DE2149279B2

DE2149279B2 - SzintHlations-Kamera mit einem scheibenförmigen Szintillations-Kristall und einer Vielzahl von Photovervlelfachern, deren Ausginge über nichtlineare Verstärker mit einer Ortungsschaltung verbunden sind

Info

Publication number: DE2149279B2
Application number: DE2149279A
Authority: DE
Inventors: Gerardus Huibrecht Amstelveen Kulberg (Niederlande); Gerd 6906 Leimen Muehlleher
Original assignee: GD Searle LLC
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-10-02
Publication date: 1975-01-23
Also published as: IT944739B; DE2149279A1; DE2149279C3; CA945692A; ZA716794B; SE365618B; AU463006B2; JPS5129839B1; AU3444371A; GB1363246A; FR2110361A1; US3732419A; NL7113984A; NL151515B; CH539858A; FR2110361B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Szintillations-Kamera mit einem Szintillationskristall in Gestalt einer flachen Scheibe, an den eine Vielzahl von Photovervielfachern optisch so angekoppelt sind, daß sie Licht von sich überlappenden Flächen des Kristalls erfassen, wobei die größte Abmessung des Kristalls mindestens dem Zweifachen de« Durchmessers eines Photovervielfachers entspricht und mindestens drei Photovervielfacher längs dieser größten Abmessung des Kristalls angeordnet sind, mit einer der Anzahl der Photovervielfacher gleichen Zahl von Vorverstärkern, von denen jeweils einer mit dem Ausgang des zugehörigen Photovervielfachers verbunden ist, und mit einer mit den Ausgängen der Vorverstärker verbundenen Ortungsschaltung, die den Koordinaten einer im Szintillations-Kristall von einem Strahlungsquant erzeugten Szintillation entsprechende Koordinatensignale aus den Vorverstärker-Ausgangsimpulsen ableitet, wobei die mit den Photovervielfachern verbundene Schaltung nichtlineare Verstärker für die Koordinatensignale aufweist, deren Verstärkungsprad von der Größe der Photovervielfacher-Ausgangsimpulse abhängt.

Szintillations-Kameras werden in großer Zahl in nuklear-medizinischen Abteilungen von Krankenhäusern der ganzen Welt verwendet. Häufig verwendet wird eine kommerzielle Version einer von Anger geschaffenen bekannten Szintillations-Kamera der eingangs genannten Art, die in dem US-Patent 3Γ11 057 und in den vielen über diese Vorrichtung innerhalb der letzten zehn Jahre veröffentlichten Aiiikeln beschrieben worden ist. Diese Szintillations-Kamera ist in der Lage, schnell ein Bild der Verteilung der Radioaktivität innerhalb eines zu untersuchenden Objektes aufzunehmen, wie z. B. eines Organs des menschlichen Körpers, das eine diagnostische Menge eines radioaktiven Isotops aufgenommen hat. Die Anger-Szintillations-Kamcra erzeugt ein Bild der radioaktiven Verteilung, indem einzelne von der verteilten Radioaktivität in dem Objekt ausgestrahlte Gammastrahlen einen Kollimator passieren und in einem S/intillalions-Kristall eine Szintillation erzeugen. Die Szintillation wird durch überlappende Bereiche des Kristalls erfassende Photoverviclfacherröhrcn aufgenommen und mittels elektronischer Schaltunpen in v- und y-Koordinatensignale und ein c-Signal, das die Energie des Szintillationsereignisses anzeigt, oder aus dem henorgeht, ob das Ereignis in ein ausgewähltes »Fenster < eines Energiespektrums fällt, umgesetzt. Die Radio.iktivitätsverteilung in dem Objekt kann auf einem Kaihodenstrahloszillographen dargestellt und auf fotografischem Film integriert werden. Eine verhältnismäßig große Anzahl von Szinlillationsereignissen ist nötig, um das endgültige Bild der Radioaktivitätsverieilung aufzubauen.

Als Auflösung einer Szintillations-Kamera bezeichnet man die Fähigkeit der Kamera, die räumliche Verteilung der Radioaktivität, die sich innerhalb des

Sichtbereichs der Vorrichtung befindet, getreu wiederzugeben. Die Gesamtauflösung einer Szintillations-Kamera h'öngt von der Auflösung des verwendeten Kollimators und von der Auflösung des Detektors selbst ab. Die Auflösung des bei Szintillations-Kame- s ras verwendeten Viellochkollimators ist abhängig von der Größe der Löcher, der Wanddicke zwischen den lächern und deren axialer Länge. Beim Entwurf von Viellochkollimatoren maß ein Kompromiß zwischen der Auflösung und der Effektivität geschlossen werden. iq

