CH638620A5 - Vorrichtung zur abbildung eines strahlungsdichtefeldes mit einem szintillationskristall. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abbildung eines Strahlungsdichtefeldes mit einem Szintillationskristall; einer Anordnung von einer Mehrzahl photoelektrischer Wandler auf der einen Seite des Szintillationskristalls,

wobei jeder Wandler der Strahlungsenergie von verschiedenen sich gegenseitig aber überlappenden Regionen des Szintillationskristalls ausgesetzt ist; einer Koordinatenwandlerschaltung für die Bestimmung der Koordinaten eines Szintillationsereignisses bezüglich der Wandleranordnung bezogenen Signale; einem Signalverstärkerteil zur Verstärkung der Signale aus jedem photoelektrischen Wandler der Anordnung, dessen Ausgänge über ein Netzwerk zur Veränderung der Übertragungsfunktion mit den Eingängen der Koordinatenwandlerschaltung verbunden sind und Steuerleitungen zur Umschaltung des Netzwerkes zur Veränderung der Übertragungsfunktion.

In der nuklearen Medizin werden Szintillationskameras verwendet, um Gammastrahlen oder andere hochenergetische Photonen abzutasten, die von einem Körper emittiert werden, in den ein Radioisotop infusiert worden ist. Die Photonen werden entsprechend dem Ausmass emittiert, zu dem das Isotop durch das untersuchte Gewebe absorbiert wird. Die emittierten Photonen werden in einem kristallinen Material absorbiert, und eine Szintillation tritt an dem Punkt der Absorption auf. Die Absorptionspunkte sind im wesentlichen kongruent mit dem Punkt, aus dem sie emittiert worden sind, da die Photonen mit einem Kollimator auf den Kristall gerichtet sind. Eine Anordnung von Photovervielfacherröhren, die im allgemeinen hexagonal angeordnet sind, sind optisch mit dem Kristall gekoppelt, so dass jede Röhre ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Grösse bzw. Magnitude von seiner bestimmten geometrischen Relation zu dem abgetasteten Ereignis abhängt. Jede Röhre hat eine x- und eine y-Koordinate. Die Signale von jeder Röhre werden einer Widerstands-Gewich-tungsmatrix zugeführt, die die Berechnung der x- und y-Koordinaten von jedem Ereignis ermöglicht. Die x- und y-Koordinatensignale werden dazu verwendet, eine Kathodenstrahlröhrenanzeige oder eine andersartige Anzeige anzusteuern, so dass eine Intensitätsänderung an dem Koordinatenpunkt in der Anzeige gemacht oder geschrieben wird, die wünschenswerterweise den wahren Koordinaten des Szintillationsereignisses entsprechen sollte. Üblicherweise wird die Energie eines derartigen Ereignisses summiert und einer Impulshöhenanalyse unterworfen. Wenn die gesamte Energie in das Fenster des Analysierers fällt, wird ein z-Impuls erzeugt, der in die Anzeige eingeblendet wird, um den Lichtpunkt zu schreiben oder eine andere Art einer Intensitätsänderung zu erzeugen. Es kann ein photographischer Film als ein Integrator der grossen Anzahl von Lichtpunkten oder -flecken verwendet werden, die auf dem Schirm der Anzeige auftritt. Es ist eine wesentliche Anzahl von Szintillationsereig-nissen erforderlich, um das endgültige Bild der Radioaktivitätsverteilung in dem Körpergewebe auszubilden. Die vorstehenden Ausführungen bilden die grundlegenden und idealen Merkmale des bekannten Anger-Gamma-Kamerasystems, das in der US-PS 3 011 057 beschrieben ist.

Die für die Konstrukteure von Gamma-Kamerasystemen auftretenden Probleme bestehen darin, die Gleichförmigkeit und Auflösung zu optimieren. Aufgrund der geometrischen Relationen zwischen den verschiedenen Photovervielfacherröhren, wenn eine Radioaktivitätsquelle mit gleichförmiger Verteilung nahe an der Kristallscheibe angeordnet und eine Photographie der Anzeige gemacht wird, zeigt die Photographie Ungleichförmigkeiten, die durch «heisse Punkte» unter jeder Photovervielfacherröhre und «kalte Punkte» zwischen den Röhren charakterisiert sind. Mit anderen Worten wird ein Punkt oder ein Szintillationsereignis, das zwischen den Photovervielfacherröhren auftritt, so abgetastet, als wäre er unter den Röhren teilweise verschoben, wodurch eine Verminderung in der Punktdichte oder Intensität zwischen den Röhren und eine offenbare Vergrösserung der Intensität unter

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den Röhren bewirkt wird. Ein bekannter Weg zur Verminde- andere nicht-lineare Kompensationseinrichtung durch eine rung dieses unerwünschten Effektes besteht darin, die Photo- Gleichstrom- oder Wechselstromquelle vorgespannt wird, so vervielfacherröhren weiter von der Scheibe wegzubewegen. dass die Dioden in den Vorverstärker-Ausgangskreisen zu der

Dies geht jedoch auf Kosten des Auflösungsvermögens klei- Widerstandsmatrix nicht immer bei der identischen Ampli-nerer Einzelheiten der Kamera. Wenn also kleine Einzelheiten 5 tude des Eingangssignales leiten.

aufgelöst werden sollen und wenn Gleichförmigkeit und Diese US-PS 3 908 128 beschreibt eine Veränderung des

Übereinstimmung zwischen den erzeugten und angezeigten Vorverstärkergewinnes in jedem Kanal immer dann, wenn

Bildmustern beizubehalten ist, dann müssen die Ausgangssi- das Signal von dem jeweiligen Vorverstärker eine vorbe-gnale von den Photovervielfacherröhren modifiziert oder kor- stimmte Gleichvorspannung überschreitet. Weiterhin ist die rigiert werden. io Ausgangsleitung mit einer Wechselvorspannung vorge-

Ein Verfahren zur Korrektur mit nicht-elektronischen spannt, die der Gleichspannung überlagert ist. Somit wird in

