DE2065763B2 - Szintillationskamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Szintillationskamera zur Erzeugung einer Darstellung der räumlichen Verteilung von einem Untersuchungsobjekt einfallender Strahlung mit einem bezüglich des Untersuchungsobjektes stationären Szintillationskristall sowie mehreren, entweder selbst verstärkenden oder mit nachgeschalteten Vorverstärkern versehenen Fotoelektronenröhren, die infolge von in dem Szintillationskristall durch die Strahlung hervorgerufenen Lichtblitzen deren zweidimensionale Position analog dastellende elektrische Signale abgeben.

Eine derartige Szintillationskamera ist aus der US-PS 30 11 057 bekannt. Problematisch bei einer solchen mit mehreren Fotoelektronen arbeitenden Szintillationskamera ist, daß Abbildungsfehler entstehen bzw. entstehen können, wenn die elektrischen Ausgangsgrößen der jeweiligen Fotoelektronenröhren unterschiedlich sind, obwohl aufgrund einer bestimmten Lichtintensität gleiche Ausgangsgrößen erwartet werden müßten. Diese Abbildungsfehler verursachenden Unterschiede in den Ausgangssignalen können eine Folge davon sein, daß die Ansprechcharakteristik der jeweiligen Fotoelektronenröhren unterschiedlich ist, Veränderungen in der Ansprechcharakteristik oder gegebenenfalls im Verstärkungsfaktor auftreten oder mit den Fotoelektronenröhren verbundene Vorverstärker unterschiedliche Verstärkungsfaktoren besitzen oder deren Verstärkungsfaktoren Veränderungen unterliegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Szintillationskamera der eingangs genannten Art durch Unterschiede im Verstärkungsgrad der einzelnen Fotoelektronenröhren und/oder der ihnen nachgeschalteten Vorverstärker verursachte Abbildungsfehler zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch einen Wähler zur Auswahl der Analogsignale vom Ausgang einer jeden beliebigen der Fotoelektronenröhren und durch Vorrichtungen zur unabhängigen Schwächung der Analogsignale von jeder der Fotoelektronenröhren.

Durch diese Maßnahmen wird es möglich, die Ausgangsgrößen der Fotoelektronenröhren zu kalibrieren und sicherzustellen, daß gerätebedingte Fehler zu keinen Abbildungsfehlern führen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführurigsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. IA und IB ein Blockdiagramm einer Szintillationskamera,

Fig.2A und 2B ein Blockdiagramm der Schwächungseinrichtungen und Decodiermatrizen, die Eingangssignale an die Analogcomputer liefern und

Fig.3 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Schwächungseinrichtung.

Nach Fig. IA werden die Signale einer Mehrzahl von Fotoelektronenröhren, die schematisch durch den Block 16 dargestellt sind, in einer Vorverstärkeranordnung 20 verstärkt und dann einer Schwächungsanordnung 22 zugeführt. Die Schwächungsanordnung wird im Zusammenhang mit den Fig.2A und 2B näher beschrieben.

Hauptaufgabe dieser Schwächungsanordnung ist die Kalibrierung der verschiedenen Fotoelektronenröhren, die sich in ihrer Verstärkung unterscheiden können.

In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß 19 Fotoelektronenröhren vorgesehen sind, die 19 Ausgangssignale liefern.

Von der Schwächungsanordnung 22 werden die 19 Signale einer Decodieranordnung 24 mit 6 Matrizen 24a bis 24/zugeführt. Die Ausgangssignale der Matrizen 24a bis 24e werden als Eingangssignale zwei parallelgeschalteten Analogcomputern 26/4,26S zugeführt.

Die Matrix 24f enthält einen Wahlschalter, der ermöglicht, daß der Ausgang jeder beliebigen der 19 Fotoelektronenröhren über einen Testschalter 28 geführt und auf eine Leitung 30 zu einer Datenverarbeitungseinheit 15 zur Kalibrierung geführt werden kann.