Die Auflösung der Detektorschaltung einer Anger-Kamera ist abhängig von ihrer Fähigkeit, die Lageuoordinaten jedes Szinüllationsereignisses genau zu signalisieren. Da viele Operationen bei der Erkennung eines Szintillationsereignisses und der Erzeugung seiner Positionskoordinaten erforderlich sind, bestimmt die Genauigkeit jeder dieser Opeiationen weitgehend die Gesaratgenauigkeit oder Auflösung der Szintillations-Kamera. Ein mit dem Szintillations-Kristall in Wechselwirkung tretender Gammaslrahl erzeugt einen Lichtblitz mit statischer Varianz in der Anzahl der dabei erzeugten Photonen. D^;e Verteilung dieser Photonen auf die Photokathode.i der Photovervielfacherröhren besitzt ebenfalls eine statische Varianz; und das gleiche gilt für den Wirkungsgrad der Photovervielfacherröhren bei der Umwandlung der Lichtphotonen in elektrische Signale sowie für die Umwandlung dieser Signale in .v-, y- und z-Signale. In jeder Stufe kann zur Verbesserung der Gesamtauflösung beigetragen werden.

Beispielsweise offenbart ein Artikel in »Proceedin»s of the IEEE«, Bd. 58, 1970, Nr. 2, S. 226, sowie ein Aufsatz im »International Journal of Applied Radiation and Isotopes«, Bd. 17, 1966, Nr. 4, S. 227 und 228, die Möglichkeit, durch einen Impuls-Analysator die Gesamt-Auflösung zu verbessern, indem nur die Szintillationsereignisse dargestellt werden, die der vollen Energie der die Kamera erreichenden Gammaquan:en entsprechen, während gestreuten oder sekundär ausgelösten Quanten entsprechende Lichtblitze nicht ausgewertet werden. Damit wird das »Rauschen« im Bild vermindert und der Einfluß von Untergrundstrahlung vermindert. Indem weiterhin Verhältnis-Versiärker vorgesehen werden, die die x- und y-Signale bezüglich des z-Signals normieren, wird außerdem verhindert, daß zwei Ereignisse unterschiedlicher Energie, aber gleicher Position an unterschiedlichen Stellen dargestellt werden. Als andere Maßnahmen zur Verbesserung der Auflösung ist die Verwendung von nichtlinearen logarithmischen Verstärkern in einer Szintillations-Kamera bekannt.

In der Zeitschrift »Nucleonics«, Bd. 21, 1963, Nr. 13, S. 52 bis 59, ist eine Szintillations-Kamera beschrieben, die eine aus 293 Einzelkristallcn aufgebaute Kristallanordnung besitzt. Damit soll eine Vergrößerung der Kristallwirkfläche erreicht werden, ohne daß gleichzeitig eine nachteilige Kristalldickenvergrößerung erforderlich wäre. Hier wird das Auflösungsvermögen im wesentlichen durch die Größe der Einzelkristalle bestimmt.

Dk Vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß Signalinformationen von weiter vom Szintillationsereignis entfernten Photovervielfachern die Auflösung des Anger-Detektors verschlechtern, und zwar wegen dei statistischen Varianten in der Anzahl der Photonen, die diese Vervielfacher erreichen, die noch dutch die z-Normierung, die wegen der großen Entfernung zu einer starken Signalanhtibung führt, vergrößert wird. Die von entfernteren Vervielfachern gelieferten Informationen sind also wesentlich weniger genau als die durch nähere Vervielfacher gelieferten Signale, da jene auf verhältnismäßig wenig Photonen von dem Szintillationsereignis basieren. Die Bildauflösung wird damit durch Signale entfernter Vervielfacher bei der endgültigen Koordinatensignalerzeugung verschlechtert.

Die vorliegende Erfindung geht, wie die oben schon erwähnten bekannten Maßnahmen, von der Aufgabe aus, das flächenhafte Auflösungsvermögen einer Szintillations-Kamera zu verbessern.

Bei einer Szintillationskamera der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorverstärker derart mit nichtlinearer Vorstärkung ausgebildet sind, daß größere Eingangsimpulse in ihnen mehr verstärkt werden als kleinere Eingangsiinpulse.

Dadurch wird erreicht, daß die kleineren Ausgangsslgnale von Photovervielfacherröhren abgeschwächt werden, die von dei Szintiliationsstelle entfernter liegen. Der diesen Signalen innewohnende hohe Fehleranteil wird dadurch beseitigt und eine Auflösungsverbesserung erreicht, die auch bei den anderen schon genannten Kameras wirksam wird, die nocn weitere Einrichtungen 2ur Verbesserung der Auflösung aufweisen.

Besonders einfach und wirkungsvoll ist es, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die nichtlinearen Vorverstärker derart als Schwellwertverstärkcr ausgebildet sind, daß Eingangsimpulse unterhalb einer bestimmten Schwellwertgröße im wesentlichen kein Ausgangssignal, Eingangsimpulse oberhalb dieser Schwellwertgröße dagegen ein Ausgangssignal erzeugen, das im wesentlichen proportional zur Größendifferenz zwischen Eingangssignal und Schwellwertgröße ist.

