DE2442872A1 - Szintillationskamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Szintillationskameras zum Ermitteln der Planarkoordinaten von punktförmigen Strahlungsereignissen in Strahlungsfeldern.

Solche Szintillationskameras weisen üblicherweise einen Szintillationskristall zum Aufnahmen der äußeren Strahlung und eine Gruppe von Fotomultipliern (Fotoelektronenvervielfacher) auf, die mit dem Kristall in Verbindung stehen und so angeordnet sind, daß ihre optischen Achsen rechtwinklig zur Kristallebene liegen, so daß ihre Fotokatoden Licht vom Kristall empfangen, wobei schließlich elektronische Schaltkreise an die Fotomultiplier angeschlossen sind. In Abhängigkeit von der Strahlungsenergie und der Dicke des Kristalles entsteht zwischen der Strahlung und der Gitterstruktur des Kristalles eine Wechsel-

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wirkung, durch die am Ort dieser Wechselwirkung ein Lichtblitz erzeugt wird. Von diesem Ort aus wird das Licht nach allen Richtungen abgestrahlt, wobei ein Teil auf die. Fotokatoden der verschiedenen Fotomultiplier gelangt, von denen jeder eine Ausgangsgröße erzeugt, die von der jeweils empfangenen Lichtmenge abhängig ist. Aus den Ausgangsgrößen der Fotomultiplier werden mit Hilfe von elektronischen Schaltkreisen die Koordinaten des Lichtblitzes berechnet.

Szintillationskameras dieser Art werden dazu verwendet, die Dichteverteilung von Strahlungsfeldern aufzuzeichnen und sind von großer Bedeutung in der Medizin, wodurch Einspritzen oder Einführen von radioaktiven Medikamenten im Körper des Patienten Strahlungsfelder erzeugt werden. Die sich so ergebenden Karten geben wichtige medizinische Aufschlüsse fUr die Diagnose und die Behandlung eines Patienten.

Das US-Patent 3 011 057 betrifft eine Szintillationskamera des beschriebenen Typs, wobei die Fotomultiplier in Sechseckform über einen kreisförmigen Kristall angeordnet sind und einander überlappende Gesichtsfelder aufweisen, da sich hiermit die dichteste Anordnung von Fotomultipliern mit kreisförmiger Fotokatode erreichen läßt.

Die Berechnung der Entfernung des Lichtbiitzes von den beiden rechtwinkligen Koordinatenachsen erfolgt, indem die Ausgänge der Fotomultiplier in Abhängig-

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keit vom Abstand von der Koordinatenachse gewichtet und anschließend aufsummiert werden. Die gewichtete Summe der Fotomultiplierausgangsgrößen, die zur Berechnung des Abstandes des Lichtblitzes von den Koordinatenachsen benutzt wird, stellt eine feste analytische Funktion der Ausgangsgrößen dar. Da bei dieser Berechnung nur eine einzige analytische Funktion benutzt wird, die unabhängig vom Ort des Lichtblitzes im Kristall ist, sind die zwei Parameter, die die Qualitätseigenschaften einer Szintillationskamera angeben, nämlich die Gleichförmigkeit und die Auflösung ortsabhängig, d. h. sie hängen vom Ort ab, an den der Lichtblitz im Kristall erscheint. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß Auflösung und Gleichförmigkeit für eine gegebene analytische Funktion des Fotomultiplierausgangs an manchen Stellen im Kristall besser ist, als im Vergleich zu anderen Stellen.

Eine andere Szintillationskamera ist im US-Patent 3 717 763 beschrieben. Bei dieser wird durch die Koordinatenlage eines Fotomultipliers eine Verzögerungszeit erzeugt, während der die Fotomultipliersignale in Zeitfolgen aufgetrennt werden können. Die maximale Auflösung und Linearität dieser Kamera ist abhängig von der Ähnlichkeit der Gestalt der sich ergebenden elektronischen Impulse und der Gestalt der Wellenform, die durch die geometrische Anordnung der Vorrichtungselemente bedingt ist. Hier wird also die Zeit als Grundlage fUr die Koordinatenberechnung benutzt, was zur Folge hat, daß relativ lange Totzeiten in Kauf genommen werden müssen.

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, neue verbesserte Szintillationskameras mit höherer Auflösung und Gleichförmigkeit zu schaffen, bei der die Totzeiten auf ein Minimum reduziert sind.

Die erfindungsgemäße Szintillationskamera kennzeichnet sich durch

a) einen ebenen, gleichmäßigen Szintillationskristall, welcher in einem räumlich begrenzten, dem Erzeugungsort entsprechenden Bereich auf Strahlungen durch die Erzeugung von Lichtblitzen anspricht;

b) eine Anzahl von Fotomultipliern (Fotoelektronenvervielfacher), die mit ihren optischen Achsen senkrecht zur Ebene des Szintillationskristall es angeordnet sind und Fotokathoden zur Aufnahme des vom Kristall abgegebenen Lichtes haben und

c) Rechenschaltkreise, die mit den Fotomultiplieren verbunden sind zum Ermittein der Projektion eines Lichtblitzes im Kristall auf einer in der Kristallebene liegenden Bezugsachse in Verbindung mit Hilfsmitteln zur Erzielung einer analytischen Funktion an den Ausgängen der Fotomultiplier, die abhängig ist vom Ort des Lichtblitzes im Kristall.

Erfindungsgemäß werden die Koordinaten eines Lichtbiitzes aus analytischen

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Funktionen der Fotomultiplierausgönge berechnet, die abhängig sind vom Ort des Lichtblitzes im Kristall. Die Ortsabhängigkeit dieser analytischen Funktionen ermöglicht es, beispielsweise eine analytische Funktion zu verwenden, wenn der Lichtblitz in einer Region des Kristall es stattfindet und eine andere analytische Funktion zu verwenden, wenn der Lichtblitz in einem anderen Gebiet des Kristalles auftritt, wobei jede analytische Funktion so ausgewählt wird, daß sowohl die Auflösung als auch die Gleichförmigkeit: an der Stelle, wo die Lichtblitze im Kristall auftreten, optimal ist.

Auf diese Weise läßt sich eine gleichmäßige Auflösung und Gleichförmigkeit über der gesamten Kristal!fläche erreichen.

Bei herkömmlichen Szintillationskameras ist es üblich, daß die Fotomultiplier ein Muster bilden, dessen Grundform mindestens drei Fotomultiplier aufweist, die mindestens zwei sich schneidenden parallelen Reihengruppen zugeordnet sind, wobei zu jeder solcher Reihengruppe eine senkrecht dazu in der Kristallebene verlaufende Bezugsachse gehört und die Rechenschaltkreise jeweils einer dieser Bezugsachsen zugeordnet sind.

Erfindungsgemäß ist jeder Reihe einer der Bezugsachsen zugeordneten Reihengruppe im Rechenschaltkreis ein Addierer zugeordnet zum Addieren der Ausgänge der Fotomultiplier in einer Reihe und zum Erzeugen eines vom Lichtblitz abhängigen Reihensignals, Weiter sind Mittel vorgesehen zum Berechnen

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der Projektion des Lichtblitzes auf diese eine Bezugsachse, wobei ein Reihensignal verwendet wird, welches einer aus zwei benachbarten Fotomultiplierreihen dieser Gruppe ausgewählten Reihe entstammt, zwischen denen der Lichtblitz erschien und die als "Grundreihen" bezeichnet werden.

Dadurch werden diejenigen Signale von Fotomultipliern eliminiert, die einen größeren Abstand vom Lichtblitz haben, weil diese Signale ohnehin die Auflösung der Szintillationskamera vermindern. Bei der erfindungsgemäßen Kamera wird also die Projektion des Lichtblitzes auf eine Bezugsachse mit einem Signal berechnet, das aus einer Reihe in der Nähe des Lichtblitzes stammt, unabhängig davon, wo der Lichtblitz erscheint, während gleichzeitig die abseitsliegenden Reihen unberücksichtigt bleiben. Abwandlungen dieser Ausführungsform und verschiedene Kombinationen von, dem Lichtblitz benachbarten Reihen können ebenfalls Verwendung finden.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden durch einen logischen Vergleich der relativen Größe der Reihensignale einer Fotomultipliergruppe, die einer Bezugsachse entspricht, die Grundreihen der Gruppe festgelegt, d. h. die beiden parallelen Reihen, die der Bezugsachse zugeordnet sind und zwischen denen der Lichtblitz erscheint. Beispielsweise sind die Grundreihen die ersten beiden Reihen einer Gruppe von fünf Reihen einer hexagonalen Anordnung von neunzehn Multipliern, wenn die Größe des Reihensignales der ersten Reihe die Größe des Reihensignals der dritten Reihe übersteigt.

