DE2204018A1

DE2204018A1 - Verbessertes Strahlenmeßgerät

Info

Publication number: DE2204018A1
Application number: DE19722204018
Authority: DE
Inventors: David John Franklin Park; Kreuser Marvin Joseph Schaumburg; IH. Spleha (V.St.A.)
Original assignee: Nuclear Chicago Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-02-01
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-17
Also published as: FR2124322A1; IT949701B; GB1377783A; CA952630A; JPS5529397B1; AU461237B2; ZA72594B; AU3845672A; CH560394A5; FR2124322B1; NL7201244A; US3723735A

Description

6 F. : . 70 Sehne:.... ■ ...j.. ■..-.;.-j-i ,079.

24. Januar 1972 Gzs/pn

NUCLEAR-CHICAGO CORPORATION, 2000 Nuclear Drive, Des Plalnes,

Illinois 60018, U.S.A.

Verbessertes Strahlenraeßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Lichtführung zur Verwendung bei einem Strahlenmeßgerät. Mehr im einzelnen sind die Flächen der Oberflächen der Lichtführung , die nicht im Kontakt stehen mit den Fotomultiplierröhren oder der Szintillationskristallanordnung, mit einer stark lichtabsorbierenden Beschichtung bedeckt, wie z.B. schwarze Farbe. Diese Verbesserung reduziert stark das Auftreten von "heißen Punkten", was Aufzeichnungen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem von ungewöhnlich großen Lichtkonzentrationen sind, die in Wahrheit an gewissen Punkten der Strahlenquelle, die von dem Strahlenmeßgerät geprüft wird, nicht vorhanden sind.

Strahlenmeßvorrichtungen, die eine planare Szintillationskristallanordnung und eine Vielzahl von Fotomultiplierröhren in einer optischen Abtastanordnung mit Bezug auf die Kristallanordnung verwenden, werden gegenwärtig bei einer Anzahl von Anwendungen benutzt, wie z.B. bei Ausrüstungen für medizinische Diagnostik. Eine besondere Form einer derartigen Strahlenmeßvorrichtung ist in dem US-Patent 3 011 057 beschrieben, das eine Strahlenmeßvorrichtung zeigt, die verbreitete Verwendung gefunden hat, um eine Strahlenquelle in zweidimensionalen Koordinaten zu lokalisieren. Diese Vorrichtung ist als Szintillationskamera bekannt und wird in

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ausgedehntem Maße verwendet, um schnell ein Bild einer Radioaktivitätsverteilung in einem zu untersuchenden Objekt, wie z.B. ein Organ eines Patienten, der eine diagnostische Menge eines radioaktiven Isotops eingenommen hat, zu projizieren. Eine Szintillationskamera dieser Bauart erzeugt ein Bild der Radioaktivitätsverteilung, indem einzeln gemessene Gammastrahlen, die von der Verteilung der radioaktiven Isotope ausgesandt werden und durch einen Kollimator laufen, um eine Szintillation in einem dünnen planaren Szintillationskristall zu erzeugen. Die Szintillation wird von einer Anordnung von einzelnen Fotomultiplierröhren gemessen, deren Bildfeldgebiete sich auf dem Kristall überlappen. Geeignete elektronische Schaltungen setzen die Ausgänge der einzelnen Fotomultiplierröhren zu X- und Y-Koordinatensignalen und zu einem Z-Signal um, das allgemein die Energie des Szintillationsereignisses anzeigt, und ob diese Energie innerhalb eines ausgewählten Energiespektralbereichs liegt. Eine Sichtdarstellung der Radioaktivitätsverteilung in dem Objekt kann erhalten werden, indem die X-, Y- und Z-Signale einem Kathodenstrahloszillographen oder einer anderen Bilddarstellungsvorrichtung zugeführt werden, wobei die einzelnen Szintillationsereignisse als kleine Lichtpunktedargesteilt werden, die in Übereinstimmung mit den X- und Y-Koordinatensignalen angeordnet sind. Eine Aufzeichnung der Lichtpunkte kann entweder dadurch erhalten v/erden, daß der Schirm des Oszillographen mit einer bildspeichernden phosphoreszierenden Substanz beschichtet wird, oder indem ein fotographischer Film für eine Zeitdauer von dem Oszillographen belichtet wird.

Ein Problem, das bei der beschriebenen Gerätebauart, häufig auftaucht, ebenso wie bei anderen Arten von Strahlimgsmeßvorrichtungen, ist das Auftreten von "heißen Punkten" (hot spots) an gewissen Stellen des X- und Y-Koordinatensystems. Diese "heißen Punkte" sind die Registrierung von

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gewissen X- und Y-Koordinaten von ungewöhnlich großen Mengen von Radioaktivität, die in Wahrheit nicht vorhanden sind. Diese "heißen Punkte" neigen dazu, daß tatsächliche Radioaktivitätsiauster, das in dem untersuchten Objekt vorhanden · ist, zu verzerren. Die Anwesenheit^von "heißen Punkten" kann durch Untersuchung eines Objektes mit gleichförmiger Radioaktivitätsverteilung illustriert werden. Eine Filmbelichtung eines Oszillographenmusters, das von einem Strahlenraeßgerät projiziert wird, wird gewisse Punkte auf dem Oszillographenschirm zeigen, die eine höhere Radioaktivitätsmenge als benachbarte Stellen aufzunehmen scheinen. Dies ist natürlich ein falsches Bild, da das Objekt bekanntermaßen durchgehend gleichförmig radioaktiv ist.