Mitteln ist in der US-PS 3 774 032 beschrieben. Darin wird der Kurve ein Knickpunkt erzeugt, der die Verstärkung oder die Verteilung der Szintillationen, wie sie durch die Photover- die Relationen zwischen den Signalen von dem Vorverstärker vielfacherröhren abgetastet werden, dadurch geändert, dass und den entsprechenden Signalen darstellt, die zur Bestim-

Muskeln zwischen dem Kristall und den Röhren angeordnet is mung der Koordinaten der Ereignisse verwendet werden. Die werden, so dass Licht von gewissen Bereichen des Kristalles Wechselvorspannung wird in der Weise verwendet, dass der nicht direkt zu den Photovervielfacherröhren gelangen kann. Knickpunkt der anderenfalls auf Grund der Gleichvorspan-

Dies vermindert die Ausgangsgrösse der Röhren für Szintilla- nung festgelegt sein würde, mit der Frequenz der Wechselvor-tionen, die direkt unter den Röhren auftreten, aber es wird ge- Spannung festgelegt sein würde, mit der Frequenz der Wech-

stattet, dass Licht von anderen Bereichen, d.h. von den Zwi- 20 selvorspannung oszilliert, um dadurch einen Sprenkelungs-

schenräumen der Röhren, direkt zu diesen gelangen kann. oder Verfleckungseffekt (mottling effect) des Feldes zu ver-

Das Ergebnis ist eine bessere, aber nicht optimierte, Auflö- meiden, das angeblich aus dem scharfen Ausschnitt einer sung und Gleichförmigkeit im Bild. Diode resultiert, die in der Vorspannschaltung verwendet ist.

Es ist bereits angegeben worden, die nach dem vorstehend Die Korrektureinrichtung kann nicht richtig korrigieren,

beschriebenen Patent erhaltenen Ergebnisse durch elektroni- 25 wenn das Isotop oder die Isotope Photonen mit unterschied-

sche Korrektureinrichtungen zu erzielen. Die elektronische liehen Energiespitzen emittieren.

Korrektur basiert auf der Erkenntnis, dass, wenn die Ein- In bekannten Anordnungen ist eine Gleichvorspannungs-gangs- und Ausgangssignale der Vorverstärker, die mit den quelle, die in Figur 6 nicht gezeigt ist, mit einer Wechselvor-Photovervielfacherröhren gekoppelt sind, in linearer Bezie- spannungsquelle 110 in Reihe geschaltet, wie es bereits angehung stehen, die Disproportionalität zwischen Helligkeit und 30 geben wurde. Wenn auf der Leitung 45 abgetastete Signale Entfernung bleibt, aber wenn die Ausgangsgrösse modifiziert auftreten, die die Rückwärtsvorspannung überschreiten, die wird, so dass die dem Rauschen entsprechenden niedrigen Si- gleich der Summe der festen Gleich- und der augenblicklichen gnale eliminiert werden und die hohen Signale, die dem Szin- Wechselvorspannungen ist, ist die Vorspannschaltung durch-tillationsereignis entsprechen, das an oder nahe der Mitte der geschaltet. Dies hat eine Steigungsänderung oder einen Röhre auftritt, unterdrückt werden, dann wird eine gleichför- 35 Knickpunkt in der Verstärkungskurve zur Folge, was vorste-mige Verteilung der Lichflecken auf der Anzeige erreicht. hend bereits beschrieben wurde und eine derartige Schal-

In der US-PS 3 953 735 wurde demonstriert, dass, wenn tungsanordnung ist zufriedenstellend, wenn nur eine Spitzender Ausgang der Vorverstärker richtig vorgespannt ist, Si- energie vorhanden ist. Mit anderen Worten ist eine derartige gnale mit hoher Amplitude festgeklemmt oder unterdrückt Vorspannschaltung nur für einzelne Spitzenenergien werden können, was einer Verkleinerung des Gewinnes bzw. 40 brauchbar.

der Verstärkung der Vorverstärker für Signale oberhalb einer Die vorstehend erläuterten Vorschläge erzeugten Verbes-vorbestimmten Amplitude äquivalent ist. In diesem Schema serungen hinsichtlich Linearität oder Gleichförmigkeit und ist die Kurve der Eingangssignale des Vorverstärkers über Auflösung, die im wesentlichen adäquat sind, wenn alle Pho-den Ausgangssignalen des Vorverstärkers linear für einen er- tonen die gleiche Energie haben. Selbst wenn jedoch die Pho-sten, vergleichsweise niedrigen Signalbereich, und sie hat 45 tonen von einem gegebenen Isotop monoenergetisch sind, beeinen Knickpunkt, hinter dem die Verstärkung für höhere wirken die Änderungen in dem Szintillationsprozess und dem Eingangssignale vermindert ist. Dies erzeugt eine gewisse Ver- Abtastungsprozess, dass sich die elektrischen Signale von den besserung in der Gleichförmigkeit und Auflösung, aber es wa- Photovervielfacherröhren ändern, wodurch die Koordinaten ren immer noch lokalisierte «heisse» und «kalte» Punkte bzw. der Ereignisse in der Anzeige nicht mehr den wahren Koordi-Flecken vorhanden, die zufällig über dem Kristall auftraten 50 naten der Ereignisse entsprechen. Deshalb ist es übliche Pra-und sich von System zu System änderten und von den indivi- xis, die Signale zu normalisieren, was bedeutet, dass die duellen Charakteristiken der Bauteile des Systems abhingen. Koordinatensignale durch die Summe der Energien von je-

Eine weitere wesentliche Verbesserung ist in der US-PS dem Ereignis dividiert werden. Trotzdem sind die bekannten

