DE4303948A1

DE4303948A1 - X-ray diagnosis device

Info

Publication number: DE4303948A1
Application number: DE19934303948
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Ing Grad Hofmockel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 1994-08-11

Abstract

The invention relates to an X-ray diagnosis device having a grid-controlled X-ray tube (6) and a high-voltage generator (10) which has a high-voltage producing element (2) and a grid pulse unit (11) with a grid voltage transformer (15). The grid voltage transformer (15) of the grid pulse unit (11) is supplied with a signal which consists of at least one pulse of a high-frequency oscillation at the resonant frequency of the high-voltage transformer (15). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer gittergesteuerten Röntgenröhre und einem Hochspannungs generator, der einen Hochspannungserzeuger und eine Gitter pulseinheit mit einem Gitterspannungstransformator aufweist. Derartige Röntgendiagnostikeinrichtungen mit Pulsdurchleuch tung werden in der Röntgendiagnostik eingesetzt, um mit ge ringer mittlerer Dosisleistung eine kontrastreiche Bilddar stellung zu erhalten.The invention relates to an X-ray diagnostic device a grid-controlled X-ray tube and a high voltage generator, which is a high voltage generator and a grid Has pulse unit with a grid voltage transformer. X-ray diagnostic devices of this type with pulse fluoroscopy devices are used in X-ray diagnostics in order to ringer medium dose rate a high-contrast image to get position.

Üblicherweise wird ein separater Gitterpulszusatz verwendet, in dem die negative Spannung erzeugt wird, mit der sich bei Gitterröhren der Röhrenstrom pulsförmig steuern läßt. Ein derartiger Aufbau ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, wo bei der Röntgengenerator 1 einen Hochspannungserzeuger 2 auf weist, der über ein dreiadriges Hochspannungskabel 3 mit dem Gitterpulszusatz 4 und über ein einadriges Hochspannungskabel 5 mit der Anode der Röntgenröhre 6 verbunden ist. Der Gitter pulszusatz 4 ist über ein vieradriges Hochspannungskabel 7 mit dem Gitter 8 und der Heizung 9 der Röntgenröhre 6 verbun den.Usually, a separate grid pulse additive is used, in which the negative voltage is generated, with which the tube current can be controlled in a pulsed manner in the case of grid tubes. Such a structure is shown schematically in FIG. 1, where the x-ray generator 1 has a high-voltage generator 2 which is connected to the grid pulse additive 4 via a three-wire high-voltage cable 3 and to the anode of the x-ray tube 6 via a single-wire high-voltage cable 5 . The grid pulse add-on 4 is connected via a four-wire high-voltage cable 7 to the grid 8 and the heater 9 of the X-ray tube 6 .

Als nachteilig ergibt sich hierbei, daß ein relativ großes Bauteil getrennt vom Röntgengenerator angeordnet und über mehrere dicke Hochspannungskabel verbunden ist. Ein derarti ger Gitterpulszusatz wird auf der Sekundärseite geschaltet, so daß sich aufgrund passiver Bauelemente hohe Verlustlei stungen und wegen der Kapazitäten relativ hohe Schaltzeiten ergeben.The disadvantage here is that a relatively large Component arranged separately from the X-ray generator and over several thick high voltage cables are connected. Such a lattice pulse additive is switched on the secondary side, so that due to passive components there is a high loss loss and relatively high switching times due to the capacities surrender.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagno stikeinrichtung der eingangs genannten Art mit einem Hoch spannungsgenerator zu schaffen, der eine kompakte Bauweise aufweist und eine geringe Verlustleistung besitzt.The invention is based on the task of an X-ray diagnosis Stikeinrichtung of the type mentioned with a high voltage generator to create a compact design and has a low power loss.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Git terspannungstransformator der Gitterpulseinheit ein Signal zugeführt wird, das wie ein Burstsignal aus wenigstens einem Puls einer hochfrequenten Schwingung besteht. Dadurch läßt sich die Gitterpulseinheit mit geringer Ansteuerungsleistung betreiben.The object is achieved in that the Git Voltage transformer of the grid pulse unit a signal is supplied, which like a burst signal from at least one There is a pulse of a high-frequency oscillation. This leaves the grid pulse unit with low control power operate.