Es wird hiermit offenbart, daß eine scheinbar damit nicht in Beziehung stehende Eigenschaft der Strahlenmeßvorrichtung tatsächlich doch mit dem genannten Problem der "heißen Punkte" zusammenhängt. In der Vergangenheit -wurde es häufig als wünschenswert angesehen, soviel Licht wie möglich von den im Szintillationskristall auftretenden Szintillationen auf die lichtempfindlichen Flächen der Anordnung von Fotomultiplierröhren in einem Strahlenmeßgerät zu kanalisieren. Dies wurde dadurch erreicht, daß Liclitfühnn^n verwendet wurden, die Auszackungen in ihrer Oberfläche im Kontakt mit der lichtempfindlichen Gesichtsfläche der Fotomultiplierröhren aufwiesen, d.h., daß die Auszackungen jede der lichtempfindlichen Gesichtsflächen um ihre Peripherie umgeben und dem doppelten Zweck dienen, das indirekte Licht in die zugehörige Fotomultiplierröhre zu reflektieren und dieses indirekte Licht daran zu hindern, weiter entfernte Fotomultiplierröhren zu erreichen. Diese Konstruktion hat die Auflösung des am Ende projizierten Bildes verbessert. Zusätzlich wurden al ler: Ober flächen des LichtSAhrung , mit Ausnahme der Flächen,

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die im engen Kontakt mit der Szintillationskristallanordnung oder der lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren standen, häufig mit weißer Farbe beschichtet, so daß soviel Licht wie möglich in die Fotomultiplierröhren reflektiert wird. Das Maximieren von Licht, das von dem Szintillationskristall den Fotomultiplierröhren zugeführt wird, ist vorteilhaft, da es die Zeit verkürzt, die notwendig ist, ein sinnvolles Bild zu erhalten und digitale Aufzeichnungen der Stellen mit hoher Radioaktivität in einem X- und Y-Koordinatensystem, das über ein . zu untersuchenden Objekt gelegt ist, zu erhalten. Dieses vermindert die Zeit, die für die Untersuchung des Objektes durch den Arzt oder Techniker benötigt wird. Es vermindert auch die von dem Patienten einzunehmende Dosis des Radioisotops, ohne daß die genaue Untersuchung mit dem Strahlenmeßgerät beeinträchtigt wäre· Die Möglichkeit von schädlichen Nebeneffekten aufgrund des Radioisotops wird dadurch entsprechend vermindert.

Wegen der Vorteile der Zuführung von möglichst viel Licht zu den Fotomultiplierröhren wurde dieses Verfahren nie ernsthaft in Frage gestellt, obwohl bemerkt wurde, daß die Beschichtung der Oberflächen der Lichtführung , die nicht in unmittelbarem Kontakt mit der Szintillationskristallanordnung oder den Fotomultiplierröhren stands , mit einer stärker lichtabsorbierenden Substanz zu einenVerminderung der von den Fotomultipliern aufgenommenen Lichtmenge führen würde.

Als integraler Bestandteil der Erfindung wird hiermit offenbart, daß die ungeprüfte Kanalisierung von Licht durch eine*. Lichtführung bei einer Strahlenmeßvorrichtung zum großen Teil für das Auftreten von "heißen Punkten", die die Genauigkeit des Gerätes und seine Nützlichkeit vermindern, verantwortlich ist. Insbesondere führen kleine Abweichungen einer Lichtpunkt-

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quelle, die direkt vor einer Fotomultiplierröhre im Bereich der Zentralachse der Röhre liegt, zu keinen Veränderungen in der Stellung, sondern tragen nur zur Erzeugung eines "heißen Punktes" im Ausgang des Strahlenmeßgerätes bei.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Existenz dieses Problemes von "heißen Punkten" zu erkennen und eine Lösung dafür zu schaffen. Entsprechend ist es ein weiteres Ziel, die» Lichtführung >gin einem Strahlenmeßgerax zu konstruieren, daß die unkontrollierte Kanalisierung des Lichtes in die Fotomultiplierröhren nicht auftritt und dass dabei erzeugte "heiße Punkte" zu einem großen Ausmaß vermindert werden. Diese Erfindung vergrößert auch die Genauigkeit der verwendeten Strahlenmeßausrüstung. Dies wird dadurch erreicht, indem eine unbegrenzte Lichtkanalisierung verhindert wird, die bei Geräten des Standes der Technik vorhanden ist, und die zu ungerechtfertigter Gewichtung von entfernten Szintillationen bei der Bestimmung der Positionsmatrix eines radioaktiven Ereignisses gibt. Weiterhin wird die Auflösung verbessert, da die allgemeine Lichtdiffusion £E Lichtführung stark vermindert wird.

Es ist ein weiteres Ziel, die Genauigkeit und die Nützlichkeit der Strahlenmeßanordnungen zu vergrößern, indem das effektive Gesichtsfeld der Strahlenmeßvorrichtung vergrößert wird. Bei Strahlenmeßeinrichtungen nach dem Stand der Technik wird ein wesentlicher Teil des am Rande liegenden Blickfeldes von Lichtstrahlen getroffen und infolgedessen ist dieser Teil nicht in der Lage, eine wirksame radioaktive Messung durchzuführen. Bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist jedoch das Ausmaß dieser Randobliteration stark vermindert, so daß eine gegebene Strahlungsmeßvorrichtung wirksam eine größere Fläche untersuchen und mit größerer Genauigkeit quantitative Daten der gemessenen. Radioaktivität aufzeichnen kann.