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Die Grundreihen jeder Gruppe überschneiden sich und legen dadurch ein Grundmuster für die Fotomultiplieranordnung fest, innerhalb welchen der Lichtblitz erschienen ist, so daß damit die ungefähre Lage des. Blitzes bekannt ist. Die genaue Lage des Blitzes im Grundmuster wird durch einen Interpolationsvorgang zwischen den Grundreihen vom zwei oder mehr Gruppen bestimmt. Diese Interpolation wird vereinfacht durch die Tatsache, daß die Amplitude eines Reihensignals, das der Grundreihe entstammt, sich im wesentlichen linear zwischen festen Grenzen verändert, wenn der Lichtblitz senkreicht zu den Grundreihen verlagert wird, d. h. parallel zur, den Grundreihen zugeordneten Bezugsachse.

Während die oben beschriebene Ausfuhrungsform der Erfindung für viele Anwendungsfälle ausreicht, sind gewisse Eigenschaften in anderen Fällen unerwünscht. Beispielsweise können Ungenauigkeiten der Ergebnisse auftreten, wenn der Lichtblitz in der Nähe einer Mittellinie einer Fotomultiplierreihe erscheint. Dies wird durch Nichtlinearitäten der Amplituden des Grundsignals hervorgerufen, wenn der Lichtblitz in diesem Gebiet auftritt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß aus verschiedenen analytischen Funktionen der Ausgangsgrößen der Multiplier einer Reihe, die einer Bezugsachse zugeordnet sind, ein Signalpaar erzeugt wird, wobei sich die Signale linear verändern, solange sich die Projektion des Lichtblitzes über verschiedene Abschnitte der Bezugs-

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achse bewegt und sich nicht linear verändern, wenn sich die Projektion des Lichtblitzes über einen gemeinsamen Teil der Bezugsachse bewegt. Wenn sich die Projektion eines Lichtblitzes auf die Bezugsachse in einem Gebiet befindet, über weichem das eine oder andere Signalpaar linear ist, wird die Berechnung der Projektion auf dieses lineare Signal gestützt, während, wenn sich die Projektion eines Lichtblitzes über einem gemeinsamen Teil der Bezugsachse befindet, über welchen die Signale nicht linear sind, die Berechnung anhand einer analytischen Kombination der beiden Signale durchgeführt wird.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert, wobei zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch den Aufnahmekopf nach der Linie |-| in Fig. 2;

Figur 2 eine Draufsicht auf den Kamerakopf mit Fotomultipliern, die so angeordnet sind, daß das Grundmuster aus gleichseitigen Dreiecken besteht, wobei drei einander sich überschneidende Gruppen paralleler Reihen von Fotomultipliern vorgesehen sind, die jeweils einer Bezugsachse zugeordnet sind;

Figur 3 eine der drei Fotomultiplierreihengruppen gemäß Figur 2, zusammen mit einer Darstellung der Amplitude der gewählten Grundreihen-

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signale, die durch die Fotomultiplier in Abhängigkeit vom Ort

des Lichtblitzes zwischen zwei benachbarten Reihen erzeugt werden; Figur 4 eine schematische Darstellung, die zeigt, in welcher Weise die

Interpolation zwischen den Reihen ausgeführt wird; Figur 5 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 6 eine Darstellung der Beziehungen zwischen den Bezugsachsen in Figur 2 und einem kartesischen Koordinatensystem;

Figur 7 eine Darstellung gemäß Figur 3, jedoch speziell für die Ausführungsform nach Figur 5;
Figur 8 eine Tabelle, in der einige mögliche analytische Funktionen der Fotomuitiplierausgänge für eine hexagonale Anordnung von neunzehn

Fotomultipliern dargestellt sind;
Figur 9 eine Draufsicht auf eine andere Fotomultiplieranordnung, deren

Grundmuster rechteckig ist;
Figur 10 eine Darstellung der Abhängigkeit der Summensignale vom Ort

des Lichtblitzes;
Figur 11 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Figur 12 α bis h Signalformen an den in Figur 11 mit den Buchstaben α bis h gekennzeichneten Stellen.

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In Figur 1 ist der Kopf 10 einer Szintillationskamera dargestellt, der aus mehreren Fotomultipiiern 11, einem Szintillationskristall 12, einem Kollimator 13 und einem Gehäuse 14, das die verschiedenen Teile umfaßt, zusammengesetzt ist. Der Kristall 12 ist ein scheibenförmiger, ebener Szintillationskristall, beispielsweise aus tertalliumaktiviertem Natriumiodid, der im Gehäuse 14 durch Schultern 15 gehalten wird. Solche Kristalle sind in verschiedenen Größen erhältlich, wobei die gängigste Größe gegenwärtig bei 12 " Durchmesser liegt.

Der Kollimator 13 ist zwischen dem Kristall 12 und dem Strahlungsfeld 16 angeordnet und weist eine Vielzahl Bohrungen auf, deren Achsen rechtwinklig zur Kristallebene angeordnet sind, so daß nur die Strahlung durchgelassen wird, die dem Strahlungsfeld genau unter den Bohrungen entspringt. Es gelangen herkömmliche Fotomultiplierröhren 11 zur Anwendung, wobei bei einem 12 "-Szintillationskristall gewähnlich 19 Fotomultiplier mit einem Durchmesser von jeweils 3 " Verwendung finden. Die Fotomultiplier sind in einem fünfreihigen Sechseck angeordnet, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Die optischen Achsen dieser Fotomultiplier sind rechtwinklig zur Kristallebene angeordnet, (Figur 1) und die Fotokatoden der Multiplier sind Über der Oberfläche des Kristalles 12 angeordnet, um die geometrische Empfindlichkeit der Fotomultiplier zu optimieren. Dabei ist der Abstand so gewählt, daß die geometrische Empfindlichkeit überall gleich ist und den größten Wert aufweist.

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Der von einem Punkt im Strahlungsfeld 16 ausgehende Gammastrahl 17 gelangt durch eine Bohrung über diesem Punkt im Kollimator 13 in den Kristall 12 und abhängig von seiner Energie und der Dicke des Kristalles entsteht im Innern des Kristalls ein Lichtblitz 18. Dieser Lichtblitz wird von allen Fotomultipliern registriert. Der Kopf 10 steht mit einem Schaltkreis in Verbindung, der die Koordinaten des Punktes im Strahlungsfeld berechnet, der den Lichtblitz hervorbringt.

Bevor näher auf diesen Schaltkreis eingegangen wird, ist es hilfreich für das Verständnis der Erfindung, einige wesentliche Begriffe in Verbindung mit der in Figur 2 dargestellten Fotomultiplieranordnung zu definieren, da die Erfindung auch auf andere Anordnungen anwendbar ist. Die Grundform eines jeden sich wiederholenden Musters von Fotomultipliern muß unabhängig von deren Anzahl mindestens 3 Fotomultiplier aufweisen. Bei einer hexagonalen Anordnung ist die Grundform ein gleichseitiges Dreieck und bei einer quadratischen Anordnung ein Quadrat. In jedem Fall ist die Grundform aus mindestens zwei Gruppen voneinander sich überschneidenden paralle len Fotomultiplierreihen gebildet. Für die in Figur 2 dargestellte hexagonale Anordnung sind drei Gruppen paralleler Reihen erforderlich, wobei die Reihen jeder Gruppe rechtwinklig zu den Bezugsachsen Y₁, Y„ und Y_ angeordnet sind, die in der Kristallebene liegen. Diese drei Reihengruppen überschneiden sich jeweils mit einem Winkel von 60 , ebenso wie die entsprechenden Bezugsachsen. Beispielsweise ist die Gruppe S₁ rechtwinklig zur Bezugs-

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achse Y. gelegt, wobei deren Reihen mit 1 - 5 gekennzeichnet sind und die einzelnen Fotomultiplier der Reihe 3 der Gruppe S₁ mit PM. - PM,-bezeichnet sind. Die Reihe 3 der Gruppe S. steht stellvertretend für jede andere Reihe in dieser oder einer der anderen Gruppen, obwohl die Anzahl der Fotomultiplier in den verschiedenen Reihen zwischen drei und fünf liegt.

