DE2453772A1

DE2453772A1 - Schnellansprechende kamera fuer bildwandlerroehren

Info

Publication number: DE2453772A1
Application number: DE19742453772
Authority: DE
Inventors: Walter Henry Berninger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1975-05-22
Also published as: SE7414315L; FR2251907A1; JPS5085382A; JPS5531431B2; GB1489888A; FR2251907B1; SE392180B; US3890506A; CA1007281A; NL7414965A

Description

Schnellansprechende Kamera für Bildwandlerröhre η

Die Erfindung betrifft ein stationäres Gerät, das keinen Abtastvorgang zur Erzeugung einer Abbildung der Verteilung der Quellen für Kernteilchen oder elektromagnetische Strahlung benötigt, und insbesondere .eine Gamma-Kamera des Typs mit Bildverstärker, wobei sich der Messfühler, welcher die Energie und die Koordinaten bezüglich zweier Achsen für die auftreffenden Strahlen oder Teilchen ermittelt, im Innern eines abgedichteten Glaskolbens befindet.

Die Kernmedizin ist zur Zeit eines der am schnellsten wachsenden Gebiete der medizinischen Diagnose- Die allgemeinste Anwendung der Kernmedizin bei der medizinischen Diagnose beinhaltet die Verabreichung einer kleinen Dosis eines radioaktiven Pharmazeutikums

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an den Patienten durch Injektion, durch Einnehmen oder Einatmen. Das radioaktive Pharmazeutikum, d.h. ein kurzlebiges, Gamma-Strahlen emittierendes Isotop (beispielsweise Technetium-99 m) wurde dabei zuvor in eine geeignete chemische Verbindung umgewandelt, so daß das Isotop entweder von einem bestimmten Organ oder Bereich des Körpers des Patienten angezogen wird oder diesen Körperbereich meidet. Zur Feststellung der Isotopenverteilung mit Hilfe der Gammastrahlen-Emission wird ein nicht in den Körper eindringendes Gerät verwendet und dieses liefert dem Arzt wertvolle Diagnoseinformationen.

Die Überwachung der Gammastrahlen-Emission wird am häufigsten mit einem Gerät ausgeführt, das auch als Gamma-Kamera bekannt ist, und insbesondere mit einer Szintillations-Kamera, wie sie in der US-Patentschrift No. 3.011.057 beschrieben ist.

Es wurden auch andere Bauformen einer Szintillationskamera entwickelt. Keine dieser Bauformen hat sich jedoch so stark durchge-.setzt wie die in der vorgenannten US-Patentschrift beschriebene Kamera. Der Grund hierfür liegt in einer oder mehreren Beschränkungen, die in der gegenwärtigen Form solcher Einrichtungen inhärent sind.

Kürzlich wurde in der US-Patentschrift 3.683.185 ein neuer Lösungsweg zur Abbildung von Gammastrahlen in Form einer Szintillations-Kamera des Bildverstärkertyps angegeben.

Weiterhin wurden Bildverstärker-Gammakameras entwickelt, die eine photographische Wiedergabe benutzen. Sie waren jedoch wegen ihrer schlechten räumlichen Auflösung kommerziell nicht erfolgreich.

Nachstehend wird die erfindungsgemäße Kamera-Einrichtung mit Bildverstärker als eine Gamma-Kamera beschrieben. Selbstverständlich ist sie auch geeignet zur Verwendung mit anderen Arten elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise mit Röntgenstrahlen, und

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auch mit Kernteilchen, beispielsweise mit Positronen. D.h., die erfindungsgemäße Kamera mit Bildwandlerröhre kann zur Feststellung der Verteilung einer beliebigen Strahlung oder beliebiger Teilchen verwendet werden, auf welche der Szintillator anspricht.