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Ein noch anderes Ziel der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Vorteile zu erreichen, ohne daß gleichzeitig Nachteile auftreten, wie z.B. eine negative Beeinflussung der Auflösung des Strahlenmeßgerätes, oder eine Verlängerung, der Beobachtungszeit, oder die Notwendigkeit von gefährlich hohen Dosen von radioaktiven Isotopen, die von dem Patienten eingenommen werden müssen.

Das breite Konzept dieser Erfindung ist eins Lichtführung zur Verbesserung der Genauigkeit der Lokalisierung und der Anzeige der Intensität einer Strahlenquelle unter Verwendung von zweidimensionalen Koordinaten bei einem Strahlenmeßgerät, das aus einer ersten Oberfläche mit einem hochtransparenten Gebiet zum engen Kontakt mit einer Gesichtsfläche einer Szintillationskristallanordnung besitzt, weiterhin eine .zweite Oberfläche mit hochtransparenten Gebieten für engen Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen von Fotomultiplierröhren, eine Grenzoberfläche, die die ersten und zweiten Oberflächen verbindet, und eine hoch lichtabsorbierenden Beschichtung auf dem LichHUhruag , die die genannten hochtransparenten Gebiete umgibt.

Ein anderer Aspekt dieser Erfindung kann in einem Strahlenmeßgerät gesehen werden, das eine planare Szintillationskristallanordnung mit gegenüberliegenden Gesichtsflächen verwendet; außerdem eine Vielzahl von Fotoraultiplierröhren mit lichtempfindlichen Gesichtsflächen, die in einer zur Szintillationskristallanordnung parallelen Ebene in einem Abstand davon liegen; und außerdem einer Lichführung", die zwischen der Szintillationskristallanordnung und den Fotomultiplierröhren angeordnet ist, und die eine Oberstromoberfläche mit einem Gebiet besitzt, das in engem Kontakt mit einer der Gesichtsflächen der Szintillationskristallanordnung besitzt, einer Abr.tromober fläche mit Gebieten,

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die im engen Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren stehen, und einer Grenzoberfläche, die die Oberstrom- und die Unterstromoberflächen miteinander verbindet und den Abstand zwischen der Szintillationskristallanordnung und den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren überbrückt; außerdem Verstärker und Rechnerschaltkreisvorrichtungen, die mit den Fotomultiplierröhren verbunden sind, um die zweidimensionalen Koordinaten der in der Szintillationskristall* anordnung erzeugten Szintillation zu berechnen, entsprechend den von dieser Szintillation erzeugten und von den Fotomultiplierröhren gemessenen Strahlungsquanten; und außerdem Aufzeichnungseinrichtungen für die Lokalisierung, die mit den Verstärker- und Berechnerschaltkreisvorrichtungen verbunden sind, um die Koordinaten der Szintillation aufzuzeichnen, wobei die Verbesserung darin besteht, daß die Gebiete der Oberflächen des Lichtleiters, die in innigem Kontakt mit der Szintillationskristallanordnung und den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren stehen, hochtransparent sind, und daß die Oberflächen de Lichtführung ^ an anderen Stellen mit einer hoch lichtabsorbierenden Beschichtung bedeckt sind.

Bei einer besonderen Ausführungsform ist die Strahlenmeßeinrichtung ein Strahlungsbilddarstellungsgerät und die Einrichtung zur Aufzeichnung der Lokalisierung eine Bilddarstellungseinrichtung zur visuellen Anzeige der Koordinaten einer Szintillation.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus derbbeiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

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Es zeigt:

Fig, 1 in einer Diagramradarstellung die geometrische Beziehung zwischen den Fotomultiplierröhren und dem Szintillationskristall gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils des Strahlenmeßgerätes, das in Übereinstimmung mit Fig. 1 konstruiert wurde;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockdiagramm der elektrischen Schaltung einer Ausführungsform des gezeigten Strahlenmeßgerätes;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht einer Zeitaufnahme des Schirmes einer Bilddarstellungseinrichtung;

Fig. 6 eine Aufzeichnung der Lichtintensität entlang der Linie K-K des Schirmes der Fig. 5 bei einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 7 eine Aufzeichnung der Lichtintensität entlang der Linie K-K des Schirmes der Fig. 5 bei einem Gerät, das gemäß der Erfindung verbessert wurde.

In Fig. 1 und 2 ist ein Teil des Strahlenmeßgerätes gezeigt, das zur Lokalisierung einer Strahlenquelle in zweidimensionalen Koordinaten und zur Anzeige der von der Strahlenquelle erzeugten Strahlungsintensität dient. Ein Strahlenaufnahmekopf besteht aus einem im wesentlichen röhrenförmigen Teil mit einem Metallbügel 16, injdem eine Strahlenabschirmung angeordnet ist, die aus Blei oder anderem strahlenabsorbierendem Material l osteht. Eine ähnliche Strahlenabschirmung 92 ist