Jede dieser 15 Fotomultiplierreihen ist mit einer Addierschaltung verbunden, die die Ausgangsgrößen der Fotomultiplier jeweils einer Reihe addiert und so 15 Reihensignale erzeugt, die vom gegebenen Lichtblitz abhängen. Wenn man die Reihe 3 der Gruppe S₁ als charakteristische Reihe betrachtet, sind die Ausgänge jedes Fotomultipliers PM. - ΡΜ_ς mit jeweils gleichen Widerständen 19 an einen summierenden Verstärker 20 angeschlossen, der zusammen mit den Widerständen eine Addierschaltung 21 bildet. Wenn ein Lichtblitz im Kristall 12 erzeugt wird, werden die Fotokatoden der fünf Fotomultiplier umgekehrt zum Quadrat des Abstandes vom Lichtblitz beleuchtet. Das Reihensignal A«, das von der Schaltung 21 erzeugt wird, entspricht der Gesamtmenge des Lichtes, das von den fünf Fotomultipliern dieser Reihe aufgenommen wird.

Die anderen Fotomuitiplier des Detektorkopfes erhalten ebenfalls Licht, so daß die mit ihnen verbundenen Addierschaltungen der anderen vier Reihen der Gruppe S. ebenfalls ein Reihensignal erzeugen. In der ersten Ausführungsform der Erfindung sind in der zweiten Spalte von links in der in Figur 8

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dargestellten Tabelle die verchiedenen Möglichkeiten der Reihensignale jeder Gruppe für einen Lichtblitz dargestellt. Anhand einer solchen Tabelle können die Grundreihen jeder Gruppe aufgefunden werden, wobei die Grobkoordinaten eines Lichtblitzes ermittelt werden, wie in Figur 1_r wo der jeweilige Lichtblitz mit 18 bezeichnet ist. Anhand der Tabelle und der jeweils gegebenen Reihensignale wird beispielsweise für Figur 1 ermittelt, daß der Lichtblitz zwischen den Reihen 3 und 4 der Gruppe 1, den Reihen 1 und 2 der Gruppe und den Reihen 4 und 5 der Gruppe 3 liegt. Die Überschneidungen dieser Grundreihen bilden die schraffiert dargestellte Grundform in der der Lichtblitz auftritt.

Die Feinkoordinaten jedes Lichtblitzes werden mit Hilfe der Grundreihen einer Gruppe und durch einen zusätzlichen Interpolationsvorgang bestimmt. Im allgemeinen erfordert die Interpolation eine vom Ort abhängige analytische Funktion der Fotomultiplierausgangswerte, wobei für die Interpolation ein oder mehrere Reihensignale einschließlich eines Reihensignales, das aus der einen oder anderen Grundreihe stammt, benötigt werden. Wenn beispielsweise der Lichtbiitz zwischen den Reihen 1 und 2 liegt, kann als analytische Ausgangsfunktion das Reihensignal A verwendet werden, während, wenn der Lichtblitz zwischen den Reihen 4 und 5 liegt, das Reihensignal A. verwendet wird. Die Grundreihe, deren Ausgangssignal für die Interpolation benutzt wird, wird als "ausgewählte Grundreihe" bezeichnet, während die andere Reihe als "nicht ausgewählte Grundreihe" bezeichnet wird. Wenn nur ein Reihen-

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signal für die Interpolation gebraucht wird, hängt dessen Amplitude im wesentlichen linear vom Ort des Lichtblitzes zwischen den Grundreihen ab. Dies kann am in Figur 3 dargestellten Graphen abgelesen werden. Betrachtet man das Reihensignal A., wenn der Lichtblitz zwischen den Reihen 1 und 2 liegt, so zeigt sich, daß das Maximum dieses Wertes auf der Reihe 1 liegt, d. h. 0 Reihen von der gewählten Reihe 1 entfernt und das der minimale Wert auf der Reihe 2 liegt, d. h. eine Reihe von der gewählten Reihe entfernt. Das Reihensignal A. für die i-te Reihe der Fotomultiplier variiert also linear bei einem Lichtblitz, der in der Nachbarschaft der i-ten Reihe liegt, wird aber nicht linear, wenn der Lichtblitz in der Nachbarschaft der (i + l)-ren und der (i - l)-ten Reihe liegt. In vielen Fällen ergeben sich Jedoch aufgrund der oben beschriebenen Nichtlinearitäten Ungenauigkeiten, die noch annehmbar sind. Falls jedoch eine größere Genauigkeit erforderlich ist, kann die zweite Ausführungsform der Erfindung Verwendung finden.

Die erforderliche Reiheninterpolation für die Feinkoordinaten ist in Einzelheiten in Figur 4 für die n-te und die (n + l)-te Reihe'einer Gruppe dargestellt. Angenommen, die n-te Reihe sei die"gewählte Grundreihe", dann hat

das Reihensignal A , das von der η-ten Reihe stammt, den Wert A, _m/ falls η yi, υ;

der Lichtblitz auf der Reihe η liegt. Die Größe des Reihensignals ist normiert, um die Abhängigkeit der Amplitude von der Energie des jeweiligen Lichtbiifzes zu mindern, was später noch eingehend erläutert wird. Wenn der Abstand zwischen den Reihen, d. h. der Abstand der Fotomultiplier mit D

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bezeichnet wird, nimmt das Reihensignal A der η-ten Reihe den Wert A, __v

η (n,D)

an, wenn der Lichtblitz auf die (n + l)-te Reihe fällt. Da die Werte A_{7 Λλ} und A, _.« feste Wert sind, die sich aus den bekannten Abmessungen der Vorrichtung ergeben, ebenso wie die Größe Λ A, woraus sich die Steigung Δ A/D für die Änderung des Reihensignals in Abhängigkeit von D relativ zur gewählten Grundreihe ergibt. Die Entfernung d des Lichtblitzes von der gewählten Grundreihe beträgt

wobei A, ,» der Wert des Reihensignals ist, wenn der Lichtblitz in einer Entfernung d von der gewählten Grundreihe aus auftritt. Die Entfernung d des Lichtblitzes von der nicht gewählten Grundreihe beträgt OA) i=

Die einzige Variable der beiden Gleichungen 1 und IA ist die Größe A, ,*,

(n,dj

die den Wert des Reihensignals in Abhängigkeit von der Entfernung d des Lichtblitzes von der gewählten Grundreihe aus darstellt. Die Interpolation eines Lichtblitzes zwischen den Reihen kann also mit Hilfe einer dieser beiden Gleichungen 1 oder IA erfolgen.

Wenn nur eine einzige Reihe für die Interpolation verwendet wird, kann wahlweise eine der beiden Grundreihen ben^utzt werden. Wenn sich aus dem logischen Vergleich aller Reihensignale ergibt, daß der Lichtblitz zwischen den Reihen 2 und 3 stattfindet, können die Reihensignale einer dieser beiden Reihen zur Berechnung der Entfernung des Lichtblitzes von der

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gewählten Reihe benutzt werden.