Die erfindungsgemäß erreichte verbesserte Auflösung erfordert keine Modifikation anderer elektronischer Schaltungen der Anger-Kamera. Jedoch kann eine Veränderung der Integrationszeitkonstanten der Einheit nützlich sein, um zusätzlich Auflösungsverbesserung zu erreichen, indem man der Schaltung ermöglicht, langer auf jedes Ereignis zu reagieren und dadurch mehr Licht von jedem Szintillationsereignis verwendbar wird

Außerdem können früher hergestellte Kameras nach der Erfindung ausgebildet werden, indem Ersatzverstärker installiert werden und andere kleine Schaltungsveränderungen vorgenommen werden. Dazu \il es besonders nützlich, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung die Schwcllwertverstärkcr jeweils eine Breitbandve/stärkerstufe, eine Schwcllwcrlvcrstärkerstufe mit einer vorbestimmten Schwcllwcrtgrcßc, eine Integratioiisstufe sowie eine Ausgangsverstärkerstufe aufweisen, oder wenn die Schwellwcrtgröße der Schwcüwertverstärker so ausgewählt ist, daß bei einer Anordnung mit mindeMens 19 PhotoYcrvielfachern in hexagonalcr Anordnung und mit einem Szintillationskristall von mindestens 25,4 cm ^Durchmesser diejenigen Photovervielfacher, deren Zentralachsen um mindestens zwei Photovervielfacherröhrendurchmesser von der Szintillation entfernt liegen, im wesentlichen nicht zur Signalbildung beitragen.

Als besonders wirkungsvoll hat sich ein Schwellwertverstärker erwiesen, der eine Schwellwertgröße aufweist, die ungefähr 5 ⁰Zo der für eine in dem Szintillations-Kristall in unmittelbarer Nähe eines der Photo-

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vervielfacher auftretenden Szintillation von dem be- für eine Kathodenstrahlsichtröhre 70, wenn der

treffenden Photovervielfacher maximal erwarteten Analysicrer festgestellt hat, daß ein Szintillations-

Ausgangssignalgröße entspricht. ereignis innerhalb eines ausgewählten Energiespek- Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung tralbereichs fällt, und die Sichtröhre erzeugt für jedes

eines Ausfühmngsbeispiels und an Hattd der Zeich- 5 Einschaltsignal einen Lichtpunkt in Übereinstimmung

nung näher erläutert. Es zeigt mit x- und y-Koordinatensignalen auf einer Sicht-

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Elektronik einer scheibe 71. Szintillationskamera. In F i g. 2 ist eine hexagonale Anordnung von Fig. 2 eine schematische Darstellung einer hexa- 19 Photovervielfachern Pl bis P19, die in der vor-

gonalcn Anordnung von Photovervielfacherröhren in io liegenden handelsüblichen Version der Anger-Kamera

einer solchen Kamera, verwendet werden, schematisch gezeigt, so wie diese

F i g. 3 schematisch, teilweise als Block und teil- Anordnung von der Seite erscheint, die gegenüber

weise als Schaltung, einen Teil der Kamera, einem Szintillations-Kristall 101 liegt, der von den

F i g. 4 eine teilweise geschnittene schematische Vervielfachern betrachtet wird. Ein x-y-Koordinaten- Ansicht von Elementen eines Detektorkopfes einer 15 system mit dem Ursprung am Punkt A, der zentralen Szintillations-Kamera, Achse des PhotovervielfachersPlO, wird bei dieser F i g. 5 eine graphische Darstellung des Ausgangs- Kamera angewendet.