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innerhalb einer angeflanschten Gehäusescheibe 93 angeordnet, die zusammen mit der Bleiabdeckung 13, die oberhalb des röhrenförmigen Teils 10 angeordnet ist, zur Aufnahme des Strahlenaufnahmekopfes dient. Die untere Kante des Bügels endet in einem nach innen sich erstreckenden Flansch 41, der einen ringförmigen Stahlrahmen 20 und eine Szintillationskristallanordnung 42 trägt. Das wirksame Element der Szintillationskristallanordnung 42 ist der Szintillationskristall 37, der zwischen den anderen Teilen der Szintillationskristallanordnung eingeschlossen ist, die weiterhin aus einer dünnen Aluminiumabschirmung 36 und einer durchsichtigen Glasabdeckscheibe 39 besteht. Der Szintillationskristall ist ein mit Thalium aktivierter Natriumjodidkristall. Da der Kristall 37 hygroskopisch ist, muß er vollständig von der Aluminiuraabschirmung 36, der Glasscheibe 39 und dem Stahlrahmen 20 eingekapselt sein, um eine mögliche Beschädigung durch Wasser oder Wasserdampf zu vermeiden. Die Aluminiumabschirmung 36 ist an dem Rahmen 20 mittels

die/
Maschinenschrauben 19 befestigt, in eine Einsatzmischung (potting compound) eingebettet sind. Der Lichtleiter oder die Lichtführung 45 wird in engem Kontakt zur Glasabdeckscheibe 39 der Szintillationskristallanordnung 42 mittels federbelasteten Schrauben 22 gehalten, die sich durch die Lichtführung und in den Stahlrahmen 20 erstrecken.

Innerhalb des Strahlenmeßkopfes ist eine Vielzahl von Fotomultiplierröhren angeordnet, deren lichtempfindliche Gesichtsflächen in engem Kontakt mit der Lichtführung 45 steht. Neunzehn Fotomultiplierröhren werden in einer vorzugsweisen Anordnung verwendet, und diese werden oberhalb des Szintillationskristalls 37 in der in Fig. 1 gezeigten Art angeordnet. Es ist zu erkennen, daß die lichtempfindlichen Gesichtsflächen 26 der Fotomultiplierröhren in einer Ebene liegen, die parallel zur Czintillationskristallanordnung 42 liegt, un-u

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die einen Abstand davon haben, wobei die Lichtführung 45 dazwischen angeordnet ist. Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Fotomultiplierröhre PlO oberhalb des genauen Zentrums des Szintillationskristalls 37 liegt, und das Zentrum der lichtempfindlichen Gesichtsfläche der Fotomultiplierröhre PlO ist das Zentrum des zweidimensionalen Koordinatensystems, das von einer X-Achse und einer Y-Achse in Quadranten geteilt wird, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Es sollte bemerkt werden, daß d$e Ansicht der Fig. 2 einem Schnitt entspricht, der entlang der X-Achse der Fig. 1 entnommen wurde. Die Fotomultiplierröhren werden seitlich an ihren oberen Enden von einer Rückhalteplatte 24 gehalten, die mittels Schrauben 23 am Trägerring 97 befestigt ist. Der Trägerring 97 ist an den oberen Enden von aufrechten Säulen 46 mittels Schrauben befestigt. Die unteren Enden der Säulen 46 sind an dem ringförmigen Rahmen 20 mittels Flachkopfschrauben (nicht sichtbar) befestigt. Abstandssäulen 90 erstrecken sich von dem i'rägerring 97 in Abstandsintervallen nach oben, die von den Säulen 46 abgesetzt sind. Die Abstandssäulen 90 sind mit ihren unteren Enden am Trägerring 97 befestigt und mit ihren oberen Enden an einem Zwischenring 91. Abdeckstützrahmen 94 erstrecken sich von dem Zwischenring 91 nach oben und sind in Abstandsintervallen befestigt, die von den Säulen 90 abgesetzt sind. Die Stützen 94 tragen das Gesicht der Abdeckung 13.

Die Fotomultiplierröhren Pl bis P19 werden normalerweise durch Schraubenfedern, die um die Fotomultiplierröhren angeordnet sind, in einen engen Kontakt mit der Lichtführung 45 gebracht, wobei die Schraubenfedern mittels der unteren Enden der Fotomultiplierröhren Pl bis P19 und der Zurückhalteplatte 24 unter Druck gehalten werden. Diese Federn wurden weggelassen, um die Deutlichkeit der Zeichnung zu verbessern,

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indem unnötige Einzelheiten vermieden werden. Die oberen Enden der Fotomultiplierröhren werden jeweils in eine elektrische Fassung 52 eingesetzt, von der sich Kabel 54 erstrecken, die elektrische Leitungen enthalten. Die Kabel . 54 werden zu einem Kabel 47 vereinigt, das den Strahlenmeßkopf verlässt und den Strahlenmeßkopf mit den übrigen Teilen des Strahlendarstellungsgerätes verbindet.

Innerhalb jedes Sockels 52 ist ein Vorverstärker angeordnet, wie allgemein bei 61 im Blockdiagramm der Fig. 4 angedeutet. Die Vorverstärker bei 61 bilden zusammen mit der Summier- und Abschwächerschaltung bei 62, dem Z-Pulsiormer und dem Pulshöhenuanalysator bei 80, den Leistungsverstärkern und den