Da die beiden Analogcomputer 26/4,265 identisch im Aufbau sind, wird nur der Analogcomputer 26Λ im einzelnen beschrieben. Die von den Matrizen 24a bis 24e stammenden Signale werden den Analogcomputern 26A, 265 über fünf variable Verstärker 32a bis 32e zugeführt. Die Verstärkungsfaktoren dieser fünf Verstärker werden ferngesteuert, um eine Aufnahme von Szintillationen mit verschiedenen Energiebereichen zuzulassen.

Die Ausgangssignale der Verstärker 32a bis 32e werden jeweils Impulsstreckern 34a bis 34e zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 32a wird als Eingang einem Impuishöhenanalysator 36 zugeführt. Jeder der Analogcomputer 26/4 und 26ß enthält auch einen Verhältnisdetektorkreis 38.

Auf einer Leitung 406 ist ein Signal vorhanden, das genau die +X-Koordinate einer in dem Szintillator auftretenden Szintillation wiedergibt, auf einer Leitung 40c ein Signal, das genau die —-Y-Koordinate eines derartigen Signals wiedergibt, auf einer Leitung 4Od ein ähnliches Signal, das die + K-Koordinate wiedergibt und auf einer Leitung 4Oe ein ähnliches Signal, das die — K-Koordinate darstellt. Ähnliche Signale werden auf den Leitungen von dem Kanal B-Analogcomputer 26B vorgesehen. Torsteuermittel stellen sicher, daß Signale nicht simultan von beiden Kanälen A und B aufgenommen werden. Wenn beispielsweise Signale von dem Kanal A aufgenommen werden, wird der Kanal B abgeschaltet. Nur ein Kanal liegt jeweils in der Steuerung.

Ein Taktgeberkreis 42 nimmt über eine Leitung 44 Signale von den Verhältnisdetektoren 38 sowohl des Kanal-/4- als auch des Kanal-B-Analogcomputers auf sowie über eine Leitung 46 von den beiden Impulshöhenanalysatoren 36 dieser Kanäle. Weiterhin werden dem Taktgeber Eingangsimpulse über eine Leitung 48 von einem Übertragegatter 50 und über eine Leitung 52

von einem monostabilen Multivibrator 86 zugeführt. Der Taktgebericreis 42 wartet auf ein Signal auf izt Leitung 52, das das Ende eines Zyklus anzeigt, und gibt dann ein Rücksiellsignal an jeden Impulshöhenanalysator 36. Er liefert auch ein Löschsignal für das Übertragegatter 50 auf einer Leitung 54. D*;r Taktgeberkreis 42 Hefen auch Anschaltsignale u;i andere Teile der Analog-Digital-Umwandlungsschaltung auf einer Leitung 56.

Die vier Ausgangssignale von den Impulssirecken! 34fc bis 34e werden zwei Differentialverstärkern 58A^-, 58 K zugeführt Die + X- und die — K-Signale auf den Leitungen 40Zj, 40c werden dem Verstärker 58X₁ die + Y- und — K-Signale auf den Leitungen 40</, 4Oe dem Verstärker 58 Y zugoführt. Jeder Differentialverstärker 58X, 58 Y kombiniert seine jeweiligen Eingangssignale und liefert einzelne Ausgangssignale, die jeweils X- und K-Lagenkoordinaten darstellen. Die ^-Koordinaten am Ausgang des Differentialverstärkers 58X werden einem Höhe-zu-Zeit-Umwandler 6OX, die K-Koordinaten-Information des V-Differentialverstärkers 56 V einem Höhe-zu-Zeit- Umwandler 60 Kzugeführt.