Gelegentlich kann sich die Genauigkeit der Interpolation durch Verwendung zusätzlicher Informationen erhöhen, wobei sich die Interpolation auf mehr als ein Reinsignal stutzen kann. Beispielsweise kann sich die Interpolation auf die Summe der Reihensignale stützen, die der gewählten Grundreihe entstammen und einem anderen Reihensignal, das einer Nichtgrundreihe in der Gruppe entstammt, und neben der gewählten Grundreihe liegt. Falls die Anzahl Reihen in einer Gruppe genügend groß ist, können zur Interpolation die Summe der Reihensignale verwendet werden, die der gewählten Grundreihe entspringen und zwei andere Reihensignale, die zwei Nichtgrundreihen dieser Gruppe entspringen und genau neben der gewählten Grundreihe liegen«

Die allgemeine Form der Gleichung 1 kann wie folgt beschrieben werden. (IB) d- (D/Δ B) (B^₀)-B_M))

B. = 2l A- ^{mit h}i.i/ i ^{= 1}Z ²/ ···· ¹ '

Die den beiden rechten Spalten der Tabelle in Figur 8 aufgeführten Reihen müssen jedoch bei der Interpolation benutzt werden, d.h. wenn zwei Reihen Verwendung finden sollen und der Lichtblitz zwischen den Reihen 1 und 2 liegt,

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wird die Interpolation vorzugsweise mit den Summen A« und A„ ausgeführt, deren Summe die in Figur 3 dargestellte Steigung hat, die abhängig ist von der Lage des Lichtblitzes zwischen den Reihen 1 und 2. Wenn der tichtblitz zwischen diesen beiden Reihen stattfindet, ist er von der gewählten Grundreihe, insbesondere der Reihe 2 für den größten Wert der Summe 0 und eine Reihe entfernt und für den kleinsten Wert der Summe, ein und zwei Reihen. In Figur 3 ist das Reihensignal der gewählten Grundreihe zur besseren Erkennung eingekreist.

Schließlich, wenn die Grundreihen jeder Gruppe bestimmt sind und die Interpolation zwischen den Grundreihen jeder Gruppe ausgeführt ist, ist dadurch die Projektion der Koordinaten des Lichtblitzes auf die Bezugsachsen bestimmt. Für die in Figur 1 dargestellte Anordnung sinddrei Bezugsachsen Y., Y und Y«, gegeben, auf denen die Projektionen vom Schnittpunkt aus gemessen, abgetragen sind und jeweils mit y , y_, y~ bezeichnet sind. Aus diesen Projektionen können die kartesischen Koordinaten ermittelt werden. Angenommen, der Ursprung des Koordinatensystems läge im Zentrum des Feldes, d. h. im Schnittpunkt der Bezugsachsen und die x-Achse falle mit der Y.-Achse zusammen, dann ist in Figur 6 der geometrische Zusammenhang zwischen den bekannten Projektionen y., y„, y_ und den Projektionen x., x_ und x_ dargestellt, die normal zur y-Projektion liegen. Die x-Projektionen ergeben sich zu

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(2) X₁ = Cy₁ + 2yj / ^ = (y₃ + y^/ /Γ

(4) X₃ = (X₁ - X₂)/ V3¹ = (x₃-2y₂)/

Wie sich aus Figur 6 ergibt, ist y. = y« - X«/ so daß für die Koordinaten*

(5) X = X₁

(6) x = X₁ = (y₃

Vorzugsweise werden die Projektionen y_? und y_ zur Berechnung der x-Koordinaten verwendet, damit die Berechnung unabhängig von Fehlern bei der Berechnung der Projektion y. ist, wodurch die Genauigkeit der Koordinaten vergrößert wird. Außerdem können die Projektionen y-, y« und y«, von einem anderen Ursprung aus gemessen werden und/oder daskirteasche Koordinatensystem kann seinen Ursprung in einem anderen Punkt haben als im geometrischen Zentrum des KristalIes.

Wenn die Reihensignale von zwei Reihen zur Interpolation benutzt werden und ein kartesisches Koordinatensystem verwendet wird, dessen Ursprung im geometrischen Zentrum des Kristalles liegt, kann die Berechnung der Koordinaten

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an Hand der Gleichungen IA oder IB mittels einer in Figur 5 schematisch dargestellten Einrichtung vollzogen werden. Das Blockdiagramm in Figur bezieht sich auf die Berechnung der Projektion auf die Y -Bezugsachse, wobei es selbstverständlich isj das entsprechende Berechnungen auch für die anderen Bezugsachsen aufgeführt werden können«, Die Vorrichtungen 30 zum Berechnen des Abstandes des Lichtblitzes von der Bezugsachse Y. enthält fünf Addierschaltkreise 21, die jeweils mit den fünf Reihen der Gruppe Sl verbunden sind und die die Reihensignale Al bis A5 erzeugen und einen Grundreihendetektor 31, der die jeweilige Grundreihe bestimmt und festlegt und einen Interpolationsschaltkreis 32 mit dem die Projektion der Blitzkoordianten auf die Bezugsachse berechnet wird.

Der Grundreihendetektor 31 enthält vier Addierer 33 zum Berechnen der vier Reihensignalsummen B=A+ A^, B=A+ A^, B₃ = A₃ + A. und B. = A. +A₅ und einen logischen Schaltkreis 34, in den die Signalsummen eingegeben werden. Wenn die Eingangsgröße der Leitung 35 am Schaltkreis 34 die Eingangsgröße der Leitung 36 übersteigt, d. h. wenn B > B₀ oder A₁ > A₀ ist,

' i 1 ο

dann ändert sich der logische Zustand der Ausgangsleitung 37 der Schaltung Die logischen Zustände der übrigen Ausgangsleitungen ändern sich dabei nicht. Durch die Lage des Lichtblitzes zwischen den Reihen 1 und 2 wird wie oben beschreiben, der logische Zustand der Ausgangsleitungen 37 des Schaltkreises 34 eindeutig festgelegt. Entsprechendes gilt, wenn der Lichtblitz zwischen anderen Reihen erscheint.

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Der Reiheninterpolationsschaltkreis 32 weist mehrere Gatter 37, Speicherregister 39 und 40, eine digitale Rechnereinheit 41 und einen Addierer 42 auf. Der Ausgangswert der Schaltung 43 der proportional zur gesamten Strahlungs energie eines Lichtblitzes ist, ist an einen Einkanalanaiysator 44 angeschlossen, der als Ausgangsgröße ein Übertragungspuls Z' abgibt, wenn die gesamte Strahlungsenergie innerhalb eines vorgewählten und im Analysator eingestellten Energiebandes ist.

Die vier Gatter 38 weisen jeweils drei Eingänge auf. Ein Eingang der Gatter ist jeweils von den Ausgängen des Schaltkreises 34 abgeleitet. Einer von den Addierern 33' und 33 " und der dritte vom Ausgang des Analysator 44. Der Addierer 33' führt die Subtraktion B₀-B, _x aus, wobei die Größe B, _x

2 (no) (η, ο)

vom Proportionalitätsschaltkreis 50 entsprechend der Beziehung B. ν =αΖ gegeben wird, wobei ο < a £ 1 ist. Ähnliches gilt fUr den Addierer 33", der

die Subtraktion B₀ - B, > ausfuhrt.
3 (n,o)

Wenn die Intensität des Lichtblitzes ausreichend ist und in den gewünschten Grenzen liegt, ist jeweils ein Gatter 38 geöffnet» Wenn also ein Lichtblitz, wie es in Figur 2 dargestellt ist, bei 18 erscheint, dann ist A₁. 4- A₀ > A

O ο Ζ

und B.< B₀ > B,y was zur Folge hat, daß die Leitung 37' ihren logischen Zustand ändert, was das Gatter 38-3 durchschaltet und an dessen anderem

Eingang das Signal B- - B, ν anliegt, wobei B_ = A. + A₀ und B. ν Z \PfO) ZZo \Pt°)

proportional zu Z ist. Auf diese Weise läßt das Gatter 38-3 das Signal B₀-B,

2 Ιη,ο

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in die Rechnereinheit 41 gelangen, wozu gleichzeitig ein Puls Z'vom Analysator 44 am Gatter anliegen muß.

Die Art und Weise, in der die Interpolationsschaltung 32 den Abstand des Lichtblitzes von der Bezugsachse Y₁ berechnet, kann anhand der Figur 7 erläutert werden, die die Veränderung der Amplitude der Reihensignalsummen in Abhängigkeit vom Abstand vom Lichtblitz zwischen den Reihen darstellt, wie es in der Tabelle 1 aufgeführt ist. Es ist anzumerken, daß zwischen den Grundreihen die Änderungen innerhalb fester Grenzen liegen. Die Kurve 45 stellt die Änderung von B₉ zwischen den Grundreihen Ϊ und 2 dar und hat einen maximalen Wert von B,_ v, wenn die gewählte Grundreihe die zweite

ist und einen minimalen Wert B._ _nv . Im allgemeinen liegt die Änderung der

Endsumme B zwischen den Grenzen B, _v und B, ^_x , wobei die Steigung &B/D η (η,ο) in, D)

ist mit Λ.Β = B, \ - B, ^_n und D der Abstand zwischen den Reihen ist, (n,o) (n,D)

Im allgemeinen beträgt der Abstand eines Lichtblitzes von einer Grundreihe

(7) cL _Λ = (D/ΔΒ) (B, _λ- Β, ,J

(ι - l) ^w ' (η,ο) (n,d)'

wobei d_/# .» den Abstand eines Lichtblitzes von der aus den Grundreihen i und j gewählten Reihe darstellt und B, ,» entweder die Reihensumme der Reihen 2 und 3 oder die Reihensumme der Reihen 3 und 4 ist, was von der Lage des Lichtblitzes abhängt. Wenn beispielsweise der Lichtblitz zwischen den Reihen 3 und 4 auftritt, stellt B, ,. die Summe der Reihensignale

\ⁿ, a)

der Reihen 2 und 3 dar und d,. ._N den Abstand des Lichtblitzes von der

O-l)

gewählten Grundreihe 3.