signals der Photovervielfacher der F i g. 4 als Funk- F ί g. 3 zeigt mit mehr Einzelheiten die Verkopption der Stellung einer kollimatierten Gammastrahlen- lung der Photovervielfacher P1 bis P19 mittels einquelle auf der x-Achse des Detektors. ao zelner Vorverstärkerschaltungen PA 1 bis PA 19 mit F i g. 6 ein schematisches Blockdiagramm eines einer Widerstandsmatrix, in der im wesentlichen alle Schwellen-Vorverstärkers, wie er bei der Kamera Ausgänge von den Vorverstärkern PA 1 bis PA 19 nach der Erfindung verwendet werden kann, über ihre Bewertungswiderstände gekoppelt sind, wie Fig. 7 ein schematisches Schaltdiagramm eines z. B. RIl bis Λ24 mit vier Koordinatensignalleitun-Vorverstärkers herkömmlicher Art, as gen x^L, x-, y-f-, y-. Die Photovervielfacher P 8 Fig. 8 ein schematisches Schaltdiagramm eines bzw. P12 haben keine Widerstandsverkopplungen zu Schwellen-Vorverstärkers, wie er bei der erfindungs- den χ ^l - und χ -Leitungen. Die Werte der Bewergemäß ausgebildeten Kamera vorliegen kann, tungswidtrstände werden in Übereinstimmung mit F i g. 9 eine graphische Darstellung der Form der der Position von jeder Röhre in dem x-y-Koordi-Eingangs-Ausgangs-Übertragungscharakteristik eines 30 natensystem festgestellt. Fig.? zeigt die Matrix, die Vorverstärkers bekannter Art und eines bei der er- in der vorliegenden kommerziellen Version der Angerfindungsgemäß ausgebildeten Kamera vorliegenden Kamera verwendet wurde; jedoch wurden auch andere Schwellen-Vorverstärkers und Matrixlösungen unter Verwendung von Kondensa-Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Sum- toren oder Impedanzelementen durch H. O. Anger mierverstärkers, der in einer handelsüblichen Aus- 35 und andere benutzt. Es ist außerdem zu bemerken, führung der Anger-Szintillations-Kamera verwendet daß das Vierleitungssystem, das in den Fig. 1 und 3 wird. gezeigt wurde, durch ein Fünfleitungssystem ersetzt In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung werden könnte, das eine getrennte Matrix für das einer vorliegenden handelsüblichen Form einer Anger- Energie-, d. h.. (las c-Signal einschließen würde, und Kamera gezeigt. 19 Photovervielfacher (PVV) 10 40 einen etwas uni erschiedlichen Lösungsweg für die wirken zusammen, um eine Szintillation zu erkennen, Matrizenanwendung zur Entwicklung der *+ -. x~-, und ihre 19 Ausgänge 11 sind mit 19 Vorverstärker- y ' - und y -Signale ergeben würde, schaltungen (VORV) 20 getrennt verbunden. 19 Vor- Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt der Verstärkerausgänge 21 sind mit einer Widerstands- wichtigeren Funktionselemente in einem Detektormatrix und einem Summenverstärkerschaltkreis 30 45 kopf der vorliegenden handelsüblichen Version der verbunden, der von den Vorverstärkerausgängen vier Anger-Kamera. Ein Kollimator 90 p^;nes vielkanaligen Koordinatenausgangssignale .ΐ^α, jt-, y + , y— an Typs. d. h mit einer großen Anzahl von Kanälen 91, den Leitungen 31 bis 34 erzeugt. Diese vier Aus- erlaubt Strahlungsquanten, die im wesentlichen in der gangssignale werden zu Lerrangsverstärkern und Tor- Richtung der Achsen der Kanäle laufen, zu passieren, ausdehnern 56 und zu einem z-Impulsformer- und 50 während Strahlen absorbiert oder blockiert werden, Pulshöhenanalysator 40 geführt. Der z-Pulsformer die mit anderen Winkeln einfallen. Eine Kristallkombiniert die vier Eingangssignale zu einem z-Signal. anordnung 100, die aus einem Szintillations-Kridas die Energie eines Szintillationsereignisses dar- stall 101 in der Form einer flachen runden Scheibe stellt, und das einen Eingang auf einer Leitung 43 für von mit Thallium aktiviertem Natriumiodid und aus den Differenzverstärker und Verhältnisschaltkreis 60 55 einem Glasfensler If2 besteht, empfängt Strahlungsdarstellt. Der Pulshöhenanalysator blendet die Tor- quanten, die durch den Kollimator 9Ö passieren. Eiti ausdehner ein, wenn die Energie des Szintillations- Strahlungsquant, das mit dem Szintillations-Kristal¹ ereignisses innerhalb eines ausgewählten Energiespek- 101 in Wechselwirkung tritt, erzeugt einen Lichtbliti tralbereichs fällt, so daß verlängerte Koordinaten- darin, dessen Photonen isotrop ausgestrahlt werden signale über Leitungen 51 bis 54 dem Differenzver- 60 Die Anzahl der Photonen hängt von der Energie ab stärker und Verhälinisschaltkreis 6# übermittelt wer- die durch die Strahlung in dem Kristall abgegebei den, wo die χ + und χ — entsprechenden Signale und wird; und wenn die gesamte Energie der Quants zu die y+und y—entsprechenden Signale voneinander Erzeugung des SzrntiHatkmseTeignisses abgegebei abgezogen und die Ergebnisse mit dem c-Impuls als wurde, handelt es sich bei dem Ereignis um eii Nenner ms Verhältnis gesetzt werden, um J- und 65 Photolinienereignis. Der Pulshöhenauswähler de y-Koordinatensignale auf den Leitungen 61 und 62 Kamera wird im allgemeinen so eingestellt, daß di zu erzeugen. Der Pulshöhenanalysator erzeugt auch Kamera ein endgültiges Bild von hn wesentlichen nu ein Einschaltsignal auf der Leitung 41 als Eingang den Photolinienereignissen erzeugt, die der volle

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Energie der angewendeten radioaktiven Isotope ent- Die vorliegende Erfindung beruht auf der Anwen·

sprechen. Die meisten der Photonen, die bei einem dung von Vorverstärkern am Ausgang jedes Photo·

Szintillationsereignis ausgestrahlt werden, erreichen vervielfachers, Wobei diese Vorverstärker eine der-

schließlich eine der Photokathoden der Photoverviel- artige nichtlineare Charakteristik besitzen, daß sit

fächer Pl bis P19, wobei einige direkt durch den 5 große Signalausgänge gegenüber kleinen Signalaus·

Szintillations-Kristall 101, das Glasfenster 102 und gangen bevorzugen, wobei die verhältnismäßig ge·

einen Lichtleiter 110 laufen, während andere erst von naueren Signalinformationen über den verhältnis·

verschiedenen Oberflächen und Zwischenflächen der mäßig weniger genauen Signalinformationen, die füi

Anordnung reflektiert und/oder gebrochen wurden. jedes Szintillationsereignis erzeugt werden, bevorzug!