4 071 762 beschrieben. Diese basiert auf der Erkenntnis, dass Linearisierungsmethoden nicht adäquat, wenn mehr als ein mehr als eine Änderung in der Steigung der Eingangs/Aus- 55 Isotop mit markant unterschiedlichen nominalen Photonen-

gangs-Übertragungscharakteristiken der Vorverstärker die energien verwendet werden und auch nicht für Isotope, die kleinen lokalisierten heissen und kalten Punkte eliminieren mehrere unterschiedliche nominale Spitzenenergien aufwei-

kann, die immer noch bestanden, wenn bekannte Techniken sen. Beispielsweise wird radioaktives Gallium immer häufiger für ihre Eliminierung verwendet wurden. Somit werden zwei verwendet zur bildlichen Darstellung von Tumoren in wei-

oder mehr ausgewählte Vorspannungen an den Ausgang von 60 chem Gewebe oder von entfernt von Knochen liegenden Tu-

gewählten Vorverstärkern angelegt, um Linearität oder moren, Gallium hat drei Energiespitzen und andere Isotope

Gleichförmigkeit und Auflösung zu verbessern. haben Energiespitzen, die in dem Bereich zwischen 60 und

Andere Vorschläge sind in der US-PS 3 980 886 angege- 450 keV liegen können. Die bisher am häufigsten verwendeben, die Dioden verwendet, um Signale von einer nicht-line- ten Isotope hatten im allgemeinen einen Energiebereich von aren Summierschaltung als ein Rückkopplungssignal zur Li- 65 etwa 70 bis 160 keV. Bei gewissen Gelegenheiten wurde mehr nearisierung zu koppeln. Ein anderes Verfahren ist in der als ein Isotop zur gleichen Zeit bildlich dargestellt, was die be-US-PS 3 908 128 beschrieben, wonach eine Diode oder eine kannten Linearitätskorrekturschemata noch schlechter

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machte, da sie nur einem kleinen Energiespektrum Rechnung Koordinatenachsen angeordnet, die in Figur 1 mit — x, + x, tragen können. und - y, + y bezeichnet sind. Die Lage von jeder Photover-

Die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Abbildung eines vielfacherröhre kann durch ihre Koordinaten identifiziert

Strahlungsdichtefeldes mit verbesserter Linearitätskorrektur werden, und das gleiche gilt für die Szintillationen. Bekannt-zu schaffen, wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene s lieh ist es eine Hauptaufgabe, die Szintillationsereignisse an Erfindung gelöst. entsprechenden Koordinaten auf dem Schirm des Fernseh-

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschrei- monitors 11 ohne Verzerrung, Nicht-Linearität und ohne Un-bung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher gleichförmigkeit anzuzeigen.

erläutert. In dem vorliegenden System wie in bekannten Systemen

Figur 1 ist ein schematisches Schaltbild von einem Gam- io werden die Ausgangssignale von den 37 Vorverstärkern ent-ma-Kamerasystem mit der neuartigen Energie-unabhängigen sprechenden Widerstands-Matritzen zugeführt, wie beispiels-Linearitäts-Korrektureinrichtung, wobei die bekannten Ab- weiseden 3 Matritzen 19,20 und 21. Eine typische Matrix 19 schnitte in Blockform und die erfindungsgemässen Ab- weist vier Gewichtungswiderstände auf, die mit Rx +, Rx -,

schnitte der Schaltung im Detail gezeigt sind. Ry +, und Ry - bezeichnet sind. Die Ermittlung der Werte

Figur 2 ist eine Ansicht an den Eingangsenden der Photo- 15 dieser Widerstände braucht nicht erläutert zu werden, da sie vervielfacherröhren in einer typischen, aber nicht ausschliess- dem Fachmann geläufig ist. Es braucht nur darauf hingewie-lichen, Anordnung, wobei 3 7 Photovervielfacherröhren ver- sen zu werden, dass jede Photovervielfacherröhre in der Anwendet sind. Ordnung gemäss Figur 2 auf die mittlere Röhre oder den

Figur 3 zeigt ein Kurvenbild, das zur Erläuterung der Schnittpunkt der Koordinatenachse bezogen ist. Somit kön-

Impulshöhenselektion und Normalisation nützlich ist. 20 nen für eine irgendwo auftretende Szintillation die Ausgangs-

Figur 4 zeigt Kurven für den Zusammenhang zwischen signale der einzelnen abtastenden Röhren gewichtet werden der Signalspannung am Eingang der Linearitätskorrekturein- gemäss ihrem Abstand von den Achsen durch richtig ge-richtung über der Ausgangsspannung, nachdem sie korrigiert wählte Widerstandswerte. Um einige Beispiele anzugeben, wurde. . sind die Matrixwiderstände für die Röhre 1 in Figur 2 in der

Figur 5 ist eine Kurvendarstellung für zwei verschiedene 25 Reihenfolge Rx+, Rx—, Ry+ und Ry—, beispielsweise Photonenergiespektren von Ausgangsspannungen der Photo- 36,5,12,1,9,76 und 14,3 k-Ohm mit einem Parallelwert von vervielfacherröhre über dem Abstand der Ereignisse von der 3,54 k-Ohm. Die Matrix für die Röhre 37 hat die gleichen Mitte der Röhren, wobei die ausgezogenen Linien für die un- Einzelwerte und den Parallelwert, ausser dass Rx + nun mit korrigierten und die gestrichelten Linien für die korrigierten Rx — vertauscht und Ry + mit Ry — vertauscht ist in Bezug Signale gelten. 30 auf Röhre 1. Die Röhre 34 hat die gleichen Werte wie die Rx-

Figur 6 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ver- Werte für Röhre 1, aber ihre Ry-Werte sind umgekehrt, da zweigungsschaltung, für die die Nichtlinearitätskorrektur die Röhre 34 auf der entgegengesetzten Seite der X-Achse von ebenfalls auf der Basis eines Prozentsatzes der gesamten abge- Röhre 1 liegt. Die Werte für Rx + und Rx — für Röhre 31 betasteten Energie eines Szintillationsereignisses verwendet tragen 18,2 k-Ohm und sind gleich, da diese Röhre auf der y-wird. 35 Achse liegt, und der Parallelwert dieser Rx- und Ry-Wider-

Ganz links in Figur 1 ist eine Gamma-Kamera 10 darge- stände beträgt 4,55 k-Ohm. Allgemein gesprochen, sind die stellt, und ganz rechts befindet sich ein Monitor 11, auf dem absoluten Werte der Matrixwiderstände für alle Röhren in ein Radioisotopbild visuell angezeigt Werden kann. Die Ka- entsprechenden Positionen in den entsprechenden Quadran-mera 10 ist im wesentlichen die Anger-Kamera, die einen ten gleich. Wie die Signale von den Widerstandsmatritzen,

Kollimator 12 mit einer Vielzahl von parallelen vertikalen 40 wie beispielsweise 19-21, verwendet werden, wird im folgen-Löchern aufweist, um Photonen in geraden Bahnen von den näher erläutert. Zunächst sei jedoch die neue Nicht-Line-

einem Strahlung emittierenden Körper nach oben zu richten. aritäts-Korrektureinrichtung beschrieben.