Dabei kann die Röntgendiagnostikeinrichtung derartig vorteil haft aufgebaut sein, daß die Gitterpulseinheit einen Steuer generator aufweist, der pulsförmige Signale erzeugt und mit einem Funktionsgenerator verbunden ist, an dem über einen Leistungs-Operationsverstärker der Gitterspannungstransforma tor angeschlossen ist, und daß der Steuergenerator weiterhin über eine Entladeschaltung mit dem Steuertransformator ver bunden ist. Dies kann besonders leistungsarm erfolgen, wenn der Funktionsgenerator eine hochfrequente Schwingung mit der Resonanzfrequenz des Gitterspannungstransformators erzeugt.The X-ray diagnostic device can be of such advantage be constructed that the grid pulse unit a control has generator that generates pulse-shaped signals and with a function generator is connected to which via a Grid voltage transformer power operational amplifier Tor is connected, and that the control generator continues ver via a discharge circuit with the control transformer is bound. This can be done particularly poorly, if the function generator emits a high frequency vibration with the Generated resonance frequency of the grid voltage transformer.

Eine schnelle Entladung der Kabel- und Gitterkapazitäten durch Kurzgeschliessung des Kabels zur Röntgenröhre wird er reicht, wenn auf der Sekundärseite des Gitterspannungstrans formators der Gitterpulseinheit eine Schaltstufe mit aktiven Bauelementen vorgesehen ist, der ein pulsförmiges Steuersi gnal zugeführt wird.Rapid discharge of the cable and grid capacities by short-circuiting the cable to the X-ray tube, it becomes is enough if on the secondary side of the grid voltage trans formators of the grid pulse unit a switching stage with active Components is provided, which is a pulsed Steueri gnal is fed.

Erfindungsgemäß kann das pulsförmige Steuersignal aus wenig stens einem Pulspaket mehrerer Einzelpulse, einem sogenannten Burstsignal, bestehen. Eine schnelle Entladung der Kabel- und Gitterkapazitäten wird erreicht, wenn die Schaltstufe an der Gleichrichtung angeschlossen ist und aufgrund des pulsförmi gen Steuersignales die Ausgänge der Gleichrichtung miteinan der verbindet. According to the pulse-shaped control signal can do little at least one pulse packet of several individual pulses, a so-called Burst signal. A quick discharge of the cable and Grid capacities are achieved when the switching stage on the Rectification is connected and due to the pulsiformi control signals, the outputs of the rectification that connects.

Zur Reduzierung der Ansteuerleistung kann der Gitterpuls zusatz eine Schaltstufe mit Halbleiter-Bauelementen aufwei sen, die mit SIPMOS- oder IGBT-Transistoren (Insulated Gate Bipolar Transistoren) versehen sein kann.The grid pulse can be used to reduce the drive power additionally a switching stage with semiconductor components with SIPMOS or IGBT transistors (Insulated Gate Bipolar transistors) can be provided.

Einen kompakten Aufbau des Hochspannungsgenerators, der sich außerdem durch eine geringere Anzahl von Kabeln auszeichnet, erhält man, wenn der Hochspannungserzeuger und die Gitter pulseinheit in einer Hochspannungseinheit im Hochspannungsge nerator integriert sind.A compact design of the high-voltage generator, the also characterized by a smaller number of cables, is obtained when the high voltage generator and the grid Pulse unit in a high voltage unit in the high voltage area nerator are integrated.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zei gen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. It shows gene:

Fig. 1 ein Hochspannungsgenerator einer bekannten Röntgen diagnostikeinrichtung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 1 is a high-voltage generator of a known X-ray diagnostic device according to the prior art,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Hochspannungsgenerator, Fig. 2 is a high-voltage generator according to the invention,

Fig. 3 den Schaltungsaufbau der in Fig. 2 dargestellten er findungsgemäßen Gitterpulseinheit, Fig. 3 shows the circuit configuration shown in FIG. 2, he illustrated inventive grating pulse unit,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Steuerteils der in Fig. 3 dar gestellten Gitterpulseinheit und Fig. 4 is a block diagram of the control part of the grid pulse unit shown in Fig. 3 and

Fig. 5 bis 7 Kurvenverläufe zu Erläuterung der Erfindung. Fig. 5 to 7 curves to illustrate the invention.

