende Ausgangsgleichung
zugrunde:

Darin bedeuten U
G diejenige Netzspannung, die laut Bezugskurve bei R
i/Netz/min + R
Tr und U
Rö/min zur Realisierung des laut Belastungsdiagramm errechneten Röntgenröhrenstroms I
Rö erforderlich ist, und U
Netz/min diejenige minimale Netzspannung, die zur Realisierung des nämlichen Röntgenröhrenstroms
I
Rö bei einer gewählten Röntgenröhrenspannung U
Rö und dem wirksamen Netzinnenwiderstand R
i/Netz inklusive Eingangstransformatorimpedanz R
Tr notwendig wäre. Nach der Bezugsspannung U
G aufgelöst ergibt sich folgende Gleichung:

Wird in diese Gleichung anstelle von U
Netz/min die im Moment vorherrschende Netzspannung U
Netz/ist eingesetzt, so steht an Stelle der Bezugsspannung U
G die während der Aufnahme zu erwartende Netzspannung U
G/ist:

In der Gleichung (3) ist der im folgenden mit K₁ bezeichnete Koeffizient

ausschließlich abhängig von den Daten des Speisenetzes mit der aktuellen Netzspannung
U
Netz/ist, die periodisch gemessen wird, und dem beim Einschalten des Generators ermittelten
Netzinnenwiderstand einschließlich Eingangstransformatorimpedanz R
i/Netz + R
Tr. Der Koeffizient

hingegen wird nach jeder Bedienhandlung, d.h. kV-oder mAs-Eingabe berechnet. Damit
ist eine Trennung der Berechnung des Netzspannungszusammenbruchs in Abhängigkeit von
den Daten des Speisenetzes einerseits und den gewünschten Einstelldaten kV und mAs
andererseits gegeben. Der errechnete Wert für U
G/ist wird sodann in der Rechnereinheit 12 mit dem entsprechenden Bezugsspannungswert
U
G verglichen. Nur wenn die Rechnung ergibt, daß der zu erwartende Netzspannungswert
U
G/ist größer oder gleich dem Bezugsspannungswert U
G ist, gibt die Rechnereinheit 12 die Aufnahme mit den gewählten Aufnahmedaten über
eine Leitung 24 frei. Andernfalls wird von der Rechnereinheit 12 ein reduzierter Röntgenröhrenstrom
I
Rö′ ermittelt, so daß diese Bedingung erfüllt ist, d.h., Ergebnis des Vergleiches zwischen
U
o und U
G/ist ist ein maximal möglicher Röntgenröhrenstrom I
Rö′ dessen Wert aus dem Speicher 14 ausgelesen wird und der einen Netzspannungszusammenbruch
auf U
G bewirkt. Unter Beachtung weiterer einschränkender Vorgaben wie z.B. einer zulässigen
Generatorleistung sowie eines unteren und eines oberen Grenzwertes für den Röntgenröhrenstrom
wird der ermittelte Röntgenröhrenstrom I
Rö zur weiteren Berechnung der Generatorbelastung benutzt. Dabei müssen bei der Berechnung
der Aufnahmezeit deren Grenzwerte eingehalten werden. Sollte nach der erläuterten
Berechnungsvorschrift auf Grund des Vergleiches von U
G und U
G/ist und der Grenzwerte für die Generatorleistung und den Röntgenröhrenstrom keine zulässige
Parameterkombination für den Röntgenröhrenstrom I
Rö und die Aufnahmezeit gefunden werden, wird dem Bedienenden auf dem Anzeigetableau
20 durch Blinken der Anzeige der Hinweis zum Absenken der mAs- oder kV-Einstellung
gegeben. Durch einmaliges Drücken der Minus-Taste für kV oder mAs im Tastenfeld 17
wird selbständig auf den maximal möglichen Einstellwert abgesenkt und dieser am Anzeigetableau
20 angezeigt. Wenn schließlich mit einem an die Rechnereinheit 12 angeschlossenen
Handschalter 21 eine Aufnahme vorbereitet wird, übergibt die Rechnereinheit 12 die
im Speicher 13 aktualisierten Werte für die Röntgenröhrenspannung U
Rö und den Röntgenröhrenstrom I
Rö über das Koppelinterface 15 mit beispielsweise 8-Bit-Wortbreite an Digital-Analog-Umsetzer
(DAU) 22 bzw. 23. Daraufhin stellen der Digital-Analog-Umsetzer 22 den analogen Sollwert
für die gewünschte Röhrenspannung U
Rö dem DC/DC-Stellglied 7 und der Digital-Analog-Umsetzer 23 den analogen Sollwert für
den Röntgenröhrenstrom I
Rö dem Stellglied 11 zur Verfügung.
Nach erfolgter Bereitschaftsanzeige am Tastenfeld 17 durch die Rechnereinheit 12 kann
nunmehr ebenfalls durch den Handschalter 21 die Aufnahme ausgelöst werden. Nach dem
Ablauf der Aufnahme bleibt der zuletzt eingestellte kV-bzw. mAs- Wert bis zur nächsten
Einstellhandlung erhalten, wobei aber das Verhältnis von Röntgenröhrenstrom und Aufnahmezeit
ständig unter Beachtung der momentanen Netzspannung U
Netz/ist aktualisiert wird.
Gemäß gewähltem Beispiel beträgt die Mindestnetzspannung U
o = 170 V.
Außerdem wird im Beispiel von einem minimalen Netzinnenwiderstand R
i/Netz/min + R
Tr = 0,5Ω und einer niedrigsten einstellbaren Röntgenröhrenspannung U
Rö/min = 40 kV, sowie davon ausgegangen, daß die Bezugskurve über den gesamten Leistungsbereich
linear verläuft (Fig. 2). Um bei einer gewählten Röntgenröhrenspannung U
Rö = 40 kV einen Röntgenröhrenstrom I
Rö = 40 mA zu realisieren, ist laut Bezugskurve gemäß Punkt A′ eine Netzspannung U
G =175V erforderlich. Beträgt die Summe aus Netzinnenwiderstand R
i/Netz und Eingangstransformatorimpedanz R
Tr hingegen 2,5Ω, so wird bei gleichbleibender Röntgenröhrenspannung U
Rö zur Realisierung des nämlichen Röntgenröhrenstroms eine Netzspannung U
Netz/min = 195 V notwendig (Punkt A˝). Wenn nun in diesem Beispiel die gemessene Netzspannung
U
Netz/ist nur 190 V beträgt, dann wird die Röntgenaufnahme im Punkt A‴, d.h. mit auf 32 mA
reduziertem Röntgenstrom I
Rö′ und entsprechend verlängerter Aufnahmezeit realisiert. Bei einer Röntgenröhrenspannung
U
Rö = 60 kV ergibt sich ein zu erwartender Netzspannungsabfall von 37,5 V, und es wäre
zur Realisierung von 40 mA Röntgenröhrenstrom I
Rö eine Netzspannung U
Netz/min von wenigstens 207,5 V erforderlich (Punkt B). Sollte die momentane Netzspannung
U
Netz/ist beispielsweise nur 187,5 V betragen, dann wird von der Rechnereinheit 12 der Röntgenröhrenstrom
auf I
Rö˝ = 18 mA reduziert (Punkt B′).