DE2409850A1

DE2409850A1 - Anordnung bei einer szintillationskamera

Info

Publication number: DE2409850A1
Application number: DE2409850A
Authority: DE
Inventors: Hugo Vlasbloem
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1973-03-09
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1974-09-12
Also published as: IT1009695B; IL44247A; BE811967A; US3935461A; NL7303407A; CH563589A5; CA980921A; JPS49127678A; SE386747B; FR2220774A1; GB1460524A; IL44247A0; FR2220774B1

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Helmut Missling 63 Giessen 26.2.1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

ρ» ι - , u- ο ι Telefon: (0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker

Boe/B 11.9

^409850

N.V. Optische Industrie De Oude DeIft,

DeIft/Holland,
Van Miereveltlaan 9

Anordnung bei einer Szintillationskamera

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung der Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes auf dem Anodenschirm der Bildverstärkerröhre einer Szintillationskamera mit mindestens drei Photoverstärkern, die von dem Anodenschirm ausgesandtes Licht auf ihren Photokathoden empfangen, mit einer Schaltung zur Umwandlung der Ausgangsgrößen der Photoverstärker in die Koordinaten beschreibende Größen, mit einem ImpulshÖhen-Diskriminator, der in Abhängigkeit des Suiamensignals aus den Ausgangsgrößen der Photoverstärker die ümwandlungsschaltung freigibt, wenn das Summensignal innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt,

auf

und mit einer Anordnung zur Kompensation der s&s&k dem Anodenschirm verursachten Bildverzerrung.

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Eine Anordnung dieser Art ist aus der französischen Patentschrift 1 586 904 bekannt. Die mindestens drei Photoverstärker dieser bekannten Anordnung sind symmetrisch in Bezug auf den Anodenschirm angeordnet, wobei ihre Achsen parallel zu der Symmetrieachse des Anodenschirmes verlaufen. Signale, welche die Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes auf dem Anodenschirm repräsentieren, erhält man durch Division des Differenzsignals aus zwei Ausgangssignalen zweier diametral gegenüberliegender Photoverstärker durch das Summensignal der Ausgangsgrößen der genannten Photoverstärker. Da die Koordinaten eines Punktes in einer Schicht aus szintillierenden Kristallen für den Benutzer einer Szintillationskamera von Bedeutung sind, ergeben sich Probleme aus der Tatsache, daß sowohl durch die Bildverstärkerröhren als auch die Photoverstärker Bildverzerrungen hervorgerufen werden. Das Bild einer Schicht szintillierenden Materials auf dem Anodenschirm einer Bildverstärkerröhre enthält kissenf örmige Verzerrungen (Jpin-cushion distortion" ) , welche durch die Arbeitsweise der Bildverstärkerröhre bedingt sind. Daher sind die Signale, welche die Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes repräsentieren, nicht notwendigerweise repräsentativ für die Positionskoordinaten des Punktes in der Schicht aus szihtillierendem Material,

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in aem die Szintillation stattfand, welche die Aussendung eines Lichtimpulses durch einen Punkt auf dem Anodenschirm verursacht hat. Die Anordnung der Photoverstärker verursacht ferner eine tonnenförmige Verzerrung ("barrel distortion"). Abhängig von der Anzahl der Bildverstärkerröhren können die Signale, welche die Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes auf dem Anodenschirm repräsentieren, eine tonnenförmige oder eine kissenförmige Verzerrung aufweisen, weil die durch die Photoverstärker bedingte tonnenförmige Verzerrung größer bzw. kleiner ist als die durch die Photoverstärker bedingte kissenförmige Verzerrung. Die aus der französischen Patentschrift 1 586 904 bekannte Maßnahme zur Kompensation der kissenförmigen Verzerrung des Bildes auf dem Anodenschirm und die offensichtlich größere tonnenförmige Verzerrung, die durch den Photoverstärker hervorgerufen wird, besteht darin, eine nicht lichtübertragende Scheibe zentrisch auf der Symmetrieachse des Anodenschirmes anzuordnen, welche einen Teil des Lichtimpulses, der von einem Punkt nahe dem Rand des Anodenschirms ausgesandt wird, abfängt, wodurch eine zusätzliche kissenförmige Verzerrung herbeigeführt wird. Diese Methode kann jedoch nicht verwendet werden, um eine tonnenförmige Ver-