Der Körper ist nicht gezeigt, aber er würde unterhalb des In Figur 1 werden die verschiedene Grössen aufweisenden

Kollimators angeordnet sein. Ein grossflächiger Szintilla- Ausgangssignale aus dem Vorverstärker, wie beispielsweise tionskristall 13 ist auf dem Ausgangsende des Kollimators 45 16,17 oder 18, erfindungsgemäss zusammengefasst. Es sei angeordnet. Photonen mit ausreichender Energie, die durch beispielsweise das Ausgangssignal aus dem Vorverstärker 16 den Kristall 13 absorbiert werden, erzeugen Szintillationen betrachtet. Es fliesst durch einen Widerstand 22 und ver-oder Lichtblitze an dem Absorptionspunkt. Die Eingangsen- zweigt sich zu einer Schaltungsanordnung mit einer Diode 23 den zahlreicher Photovervielfacherröhren, die insgesamt mit und einem Widerstand 24 und setzt sich fort zu einer Sammel-der Bezugszahl 14 versehen sind, sehen jedes Szintillations- 50 leitung 25. Das Signal aus dem Vorverstärker 17 folgt einer ereignis durch eine grossflächige optische Kopplungsvorrich- ähnlichen Schaltungsanordnung über einen Widerstand 26, tung, die eine Glasplatte 15 sein kann. Die Anordnung der eine Diode 27 und einen Widerstand 28 zu der gleichen Sam-Photovervielfacherröhren, wie sie am unteren Ende von Figur melleitung 25. In der Tat sind alle Vorverstärker für jede 1 zu ersehen ist, kann gemäss Figur 2 aufgebaut sein. In die- Röhre mit der Sammelleitung 25 über Schaltungen verbun-sem Ausführungsbeispiel ist zwar eine Anordnung aus 3 7 55 den, die die gleichen Elementwerte wie der Widerstand 22, die Röhren gezeigt, es sei aber daraufhingewiesen, dass die erfin- Diode 23 und der Widerstand 24 haben. In einem tatsäch-dungsgemässe Vorrichtung auch lediglich drei Röhren oder liehen Ausführungsbeispiel haben die dem Widerstand 22 19 Röhren, die üblicherweise verwendet werden, oder auch äquivalenten Widerstände Werte von 0,5 k-Ohm, und die mehr als 37 Röhren umfassen kann. dem Widerstand 24 äquivalenten Widerstände haben Werte

60 von 7,5 k-Ohm. Diese Schaltungszweige zu der Sammellei-Der Ausgang von jeder Photovervielfacherröhre ist mit tung 25 gestatten, dass die Signale aus jedem Vorverstärker dem Eingang eines Vorverstärkers gekoppelt. In Figur 1 sind für jedes Ereignis gleichzeitig summiert werden, um ein zu-3 der 37 Vorverstärker dargestellt und mit 16,17 und 18 be- sammengesetztes Signal zu erzeugen, das die Gesamtenergie zeichnet. Jedes Szintillationsereignis wird durch jede Photo- desjenigen Photons darstellt, das die Szintillation bewirkt hat. vervielfacherröhre gesehen oder abgetastet, und die Grösse 65 Die Sammelleitung 25 wirkt als ein Summierpunkt für den ihrer entsprechenden Ausgangssignale hängt von ihrer Ent- Eingang eines mit 30 bezeichneten Summierverstärkers. Auf fernung und geometrischen Relation in Bezug auf das Ereig- der Ausgangsleitung 31 befindet sich das der Gesamtenergie nis und von der Photonenenergie ab. Die Röhren sind auf entsprechende Spannungssignal.

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Es werden zwei besondere Vorspannungs- oder Nicht-Li- Transistor 48 mit einer Diode 50 und einem Teilerwiderstand nearitäts-Korrektursignale entwickelt, wobei das summierte 51 in Reihe geschaltet. Die Basis des Transistors 48 ist mit der oder das die Gesamtenergie darstellende Signal auf der Aus- Sammelleitung 34 für das den unteren Pegel darstellende Vorgangsleitung 31 verwendet wird. Dies erfolgt durch Potentio- spannsignal verbunden. Mit dem anderen Transistor 49 ist meter 32 und 33, deren Arme mit LLC und ULC bezeichnet 5 ebenfalls eine Diode 52 und ein Teilerwiderstand 53 in Reihe sind, um anzuzeigen, dass sie Vorspannungssignale für die geschaltet. Die Basis des Transistors 49 ist mit der Sammellei-Niedrigpegelkorrektur bzw. die Hochpegelkorrektur sind. In tung 35 für die den oberen Pegel darstellende Vorspannung einem bestimmten kommerziellen Ausführungsbeispiel der verbunden.