In der Fig. 2 ist der Hochspannungsgenerator 10 dargestellt, der erfindungsgemäß den Hochspannungserzeuger 2 und die Git terpulseinheit 11 enthält und mit ihnen eine kompakte Hoch spannungseinheit 12 bildet. Die Hochspannungseinheit 12 ist über ein einpoliges Hochspannungskabel 13 mit der Anode und über ein vierpoliges Hochspannungskabel 14 mit dem Gitter 8 und der Heizung 9 der Röntgenröhre 6 verbunden. Durch den kompakten Aufbau des Hochspannungseinheit 12 mit integrierter Gitterpulseinheit 11, läßt sich das dreipolige Hochspannungs kabel 3 einsparen.In Fig. 2, the high voltage generator 10 is shown, which according to the invention contains the high voltage generator 2 and the Git terpulseinheit 11 and forms a compact high voltage unit 12 with them. The high-voltage unit 12 is connected to the anode via a single-pole high-voltage cable 13 and to the grid 8 and the heater 9 of the X-ray tube 6 via a four-pole high-voltage cable 14 . Due to the compact structure of the high-voltage unit 12 with integrated grid pulse unit 11 , the three-pole high-voltage cable 3 can be saved.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Gitterpulseinheit 11 dar gestellt, die einen Gitterspannungstransformator 15 aufweist, an dem sich eine Gleichrichtung 16 anschließt. Die Ausgänge der Gleichrichtung 16 sind über eine Schaltstufe 17 miteinan der verbunden und an das Gitter 8 und der Heizung 9 der Rönt genröhre 6 geführt. Die Gleichrichtung 16 enthält in bekann ter Weise vier Dioden 18 bis 21, die derart in Graetzschal tung angeordnet sind, daß das Gitter (8) mit einer negativen Gleichspannung gesperrt werden kann. Die Schaltstufe 17 weist eine Reihenschaltung einer Transistorstufe 22, die beispiels weise aus einem oder mehreren SIPMOS- oder IGBT-Transistoren (Insulated Gate Bipolar Transistor) bestehen kann, mit einem Widerstand 23 auf, die die Ausgänge der Gleichrichtung 16 überbrücken. An dem Steueranschluß der Transistorstufe 22 ist ein Widerstand 24 angeschlossen, der über zwei gegeneinander geschaltete Zenerdioden 25 und 26 auf Masse gelegt ist. Der Widerstand 24 sowie der andere Kontakt der Transistorstufe 22 sind an der Sekundärspule eines Steuertransformators 27 ange schlossen, dem ein hochfrequentes, pulsförmiges Steuersignal zugeführt wird, das noch näher erläutert wird. Die Kabel- und Gitterkapazitäten 28 sind ebenfalls dargestellt.In Fig. 3, the grid pulse unit 11 is shown, which has a grid voltage transformer 15 , which is followed by a rectification 16 . The outputs of the rectification 16 are connected to each other via a switching stage 17 and are guided to the grid 8 and the heater 9 of the X-ray tube 6 . The rectification 16 contains in known manner four diodes 18 to 21 , which are arranged in Graetzschal device that the grid ( 8 ) can be blocked with a negative DC voltage. The switching stage 17 has a series circuit of a transistor stage 22 , which can consist, for example, of one or more SIPMOS or IGBT transistors (insulated gate bipolar transistor) with a resistor 23 , which bridge the outputs of the rectifier 16 . A resistor 24 is connected to the control connection of transistor stage 22 and is connected to ground via two Zener diodes 25 and 26 which are connected to one another. The resistor 24 and the other contact of the transistor stage 22 are connected to the secondary coil of a control transformer 27 , which is supplied with a high-frequency, pulse-shaped control signal, which will be explained in more detail. The cable and grid capacitances 28 are also shown.