Die Höhe-zu-Zeit-Umwandler 60A^-, 6OK erzeugen Torsteuerimpulse konstanter vorbestimmter Amplituden, deren Länge proportional zu den Amplituden der Eingangssignale an den Umwandlern ist. Die Ausgangssignale des Umwandlers 6OX, deren Zeitdauer proportional zu den Amplituden der Eingangssignale von dem Differentialverstärker 58X sind, werden einem Gatter 62A" zugeführt. Ähnlich wird der Ausgang des Umwandlers 60 K einem Gatter 62 K zugeführt. Zweite Eingänge zu den Gattern 62A", 62 K kommen von einen Oszillator 64. Der Oszillator wird von Torsteuersignalen von den Umwandlern 60A, 6OK betätigt und liefert einen Impulszug, in dem die Zahl der Impulse durch den längsten Ausgangsimpuls von einem der Umwandler 6OX, 60 Kgesteuert wird. Am Ende des Signals von dem Umwandler 6OXwird das Gatter 62Xgeschlossen, auch wenn der Ausgangsimpuls von dem Umwandler 6OK noch nicht beendet ist. Wenn der längere der Impulse von den Umwandlern 6OX, 6OK endet, wird der Oszillator 64 abgeschaltet und beide Gatter 62X und 62 K geschlossen. Das Ergebnis ist, daß eine Folge von Ausgangsimpulsen von dem Gatter 62X geliefert wird, die in ihrer Zahl proportional zur Höhe des Ausgangsimpulses des Differentialverstärkers 58Xist, sowie eine Impulsfolge von dem Gatter 62 K, die in ihrer Zahl proportional zur Höhe des Ausgangsimpulses von dem Differentialverstärker 58 Kist.

Die Ausgangssignale der Gatter 62X, 62 K werden jeweils Zählern 66X, 66K zugeführt. Die Zähler dienen zur Speicherung der Impulszahlen, die proportional zur Amplitude der X- und K-Ausgangssignale der Differentialverstärker 58X, 58 K sind. Den Zählern 66X, 66 K ist ein Abschnitt 66F zugeordnet, der Markierungssignale von den Impulshöhenanalysatoren 36 der beiden Analogcomputern 26/4,26.8aufnimmt und speichert, die anzeigen, von welchem der beiden Kanäle die gespeicherten Signale aufgenommen werden.

DieindemX-Zähler66X,dem K-Zähler66Kunddem eo Markierungsabschnitt 66F gespeicherten Digitalsignale sind über ein Gatter 68 auf ein Schieberegister 70 übertragbar. Das Gatter 68 wird auf ein Signal von dem Übertragegatler 50 her geöffnet. Das Übertragegatter 50 liefert dieses Signal zur öffnung des Gatters 68, wenn Koinzidenz zwischen dem von dem Zeitgeberkreis 42 auf der Leitung 54 aufgenommenen Löschsignal und dem auf einer Leitung 73 von einem Ringzähler 72 aufgenommenen Signal eintritt.

Der Ringzähler 72 ist auch mit dem Os/.illator 64 mittels einer Leitung 74 verbunden. Der Ringzähler 72 sendet ein Signal auf der Leitung 73 zu dem Übertragegatter 50, das anzeigt, wann Information von den Zählern 66X, 66K, 66Fauf das Schieberegister 70 übertragen werden sollte. Letzteres sendet ebenfalls ein Signal an einen Aufnahmeverstärker 76, das anzeigt, wann Digitalinformation von einem Video-Aufnahmegerät 78 aufgenommen werden sollts. hin ähnliches Signal wird an das Schieberegister 70 gegeben, das dieses zur Übertragung von Information auf das Video-Aufnahmegerät 78 über den Aufnahmeverstärker 76 freigibt. Diese Information kann über einen Wiedergabeverstärker 130 weiterverarbeitet werden. Ein weiteres Signal wird einem Gatter 80 zugeführt, das wiederum ein Übertragegatter 82 zwischen dem Verschieberegister 70 und einem Ausgaberegister 84 steuert. Es sei betont, daß die beiden digitalisierten X- und K-Signale ebenso wie das Markierungssignal in dem Schieberegister 70 gespeichert sind und über das Gatter 82 auf das Ausgaberegister 84 übertragen werden. Das Signal von dem Gatter 80, das dem Gatter 82 zugeführt wird, wird auch über einen Verzögerungskreis 85 auf den monostabilen Multivibrator 86 mit dem Signal von dem Zeitgeberkreis 42 gegeben. Der Multivibrator 86 erzeugt ein S'gnal, das einer Verstärkersteuerung 88 zugeführt wird und, am Ende dieses Signals, ebenfalls ein Signal erzeugt, das auf der Leitung 52 dem Taktgeberkreis 42 zurückgegeben wird, um zu bewirken, daß der Taktgeber ein Signal zur Rückstellung des Impulshöhenanalysators 36 in jedem Analogcomputer 26A, 26ß erzeugt.

