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Einrichtung zur bildmäßigen Darstellung der flächenhaften Verteilung
radioaktiver Isotope in einem Körper Die Erfindung betrifft eine Szintillationsabtastvorrichtung
zur bildmäßigen Darstellung der flächenhaften Verteilung radioaktiver Isotope in
einem Körper. Es sind derartige Szintillationsabtastvorrichtungen bekannt, bei denen
Szintillationsdetektor an einem Tragarm vorgesehen ist, welcher über die in bezug
auf Radioaktivität zu untersuchende Fläche in parallelen Bewegungsbahnen geführt
wird. Als Aufzeichnungsgerät ist dabei eine Kathodenstrahlröhre an dem den Szintillationsdetektor
tragenden Arm vorgesehen, die synchron mit dem Detektor über die Aufzeichenfläche
geführt wird, wobei von dem Szintillationsdetektor ein Impulsdichtemesser (Ratemeter)
gesteuert wird, der eine Ausgangsgleichspannung liefert, welche der zeitlichen Impulsdichte
der von dem Szintillationsdetektor gemessenen Impulse proportional ist; das Ausgangssignal
des Impulsdichtemessers steuert die Intensität der Kathodenstrahlröhre zur fotografischen
Aufzeichnung eines Bildes.
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Wenn der Szintillationsdetektor über Stellen hoher Radioaktivität
des zu untersuchenden Körpers geführt wird, so nimmt die Frequenz der in dem Szintillationsdetektor
erzeugten Impulse zu, und dementsprechend erzeugt das Ausgangssignal des Impulsdichtemessers
eine verhältnismäßig hohe Helligkeit des Leuchtfleckes der Kathodenstrahlröhre.
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Es ist bei Anordnungen dieser Art üblich, einen nicht linearen Verstärker
im Zuge des Impulsdichtemessers zu verwenden, der eine Empfindlichkeitsschwelle
aufweist, so daß eine künstliche Kontrastverstärkung des erzielten Bildes innerhalb
eines bestimmten Aktivitätsbereiches stattfindet. Es erzeugt somit ein bestimmter,
wählbarer Mindestwert eine minimale Dichtigkeit auf dem Film, und ein bestimmter
Maximalwert der Radioaktivität erzeugt die maximal ausnutzbare Dichtigkeit der fotografischen
Aufzeichnung.
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Es ist auch bekannt, durch den Szintillationsdetektor aufzeichnungsfähige
Lichtimpulse zu erzeugen und hierbei unter Anwendung eines nicht linearen Verstärkers
nur etwa jeden vierten bis achten Zählimpuls zur Aufzeichnung auszunutzen. Wenn
als Szintillationsdetektor z. B. ein thalliumaktivierter, aus einer Jodverbindung
bestehender Kristall verwendet wird, sind die von dem Detektor erzeugten Impulse
in der Amplitude proportional der Energie, die von dem Kristall absorbiert wird.
Der Verstärker wählt dann Impulse aus, welche einem bestimmten Energiebereich entsprechen,
während alle anderen Impulse nicht wiedergegeben werden.
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Die Erfindung bezweckt die selektive Verstärkung der Kontrastwirkung
innerhalb eines vorgegebenen
Radioaktivitätsbereiches nicht durch Anwendung eines
nicht linearen Verstärkers zu erzielen. Eine Einrichtung zur bildmäßigen Darstellung
der flächenhaften Verteilung radioaktiver Isotope in einem Körper unter Verwendung
eines Szintillationsdetektors mit nachfolgendem Impulsdichtemesser, dessen der Impulsdichte
proportionale Ausgangsgleichspannung die Helligkeit des Leuchtfieckes einer synchron
zum Detektor bewegten Kathodenstrahlröhre steuert, der ein feststehender Bildträger
zur Aufzeichnung des Bildes zugeordnet ist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung
dadurch, daß 1. der Impulsdichtemesser die Beschleunigerelektrode der Kathodenstrahlröhre
steuert und 2. eine von den Eingangsimpulsen des Impulsdichtemessers gesteuerte
Impulsstufe dem Steuerelektrodenkreis der Kathodenstrahlröhre für jeden Eingangsimpuls
einen Helltastimpuls zuführt.