B O 9 8 1 1 /0867

Die allgemeine Form des Abstandes y des Lichtblitzes vom Zentrum des Kristalles auf der Bezugsachse Y, gemessen beträgt

(8) γ = m (D/dB) (B, n\ - B, * ) + nD

wobei m = - 1, η = 0 1 in Abhängigkeit von der Grundreihe ist und die 1 im Index angibt, daß die Reihensignalsumme aus den Reihen der Gruppe

S, stammt» Die Größen B. _N und B. .. werden durch die Division mit Δ Β 1 (η, ο) (n,d)

genormt, wobei Δ B proportional zur gesamten Lichtmenge des Blitzes ist. Ausdrücke, die der Gleichung 8 ähneln, difinieren y_o und y„. Anhand der Gleichung 8 und der Figur 7 ist die Entfernung y. eine Funktion der Grundreihen

(8A) y = D + (D/AB) (B₍₂ * - B_f2 » ), Blitz zwischen Reihen 1 und

(8B) _y] = (D/A B) (B.₃ , - B,_{3 d)} ), Blitz zwischen Reihen 2 und 3 (8Q γ=- (D/6lB) (Β_ί3 ν - B₍₂ „ ), Blitz zwischen Reihen 3 und (8D) γ =- D - (D/AB) (B^₄ . - B. . ), Blitz zwischen Reihen 4 und

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Rechnereinheit Über eines der Gatter 38 ein analoges Eingangssignal, nämlich das vom Ort abhängige + Β» λ erhält, welches dann digitalisiert und entsprechend der Formel m (D/ΔΒ) (B, . - B. J multipliziert und dividiert wird. Die Größe Λ Β

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ist abhängig vom gesamten Licht des Blitzes und wird durch den Proportionalschaltkreis 50 erzeugt.

Anstelle einer digitalen Berechnung kann als Rechnereinheit 41 auch ein analoger Rechner oder ein Digitalanalogrechner verwendet werden_β Die Division D durch/\9 kann beispielsweise mit einem Wilkinson-Analogdigitalrechner ausgeführt werden, wobei die Änderung der Entladungsspannung die Division entsprechend der gesamten Energie eines Lichtblitzes bewirkt. In allen Fällen gelangt jedoch das Ausgangssignal des Rechners 41 in den Addierer 42, wo es mit dem Inhalt der Register 39 oder 40 in Abhängigkeit vom Ort des Lichtblitzes addiert wird.

Wenn der Lichtblitz zwischen den Reihen 1 und 2 erscheint, beträgt das der Rechnereinheit 41 über das Gatter 38-1 zugeführte Signal - B,„ ,. + B, «

(2,d) (n,o).

Da die Leitung 37 einen anderen logischen Zustand aufweist als die übrigen Leitungen, gelangt der Inhalt des Registers 39 durch den Übertragungsimpuls Z" zum Addierer 42. Am Ausgang des Addierers 42 ist damit die Gleichung 8A dargestellt.

In gleicher Weise werden die Größen y_ und y,- auf den anderen beiden Bezugsachsen berechnet. Alle drei so berechnete Größen y., y_ und y_ gelangen in die Rechnereinheit 46, die diese Werte in kartesische Koordinaten χ und y in digitaler Form umwandelt. Wenn die Koordinaten in einer analogen Form vorliegen sollen, ist ein Digitalanalogwandler 47 vorzusehen.

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Weiterhin kann an den Digitalanalogwandler 47 ein Elektronenstrahloszilloskop angeschlossen sein, dessen Elektronenstrahl entsprechend den Lichtblitzkoordinaten gesteuert wird, wobei der Übertragungsimpuls Z'die Intensitätssteuerung betätigt, so daß an der Stelle auf dem Sichtschirm ein Lichtfleck erscheint, deren Koordinaten denen des vom Strahlungsfeld emitierten Gammastrahls entsprechen«

Die Berechnung der Größen y-, y₀ und y_ erfolgte bisland in digitaler Form» Sie kann jedoch ebenso in analoger Form ausgeführt werden. Weiterhin ist die Berechnung nach Figur 7 unabhängig von der Anzahl der zur Interpolation verwendeten Reihen und unabhängig davon, ob Summen oder Differenzen der Reihensignale verwendet werden. Zu beachten ist, daß, wenn Differenzen oder Summen der Reihensignaie betrachtet werden, die Ordnung, d.h. das Vorzeichen der Reihensignale verändert werden kann, um positive oder negative Steigungen der Interpolationskurve erreichen zu können. Außerdem kann die verwendete Rechenmethode vom Ort der Grundreihe abhängen. Die elektronische Schaltung kann beispielsweise beträchtlich vereinfacht werden, wenn der Koordinatenursprung am Rand des Kristalles liegt und eine einzige Grundreihe zur Interpolation verwendet wird, wenn der Lichtblitz zwischen der durch den Ursprung gehenden Reihe und der nächsten Reihe liegt, während zwei Reihen verwendet werden müssen, wenn der Lichtblitz zwischen den zwei zur durch den Ursprung gehenden Reihe benachbarten Reihen verwendet werden, usw.

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Aus den Gleichungen 8A bis 8D ist zu ersehen, daß die Projektion des Lichtblitzes auf de Bezugsachsen aus einer analytischen Funktion der Ausgangsgrößen der Fotomultiplier berechnet wird, die vom Ort des Lichtblitzes im Kristall abhängt. Wenn der Lichtblitz zwischen den Reihen 1 und 2 erscheint, ergibt sich aus der Gleichung 8A, daß die analytische Funktion - B,_o ,* ergibt, d. h. das negative der Summe der Reihensignale A2 und A„, während, wenn der Lichtblitz zwischen den Reihen 3 und 4 liegt, die analytische Funktion + B._ ,»

ist, also die Summe der Reihensignale A^ und A«. Die Berechnung stützt sich also auf die Größen, mit denen der Ort des Lichtblitzes am genauesten bestimmt werden kann und die Auflösung gleichzeitig gleichmäßig und unabhängig vom Ort des Blitzes im Kristall ist.

In den oben beschriebenen Berechnungen werden die Ausgangssignale der Fotomultiplier zu ungewichteten Summen geformt, die die analytischen Funktionen bilden. Jedoch sind ebenso andere Funktionen, insbesondere mit gewichteten Summen, ebenfalls durchführbar. Ausführliche Fehleruntersuchungen haben neue analytische Funktionen ergeben, mit denen die Rechenergebnisse wesentlich verbessert werden können.

Die gleichmäßige Empfindlichkeit der Szintillationskamera Über der gesamten Aufnahmefläche kann mit einem Rechenschaltkreis der in der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, verbessert werden« Die gleichmäßige Empfindlichkeit ist die Fähigkeit der Kamera, gleichmäßig verteilte Lichtblitze, d. h. Lichtblitze, die durch ein gleichmäßiges Strahlungsfeld

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hervorgerufen werden, durch Koordinatenberechnungen der einzelnen Lichtblitze gleichmäßig abzubilden· AusMeßergebnissen mit der ersten Ausführungsform der Erfindung, hat sich ergeben, daß die Gleichmäßigkeit, insbesondere in der Nähe der Mittellinie der einzelnen Reihen der Fotomultiplier nicht so
gut ist, wie in der abringen Umgebung. Dies wird durch nicht Lichtlinearitäten der gewählten Grundreihensignale bewirkt, die alle eine Funktion vom Abstand der Lichtblitze von der Grundreihe darstellen und sich Λ/tehrdeutigkeiten ergeben, wenn die Lichtblitze in der Nähe der ReihenmitteHinien der Fotomultiplier
erschienen.