Nuten, wie z. B. die Nut 111, sind in den Lichtleiter io werden.

110 zwischen den Photovervielfachern geschnitten, Von anderer Seite wurde kürzlich versucht, unge-

um das Licht auf die Photokathoden der Röhren zu fähr das gleiche Endergebnis zu erreichen, indem

lenken. Die Zuteilung der Photonen von jedem Verzögerungsleitungen und Zeit-zu-Impulshöhen-

Szintillationsereignis ist derartig, daß Photoverviel- Konverter an Stelle einer Matrix von Impedanzer

fächer in der Nähe der Koordinatenstelle des Ereig- 15 und Summierverstärkern verwendet wurden (Tanaka

nisses eine verhältnismäßig große Anzahl von Photo- et al., »Scintillation Cameras Based on New Position

nen erhalten, während entferntere Vervielfacher Arithmetics«, Journal of Nuclear Medicine, Vol. 11,

weniger Photonen aufnehmen. No. 9, S. 542 bis 547, September 1970). Dieser andere

F i g. 5 zeigt in graphischer Form die Ausgangs- Lösungsversuch schließt, obwohl er das grundlegende

signale von fünf Röhren P8 bis P12 auf der Λ-Achse ao Anger-Kameraprinzip anwendet, einen totalen Um-

der Kameraanordnung nach F i g. 4, die von einer bau der elektronischen Schallung ein, während die

kollimatierten Gammastrahlenquelle an verschiedenen vorliegende Erfindung unmittelbar und direkt an

Stellen auf der .r-Achse herrühren. Die Kurven 131 existierende Schaltungen von kommerziellen Anger-

bis 135 repräsentieren jeweils die Ausgänge von Kamerasystemen anpaßbar ist.
Röhren P8 bis P12 in Fig. 4, und gestrichelte Linien 35 Ein Blockdiagramm einer im Rahmen der Erfin-

121 bis 125 repräsentieren die Achsen dieser fünf dung verwendbaren Form eines Vorverstärkers ist in

Röhren. Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß ein Szintil- Fig. 6 gezeigt. Ein Photomultiplier (PW) 210 isl

lationsereignis, das am Punkt A in F i g. 2 auftritt, mit dem Vorverstärker 220 verkoppelt, der aus einet

.inen sehr großen Ausgang vom Photovervielfacher Breitbandverstärkerstufe 221, einer Schwellwertver-

PlO erzeugt, kleinere Ausgänge von P9 und PH 30 stärkerstufe 222, einer Integrationsstufe 223 und einer

und sehr kleine Ausgänge von P 8 und P12. Wegen Ausgangsverstärkerstufe 224 besteht. Der Vorver-

der Konstruktion des Anger-Detektors und der ange- stärker 220 wird am Ausgang jedes Photoverviel-

wendeten Matrix ist der Durchschnittsfehler der Aus- fachers Pl bis P19 der Fig. 3 als Vorverstärker

gangssignale von den Photovervielfachern P 8 und PA 1 bis PA 19 verwendet.

P12 viel größer als der Durchschnittsfehler der Aus- 35 Fig. 7 zeigt einen Vorverstärker gemäß dem

gangssignale von P9 bis Pll, und der »Hebelarm«, Stand der Technik, bei dem die Eingangssignale aller

über den die Ausgänge von P 8 und P12 angewendet Größen linear verstärkt und durch einen Konden-

werden, ist größer als die »Hebelarme« von P9 bis saiorClO und einen Widerstand R 19 integriert wer-

PIl. so daß die Fehler sich addieren. Es wurde des- den, so daß sich eine charakteristische Ausgangskurve

halb gefunden, daß die allgemeine Genauigkeit der 40 150 ergibt, wie sie in F i g. 9 gezeigt ist. Kurve 160

Signalisierung der Koordinaten von einem Ereignis der F i g. 9 zeigt die Form der Eingang- zu-Ausgang-

am Punkt A verbessert werden kann, indem die Bei- Charakteristik des Schwellenvorverstärkers, der in

träge der Photovervielfacher P8 und P12 eliminiert Fig. 6 in Blockform gezeigt ist. Fig. 8 zeigt die tat-

oder die Beiträge von näheren Vervielfachern ver- sächliche Schaltung eines solchen Schwellenvorver-

stärkt werden. Wenn man dies auf die Neunzehn-Ver- 45 stärkers, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfin-

vielfacheranordnung der F i g. 2 anwendet, ist zu er- dung für die Anwendung bei einer Anger-Kamera

kennen, daß die Verbesserung die Ausschaltung der handelsüblicher Art vorgesehen ist.
Beiträge von allen zwölf Vervielfachern des äußeren Nach Fig. 8 enthält die Breitbandverstärkerstufe