Erfindung wird das LLC-Signal vom Potentiometer 32 einge- Alle Kanäle sind in ähnlicher Weise verbunden bzw. gestellt, um eine Vorspannung zu erzeugen, die etwa 50% des io schaltet. Der Kanal mit dem Vorverstärker 17 weist beispiels-Spitzensignales oder des die summierte Gesamtenergie dar- weise Ausgangsmittel für den Vorverstärker auf, die eine den stellenden Signales auf der Ausgangsleitung 31 ist. Das Poten- Rauschschwellwert einstellende Diode 54 und einen Filter-tiometer 33 für die Hochpegelkorrektur wird so eingestellt, kondensator 55 umfassen. Sie umfassen ferner eine nicht-line-dass eine Vorspannung erzeugt wird, die 70% des Spitzenwer- are Steuervorrichtung, die durch einen ersten Schalttransistor tes des Gesamtenergiesignales auf der Ausgangsleitung 31 ist. 15 56 exemplizifiert wird, dessen Basis mit der Sammelleitung 34 Somit sind zwei Vorspannungssignale vorhanden, um die verbunden ist, auf der 50% der Gesamtenergie-Spitzenspan-Verstärkung der Verstärker an zwei Stufen oder Knickpunk- nung auftreten, und sie umfassen eine weitere nicht-lineare ten zu ändern, wenn die Ausgangssignale von den Verstär- Steuervorrichtung, die durch einen Schalttransistor 57 kern, wie beispielsweise dem Verstärker 16, das Niedrigpegel- exemplizifiert ist, dessen Basis mit der Sammelleitung 35 ver-Korrektursignal (LLC) und das Hochpegel-Korrektursignal 20 bunden ist, auf der 70% der Gesamtenergie-Spitzenspannung (ULC) in dieser Reihenfolge überschreiten. auftreten.

Das LLC-Vorspannungssignal wird einem gemeinsamen Wenn nun wieder der Kanal mit dem Vorverstärker 16 be

Leiter 34 zugeführt, der zu nicht-linearen Korrekturvorrich- trachtet wird, wird deutlich, dass für einen Bereich von Si-tungen führt, die im folgenden beschrieben werden und jedem gnalgrössen, die gerade ausreichen, um die Diode 46 in Vorverstärkerausgang zugeordnet sind. Das Hochpegel-Kor-25 Durchlassrichtung vorzuspannen, und für solche Signalgrös-rektursignal oder die Vorspannung, ULC, wird einem ge- sen, die gerade auf oder unter 50% der Spitzenspannung oder meinsamen Leiter 35 für zusätzliche Nicht-Linearitäts-Kor- der summierten Spannung liegen, die Verarbeitung normal rekturvorrichtungen in dem Ausgangs teil von jedem Vorver- ist. Das bedeutet, dass das Signal einfach die Matrix 19 stärker zugeführt, wie es im folgenden noch beschrieben wird, durchläuft, ohne die Verstärkung der Vorverstärker in ir-Damit genügend Strom zum Vorspannen und zum Ändern 30 gendeiner Weise zu modifizieren. Irgendein auf der Leitung der Verstärkung der Vorverstärker ohne übermässige Bela- 45 auftretendes Signal, das grösser als 50% der Spitzenspan-stung des Summierverstärkers 30 zur Verfügung steht, werden nung ist, überwindet jedoch die sperrende Vorspannung am die LLC- und ULC-Signale dazu verwendet, einzelne Emit- Transistor 48, der dann leitend wird. Dies verändert effektiv ter-Folger-Transistorverstärker anzusteuern, die von Transi- die Verstärkung des Vorverstärkers, da die Widerstände 22 stören 36 bzw. 37 gebildet werden. Der Verstärker für das 35 und 51 als ein Spannungsteiler arbeiten, der das Verhältnis LLC-Signal weist einen Emitter-Widerstand 38 auf, und eine zwischen den analogen Eingangs- und Ausgangssignalen des Leitung 39 koppelt die Signale von dem Emitter-Wider- Vorverstärkers ändert.

standsknotenpunkt mit einer Sammelleitung 34. In ähnlicher Was gerade beschrieben worden ist, ist in Figur 4 als Weise weist der ULC-Verstärker einen Emitter-Widerstand Kurve der Ausgangsspannung des Vorverstärkers über der 40 auf, und eine Leitung 41 koppelt die Vorspannungssignale 40 Eingangsspannung dargestellt. Es sind zwei Kurven 59 und von dem Emitter-Widerstandsknotenpunkt mit der Sammel- 60 gezeigt. Jede gilt für Isotope, die wesentlich unterschied-leitung 35. liehe Spitzenenergien aufweisen. Die Kurve 59 für die kleinere

Es sei nochmals wiederholt, dass die analogen Span- Energie ist mit drei Abschnitten 61,63 und 65 gezeigt. Der er-

nungsausgangssignale von jedem der 37 Vorverstärker, wie ste Abschnitt 61 bis zum Knickpunkt 62 zeigt, dass die Ver-beispielsweise die in Figur 1 dargestellten Vorverstärker 16 - 45 Stärkung linear ist, bis die Signalgrösse 50% des Spitzenwer-18, mit dem Verstärker 30 summiert werden, und das Ergeb- tes erreicht, wonach die Steigung oder der Gewinn der Kurve nis hat einen praktisch einzigen Gesamtenergie-Spitzenwert. diejenige des Abschnittes 63 nach dem Knickpunkt 62 an-In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Vorspannungssignal, nimmt, wo der Transistor 48 durchgeschaltet wird. Es sei dardas gleich 50% der Gesamtenergiespitze ist, gleichzeitig an die auf hingewiesen, dass eine lineare Relation zwischen den Ein-Vorspannleitung 34 angelegt, und ein anderes Signal, das 50 gangs- und Ausgangsspannungen der Vorverstärker besteht, gleich 70% der Gesamtenergiespitze ist, wird gleichzeitig an bis von einem Vorverstärker Signale kommen, die grösser als die Sammelleitung 35 für das höhere Vorspannsignal an- 50% der Gesamtenergie für ein Ereignis sind.

gelegt. Wenn gemäss Figur 1 ein Signal vom Vorverstärker 16

Es wird nun beschrieben, wie die Vorspannsignale ver- 70% des Gesamtenergie-Spitzensignales überschreitet, wird wendet werden, um den Gewinn bzw. die Verstärkung der 55 die Sperrspannung am Transistor 49 überwunden und dieser Vorverstärker zu ändern. Da alle 37 Kanäle gleich sind, wird wird durchgeschaltet, um die Verstärkung zu verändern. Die-eine Beschreibung nur für den Kanal mit dem Vorverstärker ser Knickpunkt ist in Figur 4 mit 64 bezeichnet. Die Verstär-16 anhand von Figur 1 gegeben. Eine Leitung 45, in der sich kung ändert sich bei einem anderen Wert als für das untere eine Diode 46 befindet, verbindet den Teilerwiderstand 22 mit Vorspannungssignal, da die Widerstände 51 und 53 unter-einer Gewichtungs-Widerstandsmatrix 19. Jedes analoge Si- 60 schiedliche Werte haben. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, än-gnal aus dem Vorverstärker 16, das einen vorbestimmten dert sich die Steigung der Verstärkungskurve wiederum nach