Die nachfolgend beschriebene zweite Ausfuhrungsform der Erfindung weist nicht nur eine gleichmäßigere Empfindlichkeitsverteilung auf, sondern auch
eine kürzere Rechenzeit, da die Ortsbestimmung des Lichtblitzes zur Ermittlung einer optimalen analytischen Funktion der Fotomultiplierausgänge
gleichzeitig mit der Bestimmung der Funktion erfolgt. Diese verbesserten Ergebnisse werden durch geeignete analytische Funktionen der Ausgangsgrößen
erreicht« Zwei verschiedene solcher Funktionen werden nachfolgend erläutert.. Es ist aber selbstverständlich, daß auch andere Funktionen und auch mehr als
zwei Verwendung finden können.

Für eine fünfreihige, hexagonale Anordnung von 19 Fotomultipliern zu drei
Gruppen mit drei Bezugsachsen werden vorzugsweise die nachfolgend genannten analytischen Funktionen verwendet

^S(l,4) = A₁ + A₅ - K₀A₃

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(_2/3) ^{= A}I ^{+ A}2 - <^A4 ⁺

wobei A. der Wert des i-ten Reihensignals und K. ein Linearisierungsfaktor ist, der nachfolgend noch erklärt wird.

Die durch die Gleichung 9 A dargestellte Funktion ist symmetrisch bezüglich der geometrischen Mittellinie einer Reihengruppe, d. h. der Reihe 3, während die durch Gleichung 9B dargestellte Funktion eine Spiegelfunktion ist, die ihr Vorzeichen wechselt oder über die Reihe 3 hinausgeht, wie es in Figur dargestellt ist. Das Summensignal S_n .. einer Reihengruppe ist linear für Lichtblitze, deren Projektion auf die gruppenzugehörige Bezugsachse in der Nähe des Kristallrandes fallen, d. h. in die Intervalle + m_ bis +P_n

und - m_n bis - p_n in Figur 10. Die Summensignale S». .* werden nicht-0 0 [{,Α)

linear, wenn die Projektionen der Lichtblitze auf die Bezugsachse in die Nähe der geometrischen Mittellinie fallen, d. h. in das Intervall +n _

und werden zu null, wenn die Projektionen auf die Bezugsachse gerade auf HHn_n fallen und erreichen ein den negativen Minimalwert, wenn die Projektionen auf die Bezugsachse genau auf die Reihe 3 fallen.

Das Summensignal S.„ ^. ist linear, wenn die Projektionen der Lichtblitze auf die Bezugsachse in die Nähe der geometrischen Mittellinie des Kristalles fallen, d„ h. in das Intervall + n. in Figur 10. Außerhalb dieses Intervalles,

d. h. in den Intervallen +τη_Λ bis +p_n und -m_ bis -p ist das Summensigna]

0 0 0 ο

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nicht linear. Mit Hilfe von Versuchen kann die Lage der Übergangspunkte Hinauf der Bezugsachse bestimmt werden, an denen das Summensignal S .„ _\ nicht linear wird. Wenn diese Punkte bekannt sind, kann die konstante K„ so bestimmt werden, daß das Summensignal S₇₁ ,, an den Punkten + n_ zu

(1,4) - 0

null wird.

Wie aus Figur 10 ersichtlich ist, variieren die beiden Summensignale linear über verschiedenen Abschnitten der Bezugsachsen, z. B. ist S,„ _* im Intervall 0 bis +n linear,S,- .. im Intervall -fm bis +p . Nichtlinearitäten ligen über vorbestimmten Teilen der Achse zum Beispiel sind die beiden Signale nicht linear im Intervall +n_ bis -hn«. Die Krümmung der Kurven der beiden Summensignale ist in diesen Abschnitten genau entgegengesetzt. Durch Abänderung dieser beiden Summensignale ist eine direkte Berechnung der Projektion des Lichtblitzes auf die Bezugsachse mit einer Addition der veränderten Summensignale möglich.

Das Summensignal S#. » wird so abgeändert, daß nur positive Werte auftreten. Bei Lichtblitzen, deren Projektion im Intervall + n_ liegt, beträgt das modifizierte Summensignal S.. ,. null, während für Lichtblitze außerhalb dieses Intervalls das geänderte Summensignal den Wert des nicht abgeänderten Summensignals S_n .. annimmt. Mathematisch kann das wie folgt ausgedrückt werden:

ClOA) (S_(](4)):' -i

^/0fürS₍₁₄₎S0

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Das Summensignal S,_{o Q}* wird so abgeändert, daß kein Wert über den Wert IM I hinausgeht, wobei IM I der absolute Wert der Amplitude bei Lichtblitzen ist, deren Projektion auf der Bezugsachse bei₊m liegt. Für Lichtblitze, deren Projektion im Intervall +m liegt, hat das abgeänderte Summensignal S_/o

— ο V-t

den Wert S,_o _., während fur Lichtblitze, die außerhalb dieses Intervalles liegen, der absolute Betrag der des Summensignal IM I ist» Mathematisch kann das wie folgt ausgedrückt werden:

(!OB) (S_(2/3))'.

^IS(2,3)^lfiIrlS{2,3)^l<Mo

IM I für IS_{/O O}J£M ο (2,3) ο

Die Projektion eines Blitzes auf die Bezugsachse erhält man aus(S,_{o O}J"₊ (S_n Die analytische Funktion am Ausgang der Fotomultiplier ist vom Ort des Lichtblitzes abhängig. Es gilt:

Blitz im Projektion

Streifen im Intervall analytische Funktion

I (+m , +p ) M +Α,+Α,-ΚΑ,

OO O I D O O

I &II

IV & V

V (-m ,-ρ ) -Μ+Α,+Α,-ΚΑ,

oo ο I ο ο ο

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Die Schaltung zum Berechnen der Blitzkoordinaten, bei der die in Figur 10 dargestellten Erkenntnisse verwendet werden, ist in Einzelheiten in Figur 11 dargestellt, wobei der Kamerakopf mit 10 bezeichnet ist. Die Ausgänge der Fotomultiplier sind in drei parallele Kanäle K,L,M aufgeteilt, die den drei Bezugsachsen entsprechen. Außerdem ist ein Energiebegrenzungskanal 63 und ein Normierungskanal 64 vorgesehen. Die drei Kanäle K, L, M sind identisch, so daß nur der K-Kanal in Einzelheiten dargestellt und nachfolgend beschreiben ist. Der K-Kanal ist in mindestens zwei Unterkanäle 65 und 66 aufgeteilt, wobei der Addierer 67 in Kanal 65 das Summensignal S.. j\der Gleichung 9A bildet, während der Addierer 68 im anderen Unterkanal das Summensignal S,_ .* der Gleichung 9B bildet, wobei Ausgangsgrößen der Fotomultiplier im Kopf 10 Verwendung finden. Die Addierer 68 und 67 sind mit Verzögerungsschaltungen 69 verbunden, die das Summensignal eine Zeitspanne t verzögern. Der in Abhängigkeit vom Lichtblitz vom Kopf 10 erzeugte Spannungsstoß 70 in Figur 12 a wird in den verzögerten Impuls 71 in Figur 12 d umgewandelt. Innerhalb der Verzögerungszeit deren Größe etwa 0,8 jj see beträgt, prüft der Begrenzungsschaltkreis 63, ob die Energie des Blitzes innerhalb der vorgelegten Grenzen liegt und in Abhängigkeit davon wird die Berechnung der Ortskoordinaten durchgeführt.