Durch die Schaltstufe 17 wird die Ausgangsspannung der Gleichrichtung 16 impulsartig herabgesetzt, so daß die Rönt genröhre 6 leitet. Dies kann deshalb sehr schnell erfolgen, da die Steuerung sekundärseitig aktiv erfolgt.Through the switching stage 17 , the output voltage of the rectification 16 is reduced in a pulsed manner, so that the X-ray tube 6 conducts. This can be done very quickly because the control is active on the secondary side.

In Fig. 4 ist der Steuerteil der erfindungsgemäßen Gitter pulseinheit dargestellt, die einen Steuergenerator 29 auf weist. Der Steuergenerator 29 ist zum einen mit einem Funk tionsgenerator 30 verbunden, der über einen Leistungs-Opera tionsverstärker 32 mit dem Gitterspannungstransformator 15 verbunden ist. Zur Einstellung der Frequenz des Funktionsgenerators 30 von beispielsweise etwa 25 kHz ist ein Potentio meter 31 vorgesehen. Der Funktionsgenerator 30 ist weiterhin über eine Entladeschaltung 33 mit dem Steuertransformator 27 verbunden.In Fig. 4, the control part of the grid pulse unit according to the invention is shown, which has a control generator 29 . The control generator 29 is connected on the one hand to a func tion generator 30 , which is connected via a power operation amplifier 32 to the grid voltage transformer 15 . To set the frequency of the function generator 30, for example, about 25 kHz, a potentiometer 31 is provided. The function generator 30 is also connected to the control transformer 27 via a discharge circuit 33 .

Der Steuergenerator 29 erzeugt ein in Fig. 5 dargestelltes Pulssignal, das aus einem oder mehreren Pulsen P im ms-Be reich bestehen kann, die eine Länge von beispielsweise 0,5 ms bis 10 ms, bevorzugt 1 ms bis 6,4 ms, aufweisen können. Die Pulsfrequenz kann dabei der Frequenz der Netzspannung oder einem Teil davon, beispielsweise bei einer 50 Hz-Netzfrequenz 12,5 Hz, 25 Hz oder 50 Hz, betragen. Durch den Puls P des Steuergenerators 29 wird der Funktionsgenerator 30 gesperrt, so daß, wie in Fig. 6 dargestellt, am Gitterspannungstransfor mator 15 keine Spannung U anliegt. In den Impulspausen dage gen wird der Funktionsgenerator 30 freigegeben, so daß er schwingen kann. Über den Leistungs-Operationsverstärker 32 wird diese Schwingung als Burstsignal an den Gittertransfor mator 15 weitergeleitet, der die Ausgangsspannung des Lei stungs-Operationsverstärker 32 auf etwa 5 kV hochtransfor miert. Durch das Potentiometer 31 läßt sich die Frequenz des Funktionsgenerators 30 derart einstellen und optimieren, daß er in der Resonanzfrequenz des Gitterspannungstransformators 15 schwingt, so daß eine besonders verlustleistungsarme An steuerung erfolgt.The control generator 29 generates a pulse signal shown in FIG. 5, which can consist of one or more pulses P in the ms range, which have a length of, for example, 0.5 ms to 10 ms, preferably 1 ms to 6.4 ms can. The pulse frequency can be the frequency of the mains voltage or a part thereof, for example at a 50 Hz mains frequency of 12.5 Hz, 25 Hz or 50 Hz. By the pulse P of the control generator 29 , the function generator 30 is blocked, so that, as shown in Fig. 6, the grid voltage transformer 15 no voltage U is present. In the pulse pauses dage conditions, the function generator 30 is released so that it can vibrate. Via the power operational amplifier 32 , this oscillation is passed on as a burst signal to the grid transformer 15 , which transforms the output voltage of the power operational amplifier 32 to approximately 5 kV. By means of the potentiometer 31 , the frequency of the function generator 30 can be set and optimized such that it oscillates in the resonance frequency of the grid voltage transformer 15 , so that a particularly low-loss control takes place.