Rauschpegel überschreitet, spannt die Diode 46 in Durchlass- dem Knickpunkt 64, wie es durch den Abschnitt 65 angege-richtung vor und wird durch die Widerstandsmatrix 19 verar- ben ist. Für die meisten Anwendungsfälle werden zwei Ver-beitet. Mit einem kleinen Kondensator 47 wird eine kleine stärkungsänderungen, wie sie bisher beschrieben wurden, Filterung erhalten. 65 ausreichen, um die Linearität oder Entsprechung zwischen

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Leitung 45 ein den Szintillationsereigniskoordinaten und den Koordinaten Paar Vorspanntransistoren 48 und 49 auf, die zwischen die des angezeigten Ereignisses zu erhalten. Falls mehr Knick-Leitung und Erde geschaltet sind. Typischer weise ist der punkte erforderlich sein sollten, müssten selbstverständlich

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weitere Vorspannungen entwickelt und entsprechende zusätz- wertungswiderstandsmatritzen, wie beispielsweise den Maliche Transistoren zu den Transistoren 48 und 49 und eine tritzen 19-21, normiert werden, um sie von der Energie unab-entsprechende Schaltungsanordnung dafür verwendet hängig zu machen, oder die Bildanzeige auf dem Monitor 11 werden. würde mit der Energie in der Grösse zunehmen und abneh-

Die Kurve 60 in Figur 4 gilt für ein Isotop, das Photonen 5 men. Ein Weg zur Normalisierung besteht darin, die Koordi-mit höherer Energie als diejenigen hat, die die Basis für die natensignale durch die Summe aller Signale zu teilen. Somit Kurve 59 bildeten, oder es kann das gleiche Isotop mit zwei werden die bewerteten Koordinatensignale + x, - x, + y und Energiespitzen sein. In jedem Fall ändert sich die Verstärkung - y für die 37 Matritzen von allen Kanälen, wie beispielsweise am Knickpunkt 66, wo die Grösse des Eingangssignales 50% 19-21, auf gemeinsame Sammelleitungen 75,76,77 und 78 des Spitzenwertes beträgt, und am Punkt 67, wo die Grösse i0 gegeben. Alle + x-Koordinatensignale werden in eienm Ver-70 % des Spitzenwertes beträgt. Es sei darauf hingewiesen, stärker 79 summiert. Alle - x-Signale werden in einem Ver-dass eine lineare Relation zwischen den Eingangs- und Aus- stärker 80 summiert. Die + y- und - y-Koordinatensignale gangsspannungen der Vorverstärker besteht, bis Signale gros- werden in ähnlicher Weise in Verstärkern 81 bzw. 82 sumser als 50% der Gesamtenergie auftreten, wie es durch den miert. Die Ausgangssignale der Verstärker 79,80,81 und 82 Knickpunkt 66 angedeutet ist. Obwohl die Kurve 60 sich auf 15 sind die Eingangssignale zu einem Summierverstärker 83. Die Photonen höherer Energie als die Kurve 59 bezieht, knickt sie Ausgangsgrösse des Summierverstärkers 83 bildet die alge-am Punkt 66 oder bei 50% der Gesamtenergie und am Punkt braische Summe der Koordinatensignale für irgendein Szin-67 oder bei 70% der Gesamtenergie, während die der kleine- tillationsereignis. Die Ausgangsgrössen aus den Summierverren Energie entsprechende Kurve 59 an dem Punkt 62 oder stärkern 79-82 werden auch Teilern zugeführt, die durch die bei 50% der Gesamtenergie und am Punkt 64 oder bei 70% 20 Kästchen 84-87 dargestellt sind. Das summierte Signal, das der Gesamtenergie knickt. mit E bezeichnet ist, wird über eine Leitung 88 jedem der Tei-Die Verstärkungsänderungen bei nominell 50% und 70% 1er zugeführt, wobei eine Division durchgeführt wird. Die ge-des Spitzen- oder Gesamtenergiesignales führt zu einer we- teilten oder normierten x-Koordinatensignale werden den sentlichen Verbesserung in der Linearität oder Korrespon- Eingängen eines Differentialverstärkers 89 zugeführt und die denz in dem jeweiligen System, in dem die Erfindung verwen- 25 Ausgangsgrösse dieses Verstärkers auf der Leitung 90 ist das det wird. Die Prozentsätze können leicht unterschiedlich sein Signal, das die x-Position des Elektronenstrahles in der Ka-in Systemen von anderen Herstellern aufgrund einer unter- thodenstrahlröhrenanzeige des Monitors für das Ereignis bil-schiedlichen Geometrie und auf Grund von elektronischen det. Die Ausgangsgrössen der y-Teiler 86 und 87 werden in Unterschieden. Spezifische Prozentsätze für andere Systeme ähnlicher Weise einem Verstärker 91 zugeführt, auf dessen können nicht speziell angegeben werden, obwohl angenom- 30 Ausgangsleitung 92 das der y-Ablenkung entsprechende Si-men wird, dass es für die meisten bekannten Systeme vorteil- gnal zu der Ablenkschaltung des Monitors geleitet wird. Das haft ist, die Verstärkung bei oder etwa bei 50% und 70% des Gesamtenergiesignal E aus dem Verstärker 83 wird durch Spitzenwertes der Summe der Signale von allen Photoverviel- Impulshöhendiskriminatoren 93 und 94 analysiert. Der Dis-facherröhren zu ändern. kriminator 93 stellt fest, wenn die Gesamtenergie innerhalb