Der Addierer 72 in Kanal 63 addiert alle Ausgangsgrößen der Fotomultiplier, was einen Impuls ergibt, dessen integrierter Wert proportional zur Gesamtenergie des Lichtblitzes ist. Die Integration wird vorzugsweise durch einen

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Verstärker 73 mit einer gausschen Charakteristik, die bei etwa 0,4 μ sec Spitzen aufweist. Ein geeigneter Verstärker ist beispielsweise das Modell CAV-N-3, das von Elscint Ltd., Haifa in Israel hergestellt wird. Durch den Verstärker wird die Spitze des Impulses 74 vom Diskriminator 75 innerhalb der Verzögerungszeit t begrenzt, d. h. bevor der Impuls am Ausgang des Verzögerungskreises erscheint. Wenn die Spitze innerhalb des Energiebandes liegt, das durch den Einkanalanalysator 76 gegeben wird, der beispielsweise das Modell SCA-N-3 der Elscint Ltd., Haifa, Israel sein kann, erzeugt letzterer einen Steuerimpuls 67, der in Figur 12 c dargestellt ist. Der Steuerimpuls 77 wird den geschalteten Integratoren 78 zugeführt, die die verzögerten Summensignale über eine feste ZeirdauerTintegrieren, wie es in Figur 12 e ersichtlich ist. Wenn der Einkanalanalysator 76 keinen Impuls erzeugt, d. h. wenn die Gesamtenergie nicht ausreichend ist, findet keine Integration statt, und der Schaltkries ist sofort in der Lage, einen anderen Impuls vom Kopf 10 zu verarbeiten.

Innerhalb der IntegrationszeitTwerden etwa 95 % der Ladung des Impulses 71 dazu verwendet, einen Impuls 78 in Figur 12 f zu bilden, dessen Scheitelwert proportional zur Gesamtladung des Pulses 71 ist. Die integrierten Impulse der beiden Kanäle werden in ein digitales Signal durch den Analogdigitalwandler 79 umgesetzt, wobei gleichzeitig ein Normierungsprozeß durchgeführt wird, der während der Laufzeit der Umwandler an der Steigung 80 in Figur 12 d stattfindet. Zur Normierung wird der Kanal 64 verwendet, der einen

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Addierer 81, einen Verzögerungskreis 82 und einen geschalteten Integrator 83 einschließt. Im Addierer 81 werden alle Ausgangsgrößen der Fotomultiplier addiert, so daß ein Signal erhalten wird, das dem am Addierer 72 entspricht. Wenn die Gesamtenergie innerhalb des erforderlichen Energiebandes liegt, wobei der genaue Energiewert am Ausgang des Integrators 83 als Spitzenwert vorliegt, ähnlich wie die Summensignaie an den Integratoren 78, wird die Normierung, d.h. die Division durch die Gesamtenergie ausgeführt, während der Umwandlungszeit der Wandler 79, indem die Entladungsgeschwindigkeit des Analogdigitalwandlers 79 verändert wird. Während am Eingang der Analogdigitalwandler 79 die Orts- und Energieeinformationen vorliegen, sind am Ausgang dieser Umwandler nur noch die OrfsinformaHonen in Form von Impulsfolgen vorhanden, wobei deren impulszahl proportional zur Größe der Summensignalt S_n ,» und S_/o __λ ist.

Die digitale Begrenzung für den unteren Grenzwert des Summensignals S. ..

V'/⁴/

und des oberen Grenzwertes des Summensignals S.„ ~. wird durch die Schaltung und Register der Bauelemente 85 und 86 erreicht. Im Kanal 65 beginnt das Bauelement 85 erst dann die einzelnen Impulse aufzuspeichern, wenn die Anzahl der Impulse eine Zahl, die N_n entspricht, Überschreitet. Im Kanal 66 speichert das Register, das zunächst gelöscht wird, die Impulse, die vom Ausgang des Analogdigitalwandlers kommen, jedoch nur bis zu einer Maximalzahl, die der Zahl A/L entspricht. Die Ausgänge der Register 85 und 86 weisen die digitalen Darstellungen der geänderten Summen(S_{n AX})'und (S _(r) ^)'auf.

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Diese modifizeirten Summensignale gelangen jn den Addierer 87 und ergeben dann eine Zahl, die proportional zur Entfernung des Lichtblitzes vom Zentrum des Kristalls ist. Anhand dieser Zahl läßt sich jedoch noch nicht erkennen, ob der Lichtblitz auf der einen oder anderen Seite der Mittellinie liegt. Diese Mehrdeutigkeit wird durch die Polarität des Summensignals S,- ~ beseitigt,

U/t)

das vom Absolutwertverstärker 88 in den Kanal 66 gelangt und den Koordinatenschalter 89 zugeführt wird. -

Wenn es erforderlich ist, kann der Urpsrung von der Reihe 3 zur Reihe 5 geschoben werden, so daß die Koordinatenwerte positiv sind oder gleichgerichtet, obwohl ein Koordinatensystem mit seinem Ursprung im Mitreitpunkt des Kristalls ebenso möglich ist. Im letzteren Fall wird der Ausgang des Verstärkers 88 dazu verwendet, den Ausgang des Addierers ein zusätzliches Signal zuzufügen. Wenn die Koordinatenachse auf die Reihe 5 geschsoben ist, wird eine vorherbestimmte Konstante zum Ausgang des Addierers 87 addiert, die davon abhängt, auf welchen Streifen der Lichtblitz fällt, was durch die Polaritätsinformation des Verstärkers 88 festgelegt wird.

Schließlich wird die Projektion K des Lichtblitzes auf die Bezugsachse mit den Projektionen L und N in einem Rechner 90 kombiniert, so daß nach der Berechnung die x- und /-Koordinaten zur Verfugung stehen. Diese liegen in digitaler Form vor und können so weiterverarbeitet, werden. Falls die Koordinaten in analoger Form erwünscht sind, mUssen die digitalen X- und

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y-Signale über einen Digitalanalogwandler 91 umgewandelt werden.

Die spezifischen Summensignale S_{n λχ} und S,_ «» sowie ihre abgeänderten Formen stehen stellvertretend für andere analytische Funktionen am Ausgang der verwendeten Fotomultiplier. Andere Funktionen, die aus Versuchen abgeleitet werden können, sind ebenfalls möglich.

Wegen des zufälligen Charakters der Lichtblitze, auf die die Schaltung gemäß Figur 11 reagieren muß, ist es erforderlich, an den Eingängen der geschalteten Integratoren 78 der Kanäle K, L₇M und am Eingang des Integrators 83 des Normierungskanals 64 eine Schaltung zum Ermitteln der Grundlinien vorzugsehen. Solche Schaltungen sind in der Zähltechnik jedoch hinlänglich bekannt, so daß es aus diesem Grund nicht erforderlich ist, sie in den Zeichnungen darzustellen.

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Claims (22)

1. Patentansprüche

   / l.y#zintillations-Kamera, gekennzeichnet durch

   α) einen ebenen, gleichmäßigen Szintillationskristall, welcher in einem räumlich begrenzten, dem Erzeugungsort entsprechenden Bereich auf Strahlungen durch die Erzeugung von Lichtblitzen anspricht,

   b) eine Anzahl von FotomultiplierniFotoelektronenvervielfacher), die mit ihren optischen Achsen senkrecht zur Ebene des SzintiIlationskristalIs angeordnet sind und Fotokathoden zur Aufnahme des vom Kristall abgegebenen Lichtes haben und

   c) Rechenschaltkreise, die mit den Fotomultiplieren verbunden sind zum Ermitteln der Projektion eines Lichtblitzes im Kristall auf einer in der Kristallebene liegenden Bezugachse in Verbindung mit Hilfsmitteln zur Erzielung einer analytischen Funktion an den Ausgängen der Fotomultiplier, die abhängig ist vom Ort des Lichtblitzes im Kristall.
2. 2.) Szintillationskamera nach Anspruch 1, bei der die Fotomultiplier ein Muster bilden, dessen Grundform mindestens drei Fotomultiplier aufweist, die mindestens zwei sich schneidenden parallelen Reihengruppen zugeordnet sind, wobei zu jeder solchen Reihengruppe eine senkrecht dazu in der Kristallebene verlaufende Bezugachse gehört und die Rechenschaltkreise jeweils einer dieser Bezugachsen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Reihe einer der Bezugachsen zugeordneten Reihengruppe im Rechenschaltkreis ein Addierer zugeordnet ist zum Addieren der Ausgänge der Foto·=· multiplier in einer Reihe und zum Erzeugen eines vom Lichtblitz abhängigen Reihensignals, und daß weiter Mittel vorgesehen sind zum Berechnen der Projektion des Lichtblitzes auf diese eine Bezugachse, wobei ein Reihensignal verwendet wird, welches einer aus zwei benachbarten Fotomultiplierreihen dieser Gruppe ausgewählten Reihe entstammt-, zwischen denen der Lichtblitz erschien und die als "Grundreihen" bezeichnet werden.