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zerrung hervorzurufen. Außerdem ist es ein Nachteil, daß ein Teil der Lichtimpulse, insbesondere solcher, die von Punkten nahe dem Rande des Anodenschirmes ausgesendet werden, abgefangen wird. Es ergibt sich somit der Nachteil, daß ein Teil der Lichtimpulse nicht ausgenutzt wird und daß die bekannte Anordnung nicht zur Erzeugung einer tonnenförmigen Verzerrung verwendet werden kann, wenn die kissenförmige Verzerrung des Bildes auf dem Anodenschirm nur teilweise von der tonnenförmigen Verzerrung durch die Photoverstärker kompensiert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die Anordnung zur Kompensation der vom Anodenschirm herrührenden Verzerrung und der von den Photoverstärkern herrührenden tonnenförmigen Verzerrung imstande ist, auch eine resultierende kissenförmige Verzerrung zu kompensieren und die hierbei praktisch das von dem Anodenschirm ausgesendete Licht kaum schwächt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die letztgenannte Kompensationseinrichtung eine

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reflektierende symmetrische Fläche hat und daß diese Fläche derart in Bezug auf den Anodenschirm und die Photokathoden der Photoverstärker angeordnet ist, daß das von dem Anodenschirm auf die Photokathode mindestens eines Photoverstärkers reflektierte Licht in der Weise reflektiert wird, daß die Menge des von den Photokathoden empfangenen reflektierten Lichtes sich verändert, wenn ein lichtaussendender Punkt konstanter Helligkeit sich vom Zentrum des Anodenschirmes zu dessen Rand bewegt. Anhand der in den Figuren dargestellen Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen;

Fig. 1 schematisch eine Anordnung nach der Erfindung zur Bestimmung der Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes,

Fig. 2 schematisch die gegenseitige Anordnung der Photoverstärker und der reflektierenden symmetrischen Fläche,

Fig. 3 Diagramme, die das Verhältnis abbilden zwischen den gemessenen Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes und den tatsächlichen Positionskoordinaten dieses Punktes auf der

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Photokathode 4 der Röhre 5 in Fig. 1.

Es sind drei Diagramme dargestellt, von denen eines für den Fall gilt, daß keine reflektierende Fläche verwendet wird und zwei für den Fall der Verwendung einer reflektierenden Fläche in zwei verschiedenen Positionen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Szintillationskamera und eine Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung. Mit 1 ist eine Platte bezeichnet, die mit Löchern 2 versehen ist, welche mit Szintillationsmaterial 3 gefüllt sind. Dieses Material sendet einen Lichtimpuls aus, wenn es von einem Gamraaquantiijji getroffen wird. Die Platte 1 arbeitet als Kollimator und besteht aus diesem Grunde beispielsweise aus Blei. Eine Photokathode 4 ist von der Platte 1 durch eine Glaswand getrennt, welche Teil des Röhrengehäuses 5 ist und parallel zur Platte 1 angeordnet ist. Wenn bei dem Aufprall eines Gammaquants das Szintillationsmaterial in einem der Löcher 2 der Platte 1 einen Lichtimpuls aussendet, wird eine Anzahl Elektronen aus der Photokathode 4 frei. Diese Elektroner werden durch ein bekanntes Elektrodensystem 6 in Richtung zu dem Anodenschirnr 7 beschleunigt, der die Anodenkonstruktion 7a hat. Der Anodenschirm 7 besteht aus einem Material, z.B.

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ZuCds (Ag), welches Licht aussendet, wenn es von Elektronen getroffen wird.

Auf der Photokathode 8 einer ersten Bildverstärkerröhre 9, welche zu einer Serie von Bildverstärkerröhren gehört z.B. drei Röhren 9, 11 und 13, welche durch Fiberoptiken 10 und 12 voneinander getrennt sind - wird ein Bild des lichtimitierenden Punktes auf dem Anodenschirm 7 durch die Fiberoptik 8 abgebildet.

Um die Positionskoordinaten eines lichtaussendenden Punktes auf dem Anodenschirm 14 der letzten Bildverstärkerröhre 13 zu bestimmen, dessen Lichtimpulsaussendung eine Folge des Auftreffens eines Gammaquants in einem der Löcher 2 der Platte 1 ist, wird gewöhnlich eine Anzahl von Photoverstärkern derart in Bezug auf den Anodenschirm angeordnet, daß ihre Photokathoden über eine Fiberoptik 14a Licht von dem Anodenschirm erhalten. Die die Positionskoordinaten beschreibenden Signale können dazu verwendet werden, den lichtaussendenden Punkt auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre abzubilden, deren Schirm eine größere Nachwirkung (Speicherwirkung) hat als der Anodenschirm 14. Alternativ können die Signale auch in den Speicher eines Computers gegeben werden.

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In der bekannten Anordnung werden die Ausgangssignale von vier Photoverstärkern, deren Kathoden in der gleichen Ebene liegen und in den Ecken eines Quadrates angeordnet sind, dessen Mittelpunktsachse mit der Symmetrieachse des genannten Anodenschirms zusammenfällt, einem Additionskreis, einem Subtraktionskreis und einem Divisionskreis sowie ebenfalls einem Impulshöhen-Diskriminatorkreis zugeführt. Von den jeweils diametral gegenüberliegenden Photoverstärkern werden die Differenzsignale und die Summensignale gebildet.