Damit sich die Kabel- und Gitterkapazitäten 28 der Röntgen röhre 6 schnell entladen können, ist die Entladeschaltung 33 vorgesehen, die, wie Fig. 7 zeigt, während des Pulses P des Steuergenerators 29 in einem Abstand von etwa 200 µs Impulse 1 als Burstsignal erzeugt, die dem Steuertransformator 27 zu geführt werden, der dadurch pulsförmig das Kabel kurz schließt, so daß die verbleibenden Ladungen der Kabel- und Gitterkapazitäten 28 über den Widerstand 23 und die Transi storstufe 22 schnell abfließen können. Durch diesen Schal tungsaufbau wird eine sichere Übertragung des Pulses P und ein schnelles Leiten der Röntgenröhre 6 gewährleistet.So that the cable and grid capacitances 28 of the X-ray tube 6 can be quickly discharged, the discharge circuit 33 is provided which, as shown in FIG. 7, generates pulses 1 as a burst signal at a distance of approximately 200 μs during the pulse P of the control generator 29 , the said control transformer to be guided 27, characterized the pulse-shaped cable shorts, so that the remaining charges of the cable and capacitances grid 28 via the resistor 23 and the Transistor storstufe can flow away quickly 22nd This circuit configuration ensures reliable transmission of the pulse P and rapid conduction of the X-ray tube 6 .

Die erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung ermöglicht durch ihre kompakte Bauweise der Gitterpulseinheit die Inte gration in bestehende Komponenten, den Hochspannungsgenera tor, das heißt, das Anlagenvolumen in der Klinik wird verrin gert, weil der separate Gitterpulszusatz entfällt. Da nur noch eine ölgefüllte Hochspannungskomponente benötigt wird, werden auch die Betriebskosten drastisch gesenkt.The X-ray diagnostic device according to the invention enables due to its compact design of the grid pulse unit, the inte gration in existing components, the high-voltage generator gate, that is, the volume of equipment in the clinic is reduced because the separate lattice pulse addition is not required. Because only an oil-filled high-voltage component is still required, operating costs are also drastically reduced.

Ebenfalls werden durch die Einsparung teurer Bauelemente und Hochspannungskabel die Herstellungskosten gesenkt. Durch die Reduzierungen der Verbindungen erhöht sich weiterhin die Be triebssicherheit.Also by saving expensive components and High-voltage cables cut manufacturing costs. Through the Reductions in connections continue to increase loading drive safety.

Claims

1. X-ray diagnostic device with a grid-controlled X-ray tube ( 6 ) and a high-voltage generator ( 1 , 10 ) having a high-voltage generator ( 2 ) and a grid pulse unit ( 4 , 11 ) with a grid voltage transformer ( 15 ), characterized in that the grid voltage transformer ( 15 ) the Git terpulseinheit ( 11 ) a signal is supplied, which consists of at least one pulse of a high-frequency oscillation.

2. X-ray diagnostic device according to claim 1, characterized in that the function generator ( 30 ) generates a high-frequency vibration with the resonance frequency of the grid voltage transformer ( 15 ).

3. X-ray diagnostic device according to claim 1 or 2, characterized in that the grating pulse unit ( 11 ) has a control generator ( 29 ) which generates pulse-shaped signals and is connected to a func tion generator ( 30 ), to which via a Lei operational amplifier ( 32 ) the grid voltage transformer ( 15 ) is connected, and that the control generator ( 29 ) is still connected via a discharge circuit ( 33 ) to the control transformer ( 27 ).

4. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the secondary side of the grid voltage transformer ( 15 ) of the grid pulse unit ( 11 ) a switching stage ( 17 ) with active components ( 22 , 25 , 26 ) is provided, which is a pulse-shaped Control signal is supplied.

5. X-ray diagnostic device according to claim 4, there characterized by that pulse-shaped control signal from at least one pulse packet meh single pulses exist.

6. X-ray diagnostic device according to claim 5, characterized in that the switching stage ( 17 ) is connected to the rectification ( 16 ) and connects the outputs of the rectification ( 16 ) to each other due to the pulse-shaped control signal.

7. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching stage ( 17 ) of the grating pulse unit ( 11 ) has semiconductor components ( 22 , 25 , 26 ).

8. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 7 ', characterized in that the switching stage ( 17 ) has SIPMOS or IGBT transistors ( 22 ).

9. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the high voltage generator ( 2 ) and the grid pulse unit ( 11 ) are integrated in a high voltage unit ( 12 ) in the high voltage generator ( 10 ).