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Weitere Merkmale und weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Zu den
Zeichnungen bedeutet Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Aufzeichengerätes,
F i g. 2 ein Blockschaltbild für den Verstärker
mit regelbarer Verstärkung, und die Leistungsstufe.
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Der Szintillationsmeßkörper ist in der F i g. 1 mit 10 bezeichnet.
Der Meßkörper 10 kann von einer an sich bekannten Ausführungsform sein. Im allgemeinen
umfaßt die Anordnung einen fluoreszierenden Kristall mit einer fotoelektrischen
Röhre, einen geeigneten Stromkreis zur Spannungsversorgung derselben und einen Ausgangskreis
zur Abgabe der Signale der Röhre; es finden starke metallische Abschirmungen und
Sammelmittel Anwendung, welche dem Zwecke dienen, daß der Meßkörper nur für Strahlungen
empfindlich ist, die aus einer bestimmten Richtung einfallen. Die Ausgangssignale
werden über eine Leitung 11 einem Verstärker 12 zugeführt.
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Der Verstärker 12 ist ein Verstärker mit der Eigenschaft eines Einkanal-Differentialdiskriminators.
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Alle Detektorimpulse werden zwar verstärkt, aber ein verstärkter Impuls
wird über die Leitung 13 nur dann abgegeben, wenn der durch den Meßkörper 10 festgestellte
und verstärkte Impuls innerhalb des ausgewählten Impuls-Amplituden-Bereiches fällt.
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An die Leitung 13 ist ein Impulsdichtemesser 15 üblicher Bauart angeschlossen.
Ein B ereichsschalter 16 ist vorgesehen, um den geeigneten Meßbereich auf dem Meßinstrument
17 auszuwählen. Es ist ein die Zeitkonstante auswählender Schalter 18 vorgesehen.
Ein Impulsdichtemesser der erörterten Art befindet sich unter der Modellnummer 2805
der Picker X-Ray Corporation auf dem Markt.
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Die Ausgangsgleichspannung des Meßgerätes 15 wird über die Leitung
19 einem Gleichspannungsverstärker 20 von einstellbarer Verstärkung zugeführt. Die
Ausgangsspannung des Meßgerätes 15 liegt zweckmäßigerweise stets zwischen 0 und
7 Volt Gleichspannung. Bei einer bestimmten Untersuchung ist beispielsweise damit
zu rechnen, daß die Impulsdichte zwischen 6000 und 8000 Zählimpulsen pro Minute
schwankt. Es wird dann der Bereich für 10 000 Impulse pro Minute ausgewählt, und
die Ausgangsspannung des Meßgerätes schwankt dann zwischen 60 und 800wo der Maximalspannung
von 7 Volt. Es wird also in diesem Falle die Ausgangsspannung zwischen 4,2 und 5,6
Volt liegen. Dies stellt eine Spannungsdifferenz von 1,4 Volt dar. Der Verstärker
20, der einstellbare Empfindlichkeit besitzt, wird so eingestellt, daß der Bereich
zwischen der minimalen und der maximalen Ausgangsspannung bei einer Schwankung der
Eingangsspannung von 1,4 Volt überdeckt wird. Es hat dann die Ausgangsspannung des
Verstärkers die minimale Spannung, wenn die Eingangsspannung 4,2 Volt ist, und die
maximale Spannung, wenn die Eingangsspannung 56 Volt ist.
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Eine Leitung 22 verbindet den Verstärker 20 mit der Leistungsstufe
21, die eine Ausgangsspannung zwischen 500 und 900 Volt liefert. Die schwankende
Ausgangsspannung des Verstärkers 20 steuert die abgegebene Leistung der Stufe 21
und bewirkt, daß die Ausgangsleistung proportional der Ausgangsspannung des Verstärkers
20 ist und dementsprechend mit der gemessenen Impulsdichte schwankt.
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Die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 21 wird über die Leitung
24 der Beschleunigerelektrode 23 zugeführt. Die Beschleunigerelektrode ist ringförmig
und bildet einen Teil der Kathodenstrahlröhre, die als Ganzes mit 25 bezeichnet
ist. Eine für die vorliegenden Zwecke sich eignende Kathoden-
strahlröhre ist die
von der RCA hergestellte Röhre, Type C 73687A.