Ringes für Szintillationsereignisse einschließt, die am Transistoren QZ Us QS und mit ihnen verbundene

Punkt/1 unter dem Photovervielfacher P10 auftreten, 50 Vorspann- und Kopplungsschaltungen. Die Schwell·

oder daß anderweitig die Beiträge der inneren Ver- wertverstärkerstufe enthält eines Transistor Q 6 und

vielfacher angehoben werden. die damit verbundenen Vorspannschaltmittel ein-

Eine ähnliche Analyse kann für den Punkt B der schließlich L1, R 9, CA 1 und R10. Die Integrations-Fig. 2 gemacht werden, der gleiche Abstände von schaltstufe enthält eine Kapazität C€ und einen den Zentren der Photovervielfacher P6, PlO, Pll 55 Widerstand R12, und die Ausgangsverstärkerstufe und PS, P7 und PlS hat. Diese sechs Vervielfacher enthält die Transistoren β7 und Q8 und die damit erhalten die meisten der Photonen von einem Szintil- verbundenen Schaltelemente. Der Transistor ßl und lationsereignis, das am Punkt B auftritt, und es wurde seine damit verbundenen Schaltelemente wirken als gefunden, daß durch im wesentlichen Ausschaltung ein Stromversorgungsgeräuschfilter. Die Schaltung der Beiträge der weiter entfernten Vervielfacher die 60 nach F i g. 8 kann mit den folgenden Schaltelementen Genauigkeit der Signalisierung der Koordinaten des bzw. Werten hergestellt sein:
Ereignisses, das am Punkt B auftritt, allgemein verbessert wird. Für Ereignisse, die am Punkt C auftreten, erhalten die Photovervielfacher P19, P11, P 6 Transistoren
und PlS die meisten Photonen und liefern die ge- 65

naueste Information, während die Vervielfacher im Ql,Q3,Q4,QS,Q6,QS: 2N3906

größeren Abstand im allgemeinen weniger genaue Ql: 2N4258

Informationen beitragen. Ql: 2N3904

Widerstände (Ohm)

Al:	2K	Induktivität	1OmH
Rl:	1OK	Ll:	Zenerdioden
R 3'.	2K
FA:	220
R9:	100
RIO:	15K
RU:	12K
*RU:*	100 K
Ä13:	2,2 K
napazitate Cl:	η ^Miicr 15
C 2:	0,1
C3:	15
C4:	15
CS:	15

*RS:*	332
*R6:*	2K
*R7:*	150
*RS:*	I0K
*RU:*	1,8 K
*RiS:*	100 K
*R 16:*	56
Ä17:	56
*RlS:*	18K
*C 6:*	0,002
*Cl:*	15
*CS:*	0,100
*C9:*	0,047

CRl: 10 V,

Vi Watt

Die Schaltung der F i g. 8 arbeitet in folgender Weise. Die die Transistoren Ql bis QS und damit verbundene Schaltelemente enthaltende Breitbandverstärkerstufe verstärkt das Ausgangssignal, das von dem Photovervielfacher aufgenommen wird. Die Serien -Widerstand - Kapazitäts - Schaltungsanordnungen C 8, R16 und C 9, Λ17 sind Phasenverzögerungsschaltungen, die die Bandbreite dieser Stufe auf etwa 20 Megahertz begrenzen, um Verstärkungen von Hochfrequenzstörungen zu vermeiden. Diese Bandbreite ist jedoch ausreichend, um die Frequenzen zu handhaben, die in Impulsen von einem Photovervielfacher auftreten. Der Transistor Q 6 der Schwellvorverstärkerstufe arbeitet im wesentlichen in Basisschaltung. Die Zenerdiode CRl liefert einen 10 Volt betragenden Spannungsabfall von einer Versorgung von -20VoIt und fixiert die Vorspannung an der Basis des Transistors Q6. Mit einem kleinen Signal an dem Kollektor des Transistors QS beginnt Strom durch die niedrige Gleichstromimpedanz der Induktivität LI und des Widerstandes Λ 9 zu fließen, und eine ansteigende Vorwärtsvorspannung bildet sich in der Basis-Emitter-Verbindung des Transistors 06 aas. Das Eingangssignal muß jedoch über einen gewissen Schwellwert steigen, der durch das Einstellen des Widerstandes /79 ausgewählt werden kann, bevor starker Kollektorstrom in den Transistor Q 6 gezogen wird. Daher verbleibt für kleine Eingangssignale unter dem ausgewählten Schwellwert der Transistor Q 6 entweder in einem ausgeschalteten Zustand oder in einem nur schwach leitenden Zustand bis zu einem Vorspannungspunkt in dem niedrigen nichtlinearen Teil seiner Kennlinie. Eingangssignale oberhalb des ausgewählten Schwellwertes erzeugen eine schließliche Basis-Emitter-Vorwärtsvorspannung einer solchen Größe, daß der Transistor Q 6 voll eingeschaltet wird und in dem linearen Teil seiner Kennlinie arbeitet.