•getasteten Impulsstreckern bei 48, und mit den Differential-Verstärkern und Verhältnisschaltkreisen bei 67, die Verstärker- und Berechner-Schaltkreisvorrichtung dieser Erfindung in der dargestellten Ausführungsform. Die Fotomultiplierröhren Pl bis P19 wirken zusammen, um eine Szintillation im Szintillationskristall 37 zu messen. Die Signale von jede.r einzelnen der Fotomultiplierröhren werden getrennt auf Leitungen Sl, S2, S3 usw. zu den Vorverstärkern bei 61 geführt. Die verstärkten Ausgänge der einzelnen Fotomultiplier~ röhren werden auf Leitungen Sl', S2^f,S3^f usw. zu einer Widerstandsmatrix und Summierverstärker- und Abschwächerschaltkreisen geführt, die allgemein bei 62 bezeichnet sind. Die Werte der Widerstände der Widerstandsmatrix, die mit jeder Fotomultiplierröhre verbunden ist, hängen von der Stellung der Röhre im X, Y-Koordiantensystem ab. Die Summierverstärkerschaltung erzeugt vier Koordinaten-Ausgangssignale: +x, -x, +y und -y«, Diese Signale werden gleichartig abgedämpft und erscheinen auf den Leitungen 65, 63, 71 bzw. 72, Diese vier Ausgangssignale werden Leitungsverstärkern und getasteten Impulsstreckern zugeführt, die allgemein bei 48 angedeutet sind, und einem Z-Impulsformer und Pulshöhenanalysator,

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der allgemein bei 80 bezeichnet ist. Der Z-Impulsformer kombiniert die vier Ausgangssignale zu einem Z-Signal, das die Energie eines Szintillationsereignisses darstellt und liefert einen Eingang auf der Leitung 70 an Differenzverstärker und Verhältnisschaltkreise, die allgemein bei 67 bezeichnet sind. Der Pulshöhen analysator tastet die getasteten Impulsstrecker über die Leitung 98 - ., wenn die Energie eines Szintillationsereignisses innerhalb eines ausgewählten Energiespektralbereiches fällt, so daß die gestreckten +x, -x, +y und ~y-Signale auf den Leitungen 81, 82, 83 bzw. 84 den Differenzverstärkern und Verhältnisschaltkreisen geliefert werden, die bei 67 bezeichnet sind. Die Differenzverstärker subtrahieren die +x und -x-Signale und die +y und -y-Signale. Die Ergebnisse werden mit dem Z-Impuls auf der Leitung 70 als Nenner ins Verhältnis gesetzt, um χ und y-Koordinatensignale auf den Leitungen 51 bzw. 52 zu erzeugen. Der Impulshöhenanalysator erzeugt auch ein Einschaltsignal auf der Leitung 69 als ein Eingang zur Bilddarstellungseinrichtung, wenn der Analysator festgestellt hat, daß ein Szintillationsereignis innerhalb eines ausgewählten Energiespektralbereichs fällt. Die illustrierte Sichtdarstellungseinrichtung besitzt die Form eines Oszillographen 86 mit einem Schirm 30. Nach Aufnahme des Einschaltsignals auf der Leitung 69 erscheint ein Lichtpunkt auf dem Oszillographenschirm 30 in Übereinstimmung mit den Eingangspositionskoordinaten χ und y, die auf den Leitungen 51 bzw. 52 Übermittelt wurden.

Es sollte bedacht werden, daß bei einer anderen gewünschten Analyse der Fotomultiplierröhrensignale als der der visuellen Darstellung eine Art der Lokalisierungsaufzeichnungseinrichtung verwendet werden kann, die nicht in dem Oszillographen 86 besteht, um die Koordinaten der Szintillation aufzuzeichnen. In diesem Falle würden die Verstärker-und Berechnerschaltkreiseinrichtungen mit einer anderen Art von Lokalisierungsau. f~

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Zeichnungseinrichtungen verbunden werden, wie z.B. mit einem Digitalcomputer. In diesem Fall würden die Signale von den Fotomultiplierröhren auf den Leitungen Sl bis S19 beim oder vor dem Erreichen der Leitungen 51, 52 und 53 oder diesen entsprechenden Leitungen digitalisiert werden.

Der Vorteil, der

hier offenbarten Erfindung liegt in der Konstruktion der Lichtführung 45, die am besten in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Lichtführung 45 hat eine erste Fläche 27 mit einem hochtransparenten Gebiet, das in innigem Kontakt mit einer der Gesichtsflächen 28 der Szintillationskristallanordnung 42 !.steht ... In der dargestellten Ausführungsform kann die Oberfläche 27 der Lichtführung 45 als die Oberstromoberfläche betrachtet werden, da die Energie eines Lichtblitzes im Szintillationskristall 37 zuerst die Lichtführung 45 durch die Oberfläche 27 betritt. Eine Schicht 53 einer herkömmlichen optischen Kopplungsmischung verbindet innig die Oberfläche 27 und die Gesichtsfläche 28 zu innigem Kontakt. Diese optische Kopplungsmischung ist herkömmlicher Art und dient dazu, einen großen Brechungsindex an der optischen Grenzfläche zu verhindern. Die Licht· führung 45 besteht auch aus einer zweiten, oder Abstromoberfläche 14 mit hochtransparenten Gebieten in innigem Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren. Wiederum verbinden Schichten 53 der gleichen optischen Koppelmischung die transparenten Gebiete der Oberfläche 14 in innigem Kontakt mit der lichtempfindlichen Gesichtsfläche 26. Die Lichtführung 45 besteht weiterbin aus einer Grenzoberfläche 11, die die Unterstromoberflach© 14 und die Oberstromoberfläche 27 miteinander verbindet und die die Entfernung zwischen der Gesichtsfläche 23 der