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3. 3. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen der Projektion nur ein einziges Reihensignal verwenden, welches durch eine aus den beiden Grundreihen ausgewählte Reihe erzeugt wird.
4. 4. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen der Projektion nur die Summe benutzen aus ■ einem Reihensignal, welches von einer aus den beiden Grundreihen ausgewählten Reihe erzeugt wird und den Reihensignalen mindestens einer der Nicht-Grundreihen, die der ausgewählten Grundreihe benachbart ist.
5. 5« Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen der Projektion die Differenz zwischen den Reihensignalen benutzen, die durch die Grundreihen erzeugt werden.
6. 6. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Mittel zum Berechnen der Projektion die Differenz benutzen zwischen den Reihensignalen, die erzeugt werden von einer aus den beiden Grundreihen ausgewählten Reihe und der Summe der Reihensignale, die von der anderen Grundreihe und mindestens einer benachbarten Nichtgrundreihe erzeugt werden.
7. 7. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Berechnen der Projektion die Differenz benutzen zwischen der Summe der Reihensignale, aus einer der beiden Grundreihen und mindestens einer damit benachbarten Nicht-Grundreihe und der Summe der Reihensignale, aus der nicht ausgewählte Grundreihe und aus mindestens einer Nicht-Grundreihe, die mit dieser benachbart ist.
8. 8. Szintillationskamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Berechnen der Projektion die Summe benutzen aus einem Reihensignal, welches durch eine aus den Grundreihen ausgewählte Reihe und dem Reihensignal einer Nicht-Grundreihe, die der ausgewählten Grundreihe benachbart ist, erzeugt werden.

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9. 9. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Berechnung der kartesischen Koordinaten eines Lichtblitzes vorgesehen sind, wobei das kartesische Koordinatensystem eine vorherbestimmte räumliche Lage im Kristall aufweist.
10. 10. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Fotomultiplier hexagonal ist, wobei drei Gruppen von sich schneidenden parallelen Reihen von FotomuItipiiern vorgesehen sind, deren zugehörige Bezugsachsen sich in einem Winkel von 60 scheinden,
11. 11. Szintillationskamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Fotomultiplier Rechteckform aufweist, wobei zwei Gruppen von sich schneidenden parallelen Reihen von Fotomu I tipi iern vorgesehen sind, deren Bezugsachsen sich in einem Winkel von 90 schneiden,
12. 12. Szintillationskamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß . Mittel vorgesehen sind zum Summieren der Ausgangsgrößen aller Fotomultiplier, wodurch ein Maß fur die Gesamtenergie des Lichtblitzes gegeben ist, und ,daß weiterhin Mittel vorgesehen sind zum Normieren der Ausgangsgrößen der Fotomultiplier durch einen Divisionsvorgang, der die Gesamtenergie eines Lichtblitzes umfaßt.

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13. 13. Szintillationskamera nach Anspruch I₇ dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der geometrischen Empfindlichkeit die Fotomultiplier in einem bestimmten Abstand über dem Kristall angeordnet sind.
14. 14. Szintillationskamera nach Anspruch 1, bei der die Fotomultiplier ein Muster bilden, dessen Grundform mindestens drei Fotomultiplier aufweist, die mindestens zwei sich schneidenden parallelen Reihengruppen zugeordnet sind, wobei zu jeder solcher Reihengruppe eine senkrechte dazu in der Kristallebene verlaufende Bezugsachse gehört und die Rechenschaltkreise jeweils einer dieser Bezugsachsen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

    a) Mittel vorgesehen sind zur Bildung eines Paares von Signalen, die verschiedene analytische Funktionen der Fotomultiplier-Ausgangsgrößen einer der Bezugsachsen zugeordneten Gruppe darstellen,

    b) jedes Signal solange linear variiert, wie die Projektion eines Lichtblitzes sich über verschiedenen Teilen der Bezugsachse bewegt,

    , c) jedes Signal solange nicht?linear variiert, wie die Projektion eines Lichtblitzes sich über einem gemeinsamen Teil der Bezugsachse bewegt und

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    d) Mittel vorgesehen sind zum Berechnen der Projektion eines Lichtblitzes auf diese eine Bezugsachse, wobei das eine oder andere Signal verwendet wird, wenn die Projektion des Lichtblitzes auf dem Teil der Bezugsachse liegt, über welchen das Signal linear ist oder eine analytische Kombination des Signals verwendet wird, wenn die Projektion des Lichtblitzes auf dem gemeinsamen Teil der Bezugsachse liegt.
15. 15. Szintillationskamera nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Reihen von Fotomultipliern in einer Gruppe zusammengefaßt sind und eine analytische Funktion der Ausgangsgrößen der Fotomultiplier proportional ist zu A. + Α_ς - K_n A_, wobei A. die Summe der Ausgangsgrößen der Fotomultiplier der i - ten Reihe ist und K_ eine Konstante ist und eine andere analytische Funktion proportional zu A₁ + A_ - (A, +A_).
16. 16. Szintillationskamera nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die analytische Funktion der beiden Signale ihre Summe ist.
17. 17. Szintillationskamera nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Reihen von Fotomultipliern in einer Gruppe zusammengefaßt sind und eine analytische Funktion der Ausgangsgrößen der Fotomultiplier proportional ist zu A. + A_ - K-. A«, wobei A. die Summe der Ausgangsgrößen der Fotomultiplier der i-ten Reihe ist und K_n eine Konstante ist und eine andere analytische Funktion proportional zu A. + A„ - (A4+ A5).

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18. 18. Szintillationskamera nach Anspruch 14, bei der MitteJ zum Berechnen der Projektion des Lichtblitzes auf diese eine Bezugsachse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

    a) die Mittel mindestens zwei Kanäle aufweisen, die ein Paar Addierer entahlten, die die Ausgangsgrößen einer Vielzahl von Fotomultiplierreihen in der der Bezugsachse zugeordneten Gruppe zu vom Lichtblitz abhängige Summensignale algebraisch addieren und die ein mit dem Addierer in Verbindung stehenden Verzögerungsschaltkreis zum Verzögern der Summensignale aufweisen und die einen geschalteten Integrator enthalten zum Integrieren der Summensignale über ein vorherbestimmtes von einem Schaltimpuls abhängiges Zeitintervall zum Erzeugen eines Signalpaares, dessen Größe eine Funktion von der Energie des Lichtblizes und seines Entstehungsortes ist und

    b) die Mittel zum Feststellen der Energie einen Schaltimpuls erzeugen, der den geschalteten Integrator innerhalb der Verzögerungszeit des Verzögerungsschaltkreises zugeführt wird, wenn die Energie eines Lichtblitzes innerhalb eines vorherbestimmten Energiebandes liegt, so daß die Summensignale nur dann integriert werden, wenn die Energie des Lichtblitzes in diesem Energieband liegt.

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19. 19. Szintillationskamera nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal einen Analogdigitalwandler aufweist, der die Ausgangsgrößen der geschalteten Integratoren in, in Abhängigkeit zur Gesamtenergie des Lichtblitzes genormte, digitale Signale umwandelt.
20. 20. Szintillationskamera nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal einen Logikschaltkreis aufweist, der in Abhängigkeit der normierten Signale des Analogdigitaiwandiers ein modifiziertes digitales Signal erzeugt, dessen Größe von der Beziehung zwischen dem normierten digitalen Signal und einer Konstante abhängt.
21. 21. Szintillationskamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bezugsachse zugeordneten Mittel einen Addierer aufweisen, der die modifizierten digitalen Signale addiert, so daß sich ein digitales Signal ergibt, welches der Projektion des Lichtblitzes auf die Bezugsachse entspricht.
22. 22. Szintillationskamera nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die algebraischen Summen der Addierer der beiden Kanäle ^S(l,4) ^{= A}l ^{+ A}5 " ^Ko ^A3' ^S(2,3) ^{= A}l ^{+ A}2 " ^^A4 ^{+ A}5* ^betraaen' ^wobei

    A. die Summe der Ausgangsgrößen der i-ten Fotomultiplierreihe und K ein ι ο

    Linearisierungsfaktor ist.

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