Anhand von Figur 5 werden nun einige allgemeine Über- 35 eines Fensters liegt, und der Diskriminator 94 stellt fest, wenn legungen angestellt, die zu der Bestimmung verwendet wur- sie sich innerhalb eines anderen Fensters befindet. Wenn die den, dass Vorspannungen entsprechend 50% und 70% des Energie innerhalb der einen oder anderen Fenstergrenzen Spitzenwertes die gewünschten Ergebnisse erzeugten. Figur 5 liegt, betätigen die Diskriminatoren eine Impulsformschalist ein Kurvenbild der Ausgangsspannung der Photoverviel- tung 95, um einen z-Impuls auf der Leitung 96 zu erzeugen, facher über dem Abstand des Szintillationsereignisses von der 40 der den Kathodenstrahl-Röhrenstrahl des Monitors 11 einMitte der Photovervielfacherröhre. Wenn das energieunab- blendet und gestattet, dass ein Lichtpunkt an den Koordina-hängige Nicht-Linearitäts-Korrekturverfahren, wie vorste- ten des Ereignisses beschrieben wird.

hend beschrieben wurde, nicht angewendet wird, werden die Figur 3 zeigt Gesamtenergiesignale von verschiedenen Relationen für Isotope mit zwei unterschiedlichen Photonen- Grössen aus dem Ausgang des Summierverstärkers 83. Die energiepegeln oder -spitzen durch die ausgezogenen Kurven 45 unteren und oberen Fenstergrenzen für den Diskriminator 93 70 und 71 dargestellt. Wenn man ein mathematisches Modell sind in gestrichelten Linien gezeigt und mit 97 und 98 bezeich-des Systems erstellen und einen entsprechenden Algorithmus net. Die unteren und oberen Fenstergrenzen für den Diskri-mit einem Computer ausführen würde, so könnte ermittelt minator 94 sind mit 95 und 96 bezeichnet. Es sind vier ver-werden, dass der Parameter, der optimale Linearität, d.h. be- schiedene Gesamtenergien oder E-Signale, 99-102, gezeigt, ste Korrespondenz zwischen den Stellen der Ereignisse und so Die Grösse des Signales 99 reicht nicht aus, damit ihr Spitzen-ihrer Anzeige, auftreten würde, wenn der Abstand von der wert in die Fenstergrenzen 95 und 96 fallt, so dass das Auftre-Mitte der Röhren in der Weise zu deren Ausgangsspannungen ten dieses Signales keine Bildung eines z-Impulses zur Folge in Beziehung stehen würde, dass die vorderen Abschnitte der hat und auch kein Lichtpunkt auf den Monitorschirm geKurven unterdrückt sind, um so die Form der gestrichelten schrieben wird. Es wird durch beide Diskriminatoren zurück-Linien 72 und 73 am Beginn der Kurven anzunehmen. Die 55 gewiesen. Das Signal 100 hat eine ausreichende Gesamtener-Form der Kurven 73-70 und 72-71 ist die gleiche und resul- gie, um in die unteren Fenstergrenzen 95 und 96 des Diskrimi-tiert daraus, dass sie kongruent werden. Wenn man nun die nators zu fallen, so dass ein z-Impuls in Koinzidenz damit geErfindung reproduzieren wollte, aber nicht die Möglichkeit bildet und eine Markierung auf dem Schirm des Monitors ge-einer Computeranalyse zur Verfügung hätte, kann man 50% schrieben wird. Das Gesamtenergiesignal 101 fallt nicht in die und 70% Vorspannungen als erste Näherungen nehmen und, <so Fenstergrenzen des Diskriminators 92 und auch nicht in die wenn die Ergebnisse nicht optimiert sind, zusätzliche Versu- des Diskriminators 93, so dass dessen Auftreten keine Bil-che bezüglich der Einstellung der LLC- und ULC-Potentio- dung eines z-Impulses zur Folge hat. Das Gesamtenergiesi-meter 32 und 33 auf verschiedene Werte machen, bis optimale gnal 102 hat einen ausreichenden Spitzenwert, um zwischen Ergebnisse erhalten werden. die unteren und oberen Pegelgrenzen 97 und 98 des für den

Diejenigen Teile des Systems, die bisher nicht erläutert 65 oberen Pegel vorgesehenen Diskriminator 93 zu fallen, und in worden sind, sind weitgehend konventionell, so dass sie nur diesem Fall wird ein z-Impuls gebildet und eine Markierung kurz erörtert werden. Wie bereits ausgeführt wurde und was auf dem Monitor an den Koordinaten des Szintillations-

auch bekannt ist, müssen die analogen Signale von den Be- ereignisses geschrieben.

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638 620

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Verzweigungsschaltung der nicht-linearen Korrektur der Vorverstärkerverstär-kung als eine Funktion der abgetasteten Gesamtenergie in jedem Szintillationsereignis wird nun anhand von Figur 6 beschrieben. 5

Diese Schaltungsanordnung enthält einige der Elemente einer Nicht-Linearitäts-Korrektureinrichtung, wie sie in Figur 5 der US-PS 3 908 128 gezeigt ist. Diejenigen Elemente, die im wesentlichen den Elementen in Figur 1 des vorliegenden Patentes entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugs- io zahlen versehen, ausser dass ihnen ein Strich hinzugefügt ist.

In Figur 6 werden abgetastete Signale aus einer Photovervielfacherröhre, die vorverstärkt ist und eine ausreichende Amplitude aufweist, um eine den Rauschschwellwert einstellende Diode 46' in Durchlassrichtung vorzuspannen, von dem is Vorverstärker über den Widerstand 22', die Diode 46' und die Leitung 45' in üblicher Weise zu der das Koordinatensignal berechnenden Schaltungsanordnung geleitet. An die Leitung 45 ist eine in Sperrichtung vorspannende Spannung angelegt, jedoch durch eine Schaltungsanordnung, die eine Diode 50', 20 einen Widerstand 51' und eine Wechselvorspannung-Signal-quelle 110 umfasst. Das Wechselstromsignal liegt gewöhnlich unter 0,5 Volt.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird der Gewinn bzw. die Verstärkung der Vorverstärker oder der Knickpunkt25 in der Verstärkungskurve derart ausgebildet, dass der Vorspannpunkt als eine Funktion der gesamten Detektorausgangsenergie in Figur 6 verschoben wird, wie es bereits bei dem vorher erläuterten Ausführungsbeispiel der Fall war. Es ist lediglich erforderlich, eine Gleichvorspannung hinzuzufü- 30 gen, die immer ein vorbestimmter Prozentsatz der Gesamtenergie ist. Die variable Gleich Vorspannung kann 50% der Spitzenenergie-Vorspannung betragen, die aus der Ausgangsgrösse des Summierverstärkers 30 in Figur 1 erhalten wird. Somit sind wie in Figur 6 die Vorspannschaltungen auf ent- 35