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Szintillationskristallanordnung 42 und der lichtempfindlichen Gesichtsfläche 26 der Fotomultiplierröhren überbrückt. Mit Ausnahme der hochtransparenten Gebiete der Oberflächen 14 und 27 in innigem Kontakt mit der Szintillationskristallanordnung und den Fotomultiplierröhren sind die Oberflächen der Lichtführung 45 ansonsten mit einer hoch lichtabsorbierenden Beschichtung 17 bedeckt. Diese Beschichtung 17 bedeckt die gesamte Grenzoberfläche 11 und die Randteile der Oberstromoberfläche 27, die im Kontakt mit dem ringförmigen Stahlrahmen 20 steht. Die Schicht 17 bedeckt auch den Randteil der Unterstromgesichtsflache 14, wie auch die Wände der Einschnitte 15, die sich in die Unterstromfläche 14 um die Peripherie jeder Fotomultiplierröhre erstreckt. Diese Einschnitte umringen jede der lichtempfindlichen Flächen 26 um deren Peripherie und besitzen durchgehend einen gleichförmigen V-förmigen Querschnitt. Diese V-förmigen Einschnitte werden bei vorzugsweisen Ausführungsformen von herkömmlichen Strahlungsdarstellungseinrichtungen verwendet, um die Lichtblitze von Szintillationen in dem Szintillationskristall 37 in die Fotomultiplierröhre zu leiten, die der Szintillation am nächsten liegt, und um die Menge von Licht zu reduzieren, die weiter entfernt liegenden Fotomultiplierröhren übertragen wird. Diese Art der Verbesserung der Auflösung ist immer noch in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung nützlich, aber während die Lehren des genannten Standes der Technik sagen, daß die Wände der Einschnitte 15 hoch reflektiv sein sollten, um das Licht in die Fotomultiplierröhren zu kanalisieren, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der gegenteilige Effekt angestrebt und mit Hilfe der hoch lichtabsorbierenden Beschichtung. 17 erreicht.

Wie schon erörtert, führt die unterschiedslose Kanalisierung von Licht in die Fotomultiplierröhren zu der Bildung von "heißen Punkten" in dem zweldimensionalen Koordinatensystem.

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Die Fig. 5 illustriert di*# Bildung vcn diesen "heißen Punktes" 29 auf dem modifizierten Osssiilographekscnirm 30'. Der Schirm 30' hat einen Dur ebnes .«er D und. unterscheidet sich von dem Oszillographenschirm 30 der Fig_s 4 nur darin., daß er rait Phosphoren beschichtet ist, um das Bild eines Lichtpunktes, das auf dem Schirm erscheint,, tür einige Zeit aufrecht zu erhalten. Das Sichtbild der Fisc, 5 kann auch dadurch erreicht werden, daß ein fotograpfeischer Film von eisern Oszillögraphenschirm 30 belichtet wind. In jedem Fall wird ein Muster von "heißen Punkten" 29 auftreten, die auf dem Oszillographenschirai gebildet ^srdsi?-; ^cbald ein Objekt aiii gleichförmiger Radioaktivität las. S;*,eht£©Xd des Szintillationskristall angeordnet wird* Während ei'n Qhjekt mit gleichförmiger Radioaktivitätsverteilung eine gleichförmige Menge von Lichtpunkten über dem Ossillographs^schirm liefern sollte, ist zu erkennen, daß die ⁿh®i&&n Punkte" 29 in der Fig. 5 viel heller sind,infolge der übermäßigen Kanalisierung von Licht mittels der herkömmlichen Strahlenmeßinstrumente. Das Muster der geformten Punkte besteht aus einem zentralen "heißen Punkt" 29 und sechs susätjzlicheii "heißen Punkten", die mit ungefähr gleichen Abständen vor. den zentralen "heißen Punkt" angeordnet sind. Zusätzlich zu den "heißen Punkten" 29 gibt es einen ringförmigen Hing 29' einer hohen Lichtintensität entlang der Peri.r,fcerie des Oszillographenschirms. Das Licht hoher Intensität is diesem Gebiet entsteht aufgrund indirekten Lichtef» öas in die Fotoasnsltiplierröhren von den Randteil®!! de? Γ:IeLtführung 45 asi «ad angrenzend zur Grenzoberfläche 11 i'-fls\i.iert wird* Eine Darstellung der Lichtintensität üb?r uor Stellung entlang der Linie K-K der Fig. 5 bei Verwendtang eines herkömmlichen Strahlenmeßgerätes ist in Fig. € in- des· Kurve A dargestellte Es ist zu erkenne, daß die Lichtintensität, die idealerweiso als eine horizontale gerade LiEi& -ώ;ϊ"§ώ-stellt sein sollte, extreme Vari atf or ■■■··« zeigt, --.c/^:»r.-i "⁵Ii^Ii- Punkte" an das Stellen 29 c-v.;t-.ro■"■·.?'■!, und

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lichtüberflutete Gebiete 29' einen wirksamen Sichtbereich in der Form einer Scheibe zurücklassen, die einen Durchmesser d besitzt. Ein ähnlicher Schnitt der Fig. 5 bei Verwendung eines gemäß der Erfindung verbesserten Strahlenmeßgerätes ist in Fig. 7 dargestellt. Bei Vergleich der Kurve B der Fig. 7 mit der Kurve A der Fig. 6 ist zu erkennen, daß die Lichtintensität der "heißen Punkte¹¹ 29 deutlich reduziert ist-, wenn die verbesserte Lichtführung dieser Erfindung verwendet wird. Weiterhin fällt der ringförmige lichtüberflutete Ring 29' scharf von der Kante des Oszillographenschirms ab, wodurch eine effektive Lichtfläche in der Form einer Scheibe mit einem Durchmesser d- erhalten wird. Es ist zu erkennen, daß der Durchmesser (L deutlich größer ist als der Durchmesser d , wodurch die Tatsache verdeutlicht wird, daß die Erfindung die wirksame Sichtfläche für den Strahlenmeßapparat, bei dem die Erfindung verwendet wird, vergrößert. Dadurch kann ein größeres Organ oder ein anderes Subjekt in einer einzigen Anordnung des Strahlenaufnahmekopfes untersucht werden, wodurch sich eine Ersparung der Zeit und Bedienung bei der Betätigung des Strahlenmeßgerätes ergibt.