Die X- und K-Koordinatensignale in dem Ausgaberegister 84 werden einem Digital-Analog-Umwandler 90 zugeführt, welcher diese in X- und K-Analogsignale zurückverwandelt. Da die dem Digital-Analog-Umwandler 90 zugeführten Signale Digitalform haben, verursachen sie, wenn auf einem Oszillographen ausgegeben, daß der Strahl des Oszillographen bestimmte diskrete Lagen einnimmt. Dies ergibt ein punktähnliches Muster auf dem Bildschirm, das für einen Betrachter unerwünscht sein kann. Aus diesem Grund wird dieses Muster mittels eines Glättungsgenerators 92 beseitigt, der bewirkt, daß die Punkte zum Zusammenfließen neigen und ein kontinuierlicheres Muster darstellen als es sonst der Fall wäre.

Die X- und K-Analogsignale werden von dem Digital-Analog-Umwandler 90 über geeignete Torsteuermittel (nicht dargestellt) einem Rotor 94 zugeführt. Signale von den Differentialverstärkern 58X, 58 K können ebenfalls über ähnliche Torsteuermittel dem Rotor zugeführt werden. Es ist natürlich notwendig, daß Signale nur von dem Digital-Analog-Umwandler 90 oder von den Differentialverstärker 58X, 58Kzu einem bestimmten Zeitpunkt zugeführt werden und daß Signale nicht simultan von beiden kommen.

Die vier Signale von dem Rotor 94 werden einem Paar von Differentialverstärkern 96 zugeführt, welche diese wieder in zwei Signale umwandeln, die die X- und K-Koordinaten der Lage der in dem Szintillator auftretenden Szintillation umwandeln. Die Ausgangssignale der Differentialverstärker 96 werden einem Mehrfachkoppler 98 und einer Doppelausgabesteuerung 100 zugeführt, die Signale an einen Oszillographen 13 liefert.

Die Fig. 2A und 2B zeigen Einzelheiten der Schwächungseinrichtung 22 und der Decodieranord-

nung 24. Wie in F i g. 2B dargestellt, sind 19 Eingangsleitungen Pl bis P19 von den 19 Fotoelektronenröhren vorgesehen. Jede dieser Eingangsleitungen ist einer Schwächungseinrichtung 110 zugeführt, die als Block dargestellt ist. F i g. 3 veranschaulicht den Aufbau jeder Schwächungseinrichtung 110.

Wie in Fig. 3 dargestellt, enthält die Schwächungseinrichtung 110 ein Potentiometer 112, dessen eines Ende mit einer der Eingangsleitungen von einer Fotoelektronenröhre verbunden und dessen anderes Ende geerdet ist. Ein beweglicher Arm 112a des Potentiometers 112 liefert einen Ausgang an alle sechs Matrizen 24a bis 24i Durch Einjustierung des Armes 112a des Potentiometers werden die allen sechs Decodiermatrizen 24a bis 24/" zugeführten Signale um den gleichen Betrag verändert.

Signale von allen Schwächungseinrichtungen 110 werden der Z-Signal-Decodiermatrix 24a zugeführt. Jedes Signal wird über einen einer Reihe von veränderlichen Widerständen 114a bis 114e und einen einer Reihe von festen Widerständen 116a bis 116e je einem Summierverstärker 118a bis 118e zugeführt. Die variablen Widerstände 114a bis 114e stellen Kalibrierungsmittel für jeden Fotoelektronenröhrenausgang dar, was das Z-Signal anbetrifft.