Als Signal zur Abbildung der Position auf der x-Koordinate dient das Signal, das sich durch Division des Differenzsignals durch das Summensignal eines Paares der diametral gegenüberliegenden Photoverstärker ergibt. Von den Ausgangssignalen der beiden anderen Photoverstärker wird in gleicher Weise ein Signal gewonnen, daß die y-Koordinate des lichtaussendenden Punktes auf dem Anodenschirm 14 entspricht.

Darüberhinaus wird das Summensignal der Ausgangssignale der vier Photoverstärker dem Impulshöhen-Diskriminatorkreis zugeführt. Der Impulshöhen-Diskriminatorkreis ist so eingestellt, daß er ein Ausgangssignal nur dann gibt, wenn das Summensignal aus den vier Ausgangssignalen der vier Photoverstärker innerhalb eines vorbestimmten Amplituderibereiches liegt. Das Ausgangssignal des Impulshöhen-Diskriminatorkreises

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dient dazu, die Kreise zur Bestimmung der Signale für die x- und y-Koordinate freizugeben.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind die Photoverstärker 15, 16, 17 und 18 mit ihren Achsen senkrecht zur Achse der Szintillationskamera angeordnet. Außerdem ist ein konusförmiger Körper 19 vorhanden, der eine reflektierende Oberfläche hat und dazu dient, das vom Anodenschirm 14 ausgesendete Licht auf einen oder mehrere der Photoverstärker 15 bis 18 zu übertragen.

Es ist ersichtlich, daß im allgemeinen ein geeignet gewählter Spitzenwinkel des konusförmigen Körpers 19 und ein geeignet gewählter Abstand zwischen der Spitze des Körpers 19 und dem Anodenschirm 14 einen bestimmten Verlauf der Menge des durch den Körper 19 zu den Kathoden 15a bis 18a der Photoverstärker reflektierten Lichtes zur Folge hat, wenn ein Iichtaussendender Punkt mit konstanter Helligkeit sich vom Zentrum des Anodenschirms zu dessen Rand bewegt.

Ferner wird der Verlauf durch die Form der Basis des konischen Körpers beeinflußt, welche quadratisch, kreisförmig, kissenförmig oder tonnenförmig sein kann. Die Seiten der Basisfläche

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des konir.chen Körpers können nach innen oder nach außen gewölbt sein.

Außerdem kann die Erzeugende (Mantellinie) des konischen Körpers 19 nach innen oder nach außen gewölbt sein, wobei für den Fall, daß die Basis quadratisch ist, die einzelnen Oberflächen des Körpers mit nach innen oder nach außen gerichteten Wölbungen versehen sein können, die zueinander senkrecht stehen.

Als reflektierende Oberflächen können auch die inneren Oberdienen flächen einer konisch geformten Schale /sedax, deren Basis zum

Anodenschirm 14 gerichtet ist.

Um eine resultierende Kissenverzerrung zu kompensieren, muß hinsichtlich des Anodenschirms 14 eine solche Anordnung gewählt, werden, daß für einen Punkt,der Licht konstanter Helligkeit aussendet und sich vom Mittelpunkt des Anodenschirms zu dessen Rand in Richtung der positiven x-Koordinate bewegt,

bei dieser Bewegung

die Menge des Lichtes, das/auf den in dieser Richtung angeordneten Photoverstärker reflektiert wird, abnimmt.

In dem anderen Falle, d.h. bei der Kompensation einer resultierenden tonnenförmigen Verzerrung, ist es erforderlich, daß bei der Bewegung eines lichtaussendenden Punktes vom Zentrum zum Rand des Anodenschirmes die Menge des von dem genannten Photoverstärker empfangenen reflektierten Lichtes ansteigt.

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Wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, drei Photoverstärker in Reihe geschaltet sind, ergibt sich, wie Experimente zeigen, eine resultierende kissenförmige Verzerrung. Fig. 3 zeigt für verschiedene Fälle den Zusammenhang zwischen den gemessenen Positionskoordinaten und den tatsächlichen Positionskoordinaten, d.h. den Positionskoordinaten eines Punktes auf der Photokathode 4 der Röhre 5 in Fig. 1.