Die Kurven A und B der Fig. 6 bzw. 7 sollen keine Skala abgeben, sie dienen nur einer qualitativen Analyse.

Es wurde gefunden, daß eine sehr geeignete lichtabsorbierende Beschichtung 17, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, auf eine ansonsten!iherkömmliehe Lichtführung aufgebracht werden kann. Die Gebiete der Lichtführung 45, die in engem Kontakt mit entweder der lichtempfindlichen Gesichtsfläche der Fotomultiplierröhren oder der Szintillationskristallanordnung sich befinden, werden zuerst mit einer Schutamaske abgedeckt, um das Bilden einer Schicht auf diesen Flächen zu verhindern. Danach wird eine Vorfarbe, die hoch lichtab~

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sorbierend ist, und die so ausgewählt ist, daß sie die Reflexion reduziert und die absorbierte Lichtmenge möglichst hoch wird, auf die unbedeckten glatten Oberflächen der Lichtführung als eine durchscheinende Schicht aufgesprüht. Die Vorfarbe kann durch eineinhalbstündiges Backen bei einer Temperatur von 66⁰C (150⁰F.) getrocknet werden. Danach wird eine schwarze Farbe von niedriger Reflektivität, die hoch lichtabsorbierend ist, und so ausgewählt wurde, daß die Reflexion reduziert und die absorbierte Lichtmenge möglichst groß wird, in einer Schicht über die Vorfarbe aufgesprüht auf die unbedeckten Teile der Oberfläche der Lichtführung 45. Ein Beispiel für eine geeignete schwarze Farbe ist Nextel, Nr. 101-Clö, hergestellt von der Minnesota Mining and Manufacturing Company. Nach dem Trocknen bei Umgebungsluft bilden die innere Schicht der Vorfarbe und die äussere Schicht der schwarzen Farbe eine ausgezeichnete lichtabsorbierende Beschichtung zum Zwecke dieser Erfindung. Die maskierende Abdeckung wird von den hochstransparenten Gebieten entfernt und die Lichtführung kann in herkömmlicher Weise in einen Strahlenmeßapparat angeordnet werden.

Die obige Beschreibung und die Zeichnungen wurden nur zur Illustration gegeben und sollten nicht als Eingrenzung dienen, Zum Beispiel können andere Ausführungsformen der allgemeinen Bauart für Strahlenmeßgeräte verwendet werden, die gegenwärtig benutzt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Lichtführung zur Verbesserung der Genauigkeit der Lokalisierung und Intensitätsanzeige einer Strahlenquelle bei Verwendung zweidiraensionaler Koordinaten in einem Strahlenmeßgerät, gekennzeichnet durch eine erste Oberfläche mit einem hochtransparenten Gebiet für innigen Kontakt mit der Gesichtsfläche einer Szintillationskristallanordnungl,eine:. zweite: Oberfläche mit hochtransparenten Gebieten für innigen Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen von tfotomultiplierröhren, eine Randoberfläche, die die erste, und zweite. Oberfläche verbindet, und einer hoch lichtabsorbierende Beschichtung auf der Lichtführung, die die hochtransparenten Gebiete umgibt.

2. Lichtführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Beschichtung aus einer inneren Schicht einer. Vorfarbe, und einer äusser.en Schicht einer schwarzen Farbe besteht.

3. Lichtführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche Einschnitte besitzt, die jede der hochtransparenten Gebiete zum innigen Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultipilerröhren umgibt.

4. Lichtführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einschnitte einen durchgehend gleichförmigenV-firmigen Querschnitt besitzen.

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Lientführung na ■:■/·. Ansv^
daß die Lichtfüiiruag e-.i
struktur ist»

6_# Licht führung nach Anspruch i, daäui'üli gekennzeichnet, daß die Lichtführung eine transparente G-lasstruktur

7* Licht führung nach Ansp^ueiian 1 bis 6, zur Verwendung in einem Strahlenneßgaat zrar Lokals iarmig einer Strahl enquelle in zwei-uimenaioiialan Kooruiaaten und sur Anzeige der Intensität cjiner voü. übt Strahlenquelle erzeugten Strahlung, gekennzeichnet durch

a) eine planare Szinbilla+ion^kristallanordnung mit gegenüberliegend eil ü-esichtsflächeii,