Signale von den Schwächungseinrichtungen 110, die solchen von den Fotoelektronenröhren aufgenommenen entsprechen, die auf der +X-Seite der Y-Achse liegen, werden auf die Matrix 246 gegeben. Diese Signale werden jeweils über variable Widerstände 1146 und feste Widerstände 1166 einem Summierverstärker 1 18Zj zugeführt. Die Werte der Widerstände 1166 sind in Übereinstimmung mit dem Abstand der einzelnen Fotoelektronenröhren von der V-Achse gewichtet. Wenn beispielsweise eine Fotoelektronenröhre zweimal soweit von der V-Achse entfernt liegt wie eine andere Fotoelektronenröhre, so ist der Widerstand 1166, der das Signal von dereinen Fotoelektronenröhre aufnimmt, halb so groß wie der Widerstand, der da; Signal von der anderen Fotoelektronenröhre aufnimmt Die variablen Widerstände 1146 dienen der einzelner Kalibrierung der angenommenen Fotoelektronenröh· ren. Ähnlich werden Signale von den restlicher Fotoelektronenröhren über variable Widerstände 114c und feste Widerstände 116c auf den Eingang eines Summierverstärkers 118c gegeben. Der Ausgang des Summierverstärkers 118c stellt das — A"-Signal dar

ίο Widerstände 116c sind in Übereinstimmung mit der Lage der entsprechenden Fotoelektronenröhren in der gleichen Weise wie die Widerstände 1166 gewichtet.

In ähnlicher Weise werden Signale von weiteren Fotoelektronenröhren über variable Widerstände 114c und feste Widerstände 116c/auf einen Summierverstärker 118c/gegeben. Der Ausgang des Verstärkers 118c stellt das + V-Ausgangssignal dar. — V-Ausgangssigna-Ie werden von der Matrix 24e in einer ähnlichen Weise über variable Widerstände 114eund feste Widerstände 116e vorgesehen. Die Widerstände 116c/, 116e werden wiederum in der gleichen Weise wie zuvor erwähnt, gewichtet, jedoch in Übereinstimmung mit dem Abstand der entsprechenden Fotoelektronenröhren von der A"-Achse.

Signale von der Schwächungseinrichtung 110 werden über feste Widerstände 120 zu 19 Kontakten eines Auswählschalters 122 gegeben. Der Auswählschalter hat einen beweglichen Arm 122a, der jeden der 19 Kontakte mit dem Eingang eines Verstärkers 124 verbinden kann. Der Ausgang des Verstärkers 124 wird über den Testschalter 28 dem Mehrfachkoppler 98 zugeführt, die beide in F i g. 1 dargestellt sind. Somit können mittels der Schwächungseinrichtung 110 und der einzelnen Kalibrierungssteuerungen 116 die Ausgänge aller Fotoelektronenröhren und ihrer Vorverstärker 20 einjustiert werden, um Veränderungen im Verstärkungsfaktor einer Fotoelektronenröhre oder eines Vorverstärkers auszugleichen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Szintillationskamera zur Erzeugung einer Darstellung der räumlichen Verteilung von einem Untersuchungsobjekt einfallender Strahlung mit einem bezüglich des Untersuchungsobjektes stationären Szintillationskristall sowie mehreren, entweder selbst verstärkenden oder mit nachgeschalteten Vorverstärkern versehenen Fotoelektronenröhren, die infolge von in dem Szintillationskristall durch die Strahlung hervorgerufenen Lichtblitzen deren zweidimensionale Position analog darstellende elektrische Signale abgeben, gekennzeichnet durch einen Wähler (122, Fig.2B) zur Auswahl der Analogsignale vom Ausgang (Pi bis P19) einer jeden beliebigen der Fotoelektronenröhren (16, Fig. IA) und durch Vorrichtungen (114) zur unabhängigen Schwächung der Analogsignale von jeder der Fotoelektronenröhren.