Die folgenden Angaben beziehen sich auf eine Anordnung mit einem kreisförmigen Anodenschirm 14 von 25 mm Durchmesser und der in Fig. 1 gezeigten Form sowie den folgenden Abmessungen: Die Photokathoden der Photoverstärker 1? bis 18 haben einen Durchmesser von 32 mm;

der Abstand zwischen den Photokathoden zweier diametral gegenüberliegender Photoverstärker beträgt 50 mm; der kürzeste Abstand zwischen den Zentren der Photokathoden der Photoverstärker und der Ebene des Anodenschirms 14 beträgt 22 mm;

die reflektierende Oberfläche 19 besteht aus der äußeren Oberfläche eines geradmanteligen Kegels mit einem spitzen Winkel von 64° und einem Basisdurchmesser von 48 mm.

Für eine Anordnung mit diesen Abmessungen ergibt sich für das Verhältnis der umgerechneten Koordinaten aus den AusgangsSignalen der Photoverstärker 15 bis 18 und den umgerechneten Koordinaten

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auf der Photokathode 4 der Röhre 5 - wobei Umrechnung "bedeutet, daß die Koordinaten in dem einen Falle dividiert werden durch den Durchmesser der Photokathode 4 und im anderen Falle durch den Durchmesser des Anodenschirmes 14 - bei einem Abstand von 6 mm zwischen der Spitze des konischen Körpers und dem Zentrum des Anodenschirmes 14 die in Fig. 3 gezeigte Kurve, die durch die. durch kleine Kreise angedeuteten Punkte verläuft. Bei einer Verschiebung des konischen Körpers 19 in eine Lage, in welcher der Abstand zwischen der Spitze des konischen Körpers 19 und dem Zentrum des Anodenschirmes 14 8 mm beträgt, erhält man ein Koordinatenverhältnis, das durch die unter 45° zur Abszisse verlaufende gerade Linie gekennzeichnet ist.

Vergrößert man den Abstand zwischen der Spitze des konischen Körpers 19 und dem Zentrum des Anodenschirmes 14, so erhält man ein Koordinatenverhältnis, das durch die Kurve in Fig. 3 gekennzeichnet ist, die durch die durch Kreuze angedeuteten Punkte verläuft.

Man erkennt, daß die reflektierende Oberfläche die Möglichkeit gibt, die Verzerrungen zu kompensieren, ohne von dem Anodenschirm ausgesandtes Licht abfangen zu müssen.

In Fig. 3 sind auf der Ordinate die gemessenen und auf der Abszisse die tatsächlichen Positionswerte aufgetragen.

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Claims

Patentansprüche s

1 J Anordnung zur Bestimmung der Positionskoordinaten eines liehtaussendenden Punktes auf dem Anodenschirm der Bildverstärkerröhre einer Szintillationskamera mit mindestens drei Photoverstärkern, die von dem Anodenschirm ausgesandtes Licht auf ihren Photokathoden empfangen, mit einer Schaltung zur Umwandlung der Ausgangsgrößen der Photoverstärker in die Koordinaten beschreibende Größen, mit einem Impulshöhen-Diskriminator, der in Abhängigkeit des Summensignals aus den Ausgangsgrößen der Photoverstärker die Umwandlungsschaltung freigibt, wenn das Summensignal innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, und mit einer Anordnung zur Kondensation der Sarsiiauf de» Anodenschirm verursachten Bildverzerrung, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannte Kompensationseinrichtung ehe reflektierende symmetrische Fläche hat und daß diese Fläche derart in Bezug auf den Anodenschirm und die Photokathoden der Photoverstärker angeordnet ist, daß das von dem Anodenschirm auf die Photokathode mindestens eines Photoverstärkers reflektierte Licht in der Weise reflektiert wird, daß die Menge des von den Photokathoden empfangenen reflektierten Lichtes sich verändert, wenn ein lichtaussendender Punkt konstanter Helligkeit sich vom Zentrum des Anodenschirmes zu dessen Rand bewegt.

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2. Anordnung nach Anspruch 1 mit vier Photoverstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Photoverstärker (15 bis 1S) derart angeordnet sind, daß ihre Achsen mit den Armen eines Kreuzes zusammenfallen, daß die Symmetrieachse des Kreuzes mit der Symmetrieachse des Anodenschirms (14) zusammenfällt und daß die reflektierende Fläche konisch geformt ist und ihre Symmetrieachse mit der Symmetrieachse des Anodenschirms (14) zusammenfällt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche aus der äußeren Oberfläche eines konusförmigen Körpers (19) besteht, dessen Spitze dem Anodenschirm (14) zugewandt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche aus der inneren Oberfläche eines konusförmigen Hohlkörpers besteht, dessen Basis zu dem Anodenschirm (14) gerichtet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des konisch geformten Körpers ein Kreis ist.

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6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des konisch geformten Körpers ein Viereck ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende (Mantellinie) des konisch geformten Körpers bogenförmig ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Oberflächen des konusförmigen Körpers derart gewölbt sind, daß die Wölbungen verschiedener Flächen senkrecht zueinanderstehen.

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