"b) eine Yielzahl von ro+orailtiplis^ähren mit lichtempfindlichen Gesiolii.-jflächeii, die in einer zur Szintillationskristaliä'aorciirung parallelen und zu dieser in Abstand liegenden Fbene liegen,

o) eine Lichtführung, die zwischen der Szintillationskristallanordnung und den Potomuitiplierröhren angeordnet ist₉ gekennzeichnet durch eine Oherstrompherflache mit einem liochtraiisparenten Gehiet im iunigen Kontakt mit einer der G-esiohtsflachen der Szintillationskristallanorönung, eine Unterstrom~ oberfläühe mit hochtransparsnten G-e"bieten in innigem Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der 3?otomultiplierröhre?i.j sine- Gr^nzolserflache, die die Unterstrom- und die OberBtrond'lachen miteinander verbinden und den Abstand swi-sclxen'der Scintillationskristallanordnung und den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der lotoEiiltiplierröhren überbrückt, und eine hoch lichtabsorbirende Beschichtung auf der Lichtführung, die die jenaixnten Gebiete von innige«; Kontakt mit £?,!'- iJi.:]"i'::ril.o,tionskristallanordTtang -md den lif-.hterj.-r-vuo'¹^ -,hen Geeiohtsflachen der nO^orc^-.tiplierröhrsn. ^^ί,-J. ■;■;;,

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d) Verstärker und Rechnerschaltanordnungen verbunden mit jeder der Potomultipliorrähren isur Errechnung der zwei-dimensionalen Koordinaten der in der Szintillationskristallanordnung erzeugten Szintillation entsprechend der von der Szintillation erzeugten und von den Fotomultiplierröhreii gemessenen Strahlenquanten, und

e) Lokalisierungs-Registriereinrichtung, die mit der Verstärker- und Rechnerschaltkreisvorrichtung verbunden ist, um die Koordinaten einer Szintillation aufzuzeichnen.

8. Lichtführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisierungs-Registriereinrichtung eine Sichtdarstellungseinrichtung für die sichtbare Anzeige der zwei-flimensionalen Koordinaten der Szintillation ist.

9· Lichtführung nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Strahlenmeßgerät mit einer planaren Szintillationskristallanordnung mit gegenüberliegenden Gesichtsflächen; einer Vielzahl von Potomultiplierrähren mit lichtempfindlichen Gesichtsflächen, die in einer zur Szintillatiobskristallanordnung parallelen Ebene in einem Abstand dazu liegen; einer zwischen der Szintillationskristallanordnung und den Fotomutliplierröhren angeordneten Lichtführung, die aus einer Ober-stromfläche mit einem Gebiet in innigem Kontakt mit einer der Gesichtsflächen der Szintillationskristallanordnung besitzt, die außerdem eine Unterstromoberfläche mit Gebieten in innigem Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren besitzt,und die eine Randoberfläche besitzt, die die Unterstrom- und die Oberstromoberflächen miteinaiider verbindet und die die Entfernung zwischen der Szintillationakriütallanorc!···

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nung und den lichtempfindlichen Gesichtsfläehen der Fotomultiplierröhren überbrückt; mit Verstärker- und Rechnerschaltkreisvorrichtiingen, die an jede der Fotomultiplierröhren angeschlossen sind, um die zwei-dirnensionalen Koordinaten einer in der Szintillationskristallanordnung erzeugten Szintillation zu einrechnen, entsprechend der von der Szintillation erzeugten und von den 3?otomultiplierröhren gemessenen Strahlungsquanten; und mit Lokalisierungsregistriereinrichtung die mit der Vertsärker- und Reehnerschaltkreisvorrichtung verbunden ist, um die Koordinaten einer Scintillation aufzuzeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete der Oberflächen der Lichtführung in innigem Kontakt mit der Szintillationskristallanordnung und den lichtempfindlichen Gesichtsfläehen der Fotomultiplierröhren hoch transparent sind und daß die Oberflächen der Lichtführung ansonsten mit einer hoch lichtabsorbierenden Beschichtung versehen sind»

10, Lichtführung nach Anspruch 1 zur Vervieaäung in einem Strahlendarstellungsgerät, das eine planare Szintillationskristallanordnung mit zwei gegenüberliegenden Gesichtsfläehen verwendet, mit einer Vielzahl von Fotomultiplierröhren mit lichtempfindlichen Gesichtsfläehen, die in einer zur Szintillationskristallanordnung parallelen Ebene in einem Abstand davon liegen, mit einer Lichtführung, die zwischen der Szintillationskristallanordnung und den Fotomultiplierröhren angeordnet ist, wobei die Lichtführung eine Oberstromoberfläche mit einem Gebiet in innigem Kontakt mit einer der Gesichtsfläehen der Szintillationskristallanordnung besitzt, weiterhin eine Unterstromoberfläche mit Gebieten in innigem Kontakt mit den lichtempfindlichen Gesichtsfläehen der Fotomultiplierröhren, sowie eine Grenzoberfläche besitzt, die die Unterstrom- und die Oberstromoberflächen miteinander verbindet und den Abstand zwischen der Szintillationskristallanordnung und den lichtempfindlichen Gesicht«flächen der Fotomultiplierröhren überbrückt, mit Verstärker- und

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Rechnerschaltkreisvorrichtungen, die an jede, der Fotomultiplierröhren angeschlossen sind, um die zweidimensionalen Koordinaten eine in der Szintlllationskristallanordnung erzeugten Szintillafcion zu berechnen, entsprechend den von der Szintillation erzeugten und von Fotomultiplierröhren gemessenen Strahlungsquanten, und mit einer Bilddarstellungsvorrichtung, die mit den Verstärker- und Hechnerschaltkreisvorrichtungen verbunden ist, um die Koordianten einer Szintillation sichtbar anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete der Oberflächen der Lichtführung in innigem Kontakt mit der Szintillationskristallanordnung und den lichtempfindlichen Gesichtsflächen der Fotomultiplierröhren hoch transparent sind, und daß die Oberflächen der Lichtführung ansonsten mit einer hoch lichtabsorbierenden Beschichtung bedeckt sind.

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