Die Integrationsschaltungsstufe enthält die Kapazität C6 und den Widerstand Ä12 und arbeitet in der gewöhnlichen Weise, um einen Spannungsimpuls von einer Höhe zu erzeugen, die abhängt von der gesamten Aufladung, die von dem Kondensator ge*

liefert wurde. Die Ausgangsverstärkerstufe enthält im wesentlichen den Transistor Q 7, der in einer Emitter* folgerschaltung mit dem Transistor β 8 verbunden ist, und liefert zusätzlichen Gewinn, um eine ver·* besserte Linearität für das endgültige Ausgangs^

ίο signal zu erreichen.

Die Kapazitäten C? und C4 liefern zusätzliche Leistungsversorgungs-Störfilterung. Der Kondensator C 7 liefert eine Wechselstromkopplung zu dem Ausgangssignal in die Widerstandsmatrix.

Bis jetzt wurde festgestellt, daß zumindest für die abbildenden Gammastrahlen im Technetium-99 m-Energiebereich (ungefähr 140 keV) eine Schwelle von ungefähr 5° ο der maximal erwartbaren Ausgangssignale von einem Photovervielfältiger verwen-

ao det werden soll, um die besten Resultate zu erzielen. Die Schwelle kann eingestellt werden, indem zuerst ein Gleichspannungsvoltmeter an den Kollektor des Transistors Q 6 angeschlossen wird und der Widerstand R 9 angepaßt wird, bis der Transistor Q 6 im

as linearen Teil seiner Kennlinie arbeitet. Dann wird ein Eingangssignalimpuls, der einen 100-Millivolt-Ausgangsimpuls liefert, in den Vorverstärkerschaltkreis eingekoppelt. R 9 wird dann so eingestellt, bis der Ausgang auf 5 Millivolt abfällt.

Es sollte erneut betont werden, daß eine verbesserte Auflösung ohne Veränderungen der Widerstandsmatrix oder anderer Teile des Systems erreicht wird. Gegenwärtig erscheint die Verbesserung der inhärenten räumlichen Auflösung einer Anger-Kamera,

die augenblicklich auf dem Markt ist und auf die die Erfindung angewandt ist, bei ungefähr 15° ο liegt. Eine zusätzliche Verbesserung von ungefähr 10"« wurde erreicht, indem die Integrationszeitkonstante in dem Vorverstärkerschaltkreis auf ungefähr 25 Mi-

k:osekunden vergrößert wurde und indem die Verzögerungsgröße einer Verzögerungsleitung 232 in jedem Summierverstärker 230. wie ihn z.B. Fig. IC zeigt, von 200 auf 400 Nanosekunden erhöht wurde, um eine Verzögerungsleitung zu erhalten, die die

Zeit auf ingesamt 800 Nanosekunden abschneidet.

Dies führt zur Verwendung von mehr Licht für jede?

Szintillationsereignis. Die gleiche Veränderung kanri

auch in dem c-lmpulsformer gemacht werden.

Es ist offensichtlich, daß bei jedem Szintillations-

So ereignis der Schwelrwertvorverstärker, der mit einen Pbotovervielfacher verbunden ist, der voa der Stelle des Ereignisses weiter entfernt liegt, Ausgänge vor derartigen Photovervielfachern daran hindert, di( Widerstandsmatrix zu erreichen und zu den χ + - x- -, y+ - und y- -Signalen und dem z-Signal bei zutragen. Dies führt zu einem gewissen Verlust ar Ausgangssignalgröße, die, wenn nötig, durch Er höhen der Hochspannung an den Photomultiplier röhren oder durch andere gleichmäßige Gewhinver

änderungen kompensiert werden kann. Es ist jedocl wichtig, daß die Ausschaltung von Signalinforma· tionen bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Szhitfl lations-Kamera ein sehr positives Ergebnis bringt, io wesentlichen ohne zu Nachteilen in anderer Hinsich zu führen. Dies liegt an der Tatsache, daß Signalin formationen mit einer ν rhältnismäßig hohen Wahr scheinlichkeit von merklichen Fehlern und einen verhältnismäßig starken Effekt auf die endgültige Si

gnalinformation im wesentlichen ausgeschaltet werden, um so die genaueren Signalinformationen zu verstärken.