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Ein monostabifer Multivibrator 26 ist ebenfalls an die Leitung 13
angeschlossen und liefert für jeden über diese Leitung zugeführten Impuls einen
Impuls (Helltastimpuls) bestimmter Zeitdauer, die einstellbar ist. Die Zeitdauer
kann beispielsweise zwischen 1 Mikrosekunde und 100 Mikrosekunden liegen.
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Der Multivibrator 26 ist über die Leitung 27 und den Kondensator
29 an die Kathode 28 der Kathodenstrahlröhre 25 angeschlossen. Die Kathode 28 ist
über den Widerstand 30 an Erde gelegt.
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Die Kathodenstrahlröhre 25 enthält ein Steuergitter 32 und eine beschleunigende
bzw. fokussierende Anode 33. Das Steuergitter 32 liegt über den Leiter 34 an Erde.
Die Anode 33 erhält eine Spannung von dem Spannungsteiler 35, 36, welcher an die
Leistungsstufe 21 angeschlossen ist.
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Die Kathodenstrahlröhre 25 enthält in Form eines fluoreszierenden
Schirmes eine Auffangfläche 37.
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Ein Kollimator 38 fokussiert das ausgesendete Licht zu einem Fleck
geeigneter Größe auf den fotografischen Film 40.
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Der Verstärker 20 und die Leistungsstufe 21 sind in Fig. 2 dargestellt.
Die Leitung 19 verbindet den Impulsdichtemesser 15 mit dem Spannungsteiler45, an
dem mehrere Abgriffe 46 vorgesehen sind. Über einen Kontakt 47 wird eine wählbare
Teilspannung abgeleitet.
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Die Zuordnung des Kontakts 47 zu einem der Abgriffe 46 erfolgt nach
dem Gesichtspunkt, welchen Bruchteil des ausgewählten Bereiches des Impulsdichtemessers
die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum des Meßwertes darstellt. Wenn
beispielsweise dieser Bruchteil 80°/o beträgt, wird der einstellbare Kontakt 47
an demjenigen Abgriff 46 gewählt, welcher 201/0 des Widerstandes zwischen Kontakt
47 und Meßgerät 15 bildet. Bei einer entsprechenden Einstellung ist die maximale
Spannungsänderung in der Leitung 48 bei der Untersuchung gleich der maximalen Änderung
bei irgendeiner anderen Untersuchung, bei welcher die richtige Einstellung getroffen
wurde.
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Die Leitung 48 führt zu dem Gitter 49 einer Triode 50, deren Anode
52 an die Leitung 22 angeschlossen ist. Diese Leitung 22 führt die Ausgangsspannung
der Triode 50 an die Leistungsstufe 21. Die Anode 52 erhält eine positive Spannung
von einem Stromversorgungsgerät bei 53 zugeführt. Die Kathode 54 ist über ein Potentiometer
55 an Erde gelegt.
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Wenn der Meßkörper über eine Stelle maximaler Aktivität gebracht
wird und der Impulsdichtemesser einen maximalen Anzeigewert liefert, wird die Ausgangsleistung
der Leistungsstufe durch Einstellen des Potentiometers 55 auf den richtigen Wert
gebracht.
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Die Leitung 22 ist mit der Gitterelektrode 56 der Steuerröhre 57 der
Leistungsstufe verbunden. Es wird auf diese Weise die von der Leistungsstufe abgegebene
Ausgangsleistung durch die dem Gitter 56 der Steuerröhre 57 zugeführte Eingangsspannung
gesteuert.
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Die Ausgangsspannung der Steuerröhre 57 wird an das Gitter 60 einer
in üblicher Weise die abgegebene Leistung regelnden Triode 61 geführt. Auf diese
Weise regelt die Einstellung des Potentiometers 55 die Ausgangsleistung, welche
an der Leistungsregelungsstufe 61 entnommen und an dem Voltmeter 62 angezeigt wird.