sprechende Weise mit der Sammelleitung 34' verbunden, auf der die prozentuale Vorspannung auftritt. Wenn sich nun die Amplituden der auf der Leitung 45 auftretenden Signale ändern, ändert sich die Gesamtenergie und der Vorspannpunkt verschiebt sich auf entsprechende Weise, da die Gleichvorspannung immer ein vorbestimmter Prozentsatz des Spitzenwertes oder der Gesamtenergie ist.

Zusammengefasst ist zu sagen, dass in der besprochenen Linearitätskorrekturschaltung unterschiedliche Amplitude aufweisende Spannungssignale summiert werden, die durch die Vorverstärker von allein Photovervielfacherröhren erzeugt werden, und dann dieses Signal verwendet wird, um Vorspannungen zu entwickeln, die vorbestimmte Prozentgehalte des summierten Signales sind. Gemäss einem Ausführungsbeispiel sind Transistorpaare nicht-leitend bzw. gesperrt, wenn die Ausgangsgrösse des Vorverstärkers unterhalb eines gewissen Punktes auf seiner Verstärkungskurve ist. Immer wenn die Summation der Energien einer gegebenen Szintillation diesen Wert überschreitet, welcher Wert einem ersten Prozentgehalt des Gesamtsignales entspricht, wird der erste Transistor in jedem Paar auf dieser Leitung durchgeschaltet, um die Verstärkung und die Steigung der Kurve zu ändern. Wenn die Gesamtenergie eines Ereignisses den nächsten vorbestimmten Wert bzw. Pegel überschreitet, wird der zweite Transistor durchgeschaltet, um die Steigung wieder zu verändern, so dass zwei Knickpunkte in der Kurve auftreten. Das System könnte auch für eine Erzeugung von mehr Knickpunkten an immer höheren Energiepegeln ausgelegt sein, falls dies erwünscht ist.

Nachdem die Signale verarbeitet sind, wie es in dem vorstehenden Absatz beschrieben wurde, können sie dazu verwendet werden, die Koordinaten des Szintillationsereignisses auf irgendeinem von mehreren üblichen Wegen zu berechnen, die in der Technik der Szintillationskameras bekannt sind.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

638 620 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Abbildung eines Strahlungsdichtefeldes mit einem Szintillationskristall (13); einer Anordnung von einer Mehrzahl photoelektrischer Wandler (14) auf der einen Seite des Szintillationskristalls, wobei jeder Wandler der Strahlungsenergie von verschiedenen sich gegenseitig aber überlappenden Regionen des Szintillationskristalles ausgesetzt ist; einer Koordinatenwandlerschaltung (19,20,21; 75-96) für die Bestimmung der Koordinaten eines Szintilla-tionsereignisses bezüglich der Wandleranordnung; einem Signalverstärkerteil (16, 17,18) zur Verstärkung der Signale aus jedem photoelektrischen Wandler (14) der Anordnung, dessen Ausgänge über ein Netzwerk zur Veränderung der Übertragungsfunktion mit den Eingängen der Koordinatenwandlerschaltung (19,20,21; 75-96) verbunden sind und Steuerleitungen (34,35) zur Umschaltung des Netzwerkes zur Veränderung der Übertragungsfunktion in Zustände für die gewünschte Übertragungsfunktion, gekennzeichnet durch eine Summierschaltung (25,30,31) zur Bildung eines Summenausgangssignals der von den photoelektrischen Wandlern (14) gleichzeitig verarbeiteten Strahlungsanteile sowie durch Eingänge des Netzwerkes zur Veränderung der Übertragungsfunktion, mit denen über die Steuerleitungen (34,35) die gleiche Änderung der Übertragungsfunktionen bewirkende mehrere Verstärkerschaltungen enthaltende Netzwerkteile in Gruppen zusammenfassbar sind und durch je einer Steuerleitung zugeordnete Signalübertragungsnetzwerke (32,36,33, 37) mit verschiedenen Übertragungskoeffizienten, welche das Summenausgangssignal am Ausgang der Summierschaltung (25,30,31) auf die verschiedenen Steuerleitungen (34,35) zur Umschaltung des Netzwerkes zur Veränderung der Übertragungsfunktion und auf die durch diese zusammengefassten Gruppen übertragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei Steuerleitungen (34,35) zwei Gruppen von verschiedene Übertragungsfunktionen aufweisende Netzwerkteile zusammengefasst sind und dass eine (34) der Steuerleitungen für Signale vorgesehen ist, die ungefähr 50% der Signalstärke des Summenausgangssignals und die andere (35) der Steuerleitungen für Signale vorgesehen ist, die ungefähr 70% der Signalstärke des Summenausgangssignals betragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Signalverstärkerteil (16,17,18) das Netzwerk zur Veränderung der Übertragungsfunktion eine Mehrzahl von Verzweigungsschaltungen (48,50,51; 49,52,53) aufweist und jede Verzweigungsschaltung eine andere Signal-durchbruchsschwelle besitzt, die durch die Steuerleitungen (34,35) schaltbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verzweigungsschaltungen Transistoren (48, 49,56,57) eingesetzt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitungen (34,35) zur Umschaltung des Netzwerkes zur Veränderung der Übertragungsfunktion an die Basiselektrode der in den Verzweigungsschaltungen verwendeten Transistoren (48,49,56, 57) angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verzweigungsschaltungen Dioden (50, 52) in Richtung Durchlass mit den Emitterelektroden der in den Verzweigungsschaltungen verwendeten Transistoren (48, 49) verbunden sind.