So tragen z.B. mit einer 5»/eigen Schwelle in der Vorverstärkung Photovervielfacher, derer! zentrale Achsen mehr als zweiPhotoverviclfacherdurchmesser von der Stelle eines Szintillationsereignisses entfernt liegen, nicht zu dem endgültigen Positionssignale bei. Jedoch ist die Größe der Schwelle anscheinend nicht extrem kritisch; und für jede Ausführung oder Wirkungscharakteristik irgendeiner Anger-Kamera kann ein einfacher empirischer Weg der Messung der Auflösung bei verschiedenen Schwellenwerten verwendet werden, um einen im wesentlichen optimalen Schwellenwert festzustellen. Die Erfindung dürfte auch bei fast jeder Kristallgröße und jeder Anzahl von Photovervielfachern in einem Anger-Detektor Vorteile btingert, obwohl die Verbesserung bei einer größeren

Kamera mit einem Kristall von mindestens 25,4 cm im Durchmesser und bei Anwendung von mindestens 19 Photovervielfachern am deutlichsten ist.
Es können auch andere nichtlineare Vorverstärker

S als ein Schwellenvorverstärker nützlich an dem Ausgang jedes Photovervielfachers angewendet werden, um oie eingegebene Auflösung zu verbessern. Die Kennlinie eines solchen nichtlinearen VoI/virstärkers muß dabei derartig sein, daß große EingaAgssignale

ίο eine größere Verstärkung erfahren als kleinere Eingangssignale. Diese Kennlinie wird durch Vorrichtungen geliefert, die eine derart nichtlineare Kennlinicnform haben, daß kleine Eingänge bis zu einem vorgewählten Eingangspegel keinen Ausgang liefern,

is und Eingänge über diesem Pegel einen Ausgang liefern, der bei einem etwas höheren Pegel beginnt, anstatt im wesentlichen linear von dem Schwellenweri anzusteigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Γ Patentansprüche:

1. SzintUlatiotis-Kamera mit einem SzintiUa- S tions-Kristali in Gestalt einer flachen Scheibe, an ijjen eine Vielzahl von Pbotovervielfachern optisch ko angekoppelt sind, daß sie Licht von sich überlappenden Flächen des Kristalls erfassen, wobei die größte Abmessung des Kristalls mindestens dem Zweifachen des Durchmessers eines Photovervielfachers entspricht und mindestens drei Photovervielfacher längs dieser größten Abmessung des Kristalls angeordnet sind, mit einer der Anzahl der Photovervielfacher gleichen Zahl von is Vorverstärkern, von denen jeweils einer mit dem Ausgang des zugehörigen Photovervielfachers verbunden ist, und mit einer mit den Ausgängen der Vorven>.ärker verbundenen Ortungsschaltung, die den Koordinaten einer im Szintillations-Kristall von einem Strahlungsquant erzeugten Szintillation entsprechende Koordinatensignale aus den Vorverstärker-Ausgangsimpulsen ableitet, wobei die mit den Photovervielfachern verbundene Schaltung nichtlineare Verstärker für die Koordinatensignale aufweist, deren Verstärkungsgrad von der Größe der Photovervielfacher-Ausgangsimpulse abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Von -rstärker (20; P 4 1 bis PA 19; 220; Fig. 8) derart mit nichtlinearer Verstärkung ausgebildet sind, daß größere Eingai.gsimpulse in ihnen mehr verstärkt werden als klein re Eingangsimpulse.

2. Szintillationskamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Vorverstärker derart als Schwellwertverstärker (220; Fig. 8) ausgebildet sind, daß Eingangsimpulse unterhalb einer bestimmten Schwellwertgröße im wesentlichen kein Ausgangssignal, Eingangsimpulse oberhalb dieser Schwellwertgröße dagegen ein Ausgangssignal erzeugen, das im wcsentliehen proportional zur Größendifferenz zwischen Eingangssignal und Schwellwertgröße ist (Fig. 9).

3. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwert-Ver-Itärker (220) jeweils eine Breitbandverstärkerstufe (221), eine Schwellwertverstärkerstufe (222) mit einer vorbestimmten Schwellwertgröße, eine Intelrationsstufe (223) sowie eine Ausgangsverstärker-Itufe (224) aufweisen.

4. Szintillationskamera nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertgröße der Schwellwerlvcrstärker (220; Fig. 8) so ausgewählt ist. daß bei einer Anordnung mit mindestens 19 Photovervielfachern (/'I bis Γ19) in liexaponalcr Anordnung und mit einem S/intillaticns-Kristall (101) von mindestens 25,4 cm Durchmesser diejenigen Photovervielfacher, deren Zentralachsen um mindestens zwei Photovervielfacherröhrendurchmesser von der Szintillation entfernt liegen, im wesentlichen nicht zur Signalbildung beitragen.

5. Szintillationskamera nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertverstärker (220; Fig. 8) eine Schwellwertgröße aufweist, die ungefähr 5 % der für eine in dem Szintillationskristall (101) in unmittelbarer Nähe eines der Photovervielfacher (210) auftretenden Szintillation von dem betreffenden Photovervielfacher maximal erwarteten Ausgangssignalgröße entspricht.