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Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung der Anordnung, daß
die Kathodenstrahlröhre 25 für jeden Impuls, der vom Meßkörper 10 kommt und den
Verstärker 12 verläßt, einen Lichtimpuls abgibt Die Intensität dieses Lichtimpulses
schwankt mit der Impulsdichte, weil sich die Spannung an der Fokussieranode entsprechend
dieser Dichte ändert. Auf diese Weise hängt die Intensität der Aufzeichnung auf
dem Film 40 in einem beliebigen Punkt ab von dem Impulsdichtemeßwert, der an der
betreffenden Stelle der zu untersuchenden Fläche erhalten wird.
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Da der Meßkörper und die Kathodenstrahlröhre während des Abtastvorganges
zusammen bewegt werden, gibt die Belichtung des Filmes eine graphische Aufzeichnung
für die Verteilung und Konzentration der Radioaktivität in der zu untersuchenden
Fläche.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich am besten
aus der nachstehenden Erörterung eines Beispieles. Es soll sich beispielsweise um
die Untersuchung der Leber eines Menschen handeln. In einem solchen Falle wird radioaktives
kolloidales Gold oder eine andere geeignete radioaktive Substanz dem Patienten intravenös
zugeführt. Nach einer Zeitspanne von ungefähr 10 Minuten wird der Patient auf einer
Bahre unter den Meßkörper gebracht. Der Meßkörper wird direkt auf die Umgebung der
Leber gerichtet.
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Nachdem der Meßkörper in die Meßstellung gebracht ist, wird die Zeitkonstanteneinstellung
des Impulsdichtemessers auf den niedrigsten Wert, beispielsweise 118 Sekunde, eingestellt.
Darauf wird der Meßkörper verschoben, bis das Zentrum höchster radioaktiver Konzentration
mittels Kontrollautsprechers festgestellt ist. Die Tonhöhe oder die Anzeige an dem
Impulsdichtemesser kann dafür dienen, diesen Punkt höchster Konzentration festzustellen.
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Nachdem der Punkt maximaler Radioaktivität gefunden ist, wird der
auf dem Meßinstrument angel zeigte Impulsdichtewert abgelesen. Um einen zuverlässigen
Wert für die mittlere Impulsdichte zu erhalten, wird eine verhältnismäßig lange
Zeitkonstante ausgewählt, so daß eine Messung über eine verhältnismäßig lange Periode
erfolgen kann; zu diesem Zweck wird beispielsweise die Zeitkonstante auf 5 Sekunden
eingestellt und der Bereich des Instrumentes so gewählt, daß die maximale Empfindlichkeit
innerhalb des Meßbereiches des Instrumentes liegt. Unter maximaler Empfindlichkeit
wird dabei verstanden, daß, wenn die mittlere Impulsdichte unter 10 000 Einheiten
liegt, der 10 000-Meßbereich verwendet wird. Wenn jedoch die Impulsdichte oberhalb
10 000 liegt, muß der nächsthöhere Skalenbereich, beispielsweise der Bereich für
30 000 Impulse/min, verwendet werden.
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Nachdem die maximale Impulsdichte festgestellt ist, wird die minimale
Impulsdichte in ähnlicher Weise ermittelt, beispielsweise dadurch, daß der Meßkörper
auf den oberen Teil der Brust oder den Unterleib gerichtet wird. Nachdem die beiden
Grenzwerte bestimmt sind, wird ein Prozentsatz von der Kapazität 100°/o des ausgewählten
Meßbereiches bestimmt zwecks Angabe des maximalen und des minimalen Wertes. Der
Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Prozentsatz ist der Unterschiedsbereich
der mittleren Impulsdichte. Der bewegliche Kontakt 47 des einstellbaren Verstärkers
wird dementsprechend eingestellt.
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Daraufhin wird der Meßkörper über die Stelle mit maximaler Impulsdichte
gebracht. Das Potentiometer 55 wird dann so eingestellt, daß das Meßgerät 62 die
maximale Ausgangsspannung anzeigt, die im gegebenen Beispiel 900 Volt beträgt.
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Ferner wird die Impulsbreite für die Helltastimpulse des Multivibrators
ausgewählt und am Multivibrator eingestellt. Die Impulsbreite der Helltastimpulse
bestimmt die Dichtigkeit der fotografischen Aufzeichnung beim nachfolgenden Abtastvorgang.