Zusammengefaßt wird erfindungsgemäß eine verbesserte Kamera mit sehr schneller Ansprechzeit und Bildwandlerröhre geschaffen, die ein abgedichtetes Gehäuse mit einer ersten Schicht eines Phosphors und einem ersten Photo-Kathoden-Film am Eingangsende desselben enthält und weiterhin einen Positionsmessfühler in Halbleiterbauweise zur Feststellung der Lage bezüglich zweier Achsen besitzt, der im Inneren des Gehäuses am ausgängsseitigen Ende angeordnet ist. Zwischen dem Photokathodenfilm und dem Halbleiter-Positionsmessfühler sind geeignete Beschleunigungs- und Fokussierungselektroden zur Beschleunigung der Elektronen angeordnet, die beim Auftreten von Kernteilchen oder elektromagnetischer Strahlung auf die Schicht des Phosphors und bei Absorption in der_selben von dem Photokathodenfilm emittiert werden. Die beschleunigten Elektroden werden auf den Halbleiter-Positionsmessfühler fokussiert und bewirken eine impulsförmige Hochenergie-Elektronenanregung desselben, so daß man einen beträchtlichen Gewinn in der Quantenausbeute im Vergleich zur konventionellen Anregung eines Messfühlers durch Lichtphotonen mit niedriger Energie erhält. Durch diese verstärkte Quantenausbeute wird die Notwendigkeit zur Benutzung mehrerer Verstärkungs- oder Bildverstärkungsstufen beseitigt und man erhält daher eine verbesserte Abbildungsqualität und eine schnellere Ansprechzeit im Vergleich zur konventionellen Gammakamera mit Bildröhre. Der Halbleiter-Positionsmessfühler erzeugt bei Vorhandensein seiner impulsförmigen hochenergetischen Elektronenanregung elektrische Signale, aus denen die x- und y-Koordinaten und die Energie der auftreffenden Strahlen oder Teilchen in einer elektronischen Schaltungsanordnung ermittelt werden, welche ausserhalb des Gehäuses angeordnet ist. Eine geeignete Ausleseeinrichtung ist mit dem Ausgang der elektronischen Schaltungsanordnung zur Aufzeichnung der χ- und y-Koordinaten der auftreffenden Strahlen oder Teilchen und der Energie derselben verbunden. Bei Anwendungsfällen,

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in denen ein höherer Verstärkungsgrad erforderlich ist, wird noch eine zusätzliche Verstärkungsstufe benutzt.

Ein besseres Verständnis der Erfindung, ihres Aufbaues und ihrer Arbeitsweise ergibt sich zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen derselben aus der nachstehenden Beschreibung bestimmter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen, in denen gleiche Teile in den einzelnen Abbildungen mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet sind.

Die Figur 1 zeigt eine Ansicht einer einstufigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, welche teilweise in Form eines Blockschaltbildes dargestellt ist.

Figur 2 zeigt eine vergrösserte perspektivische Ansicht des benutzten Halblei ter-Positöons-Messfühlers für die Lage bezüglich ■ zweier Achsen.

Die Figur 3 gibt eine Ansicht einer zweistufigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung.

Die Figur 3a zeigt eine Ausgangsstufe einer erfindungsgemässen Anordnung mit Nahfokussierung.

Die Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Rechnerschal tung, welche für die erfindungsgemässe Anordnung verwendbar ist.

Es wird nunmehr im besonderen auf die Figur 1 Bezug genommen. Sie zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei ein abgedichtetes evakuiertes inneres Gehäuse IO zweckmässigerweise die Form eines Glaskolbens mit einem Eingangsende 1Oa mit großem Durchmesser und einem Ausgangsende lob mit kleinem Durchmesser besitzt. Die Seiten und das Ausgangsende,des Gehäuses IO sind zweckmässigerweise von einer magnetischen Abschirmung lOc umgeben,

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die typischerweise aus Mu-Metall gebildet sein kann. Ein konzentrisches äußeres Gehäuse iod, das nicht abgedichtet sein muß und aus Aluminium gebildet sein kann, ergibt eine Abstützung der Abschirmung lOc und des inneren Gehäuses 10 und liegt vorzugsweise auf Erdpotential. Das Eingarigsende 10a besitzt typischerweise einen Durchmesser von etwa 30 cm (12 Zoll); es kann jedoch entsprechend bestimmter Anforderungen größer oder etwas kleiner sein. Das Ausgangsende besitzt typischerweise einen Durchmesser von etwa 2,5 cm (1 Zoll) für einen Positions-Messfühler mit den Abmessungen 2O χ 2O mm. Das Eingangsende des Gehäuses IO wird nachstehend als Eintrittsfenster 10a aus Glas und das Ausgangsende als Rückplatte 10b bezeichnet, welche entweder aus Glas oder einem anderen elektrisch nicht leitenden Material bestehen kann; dieses muß nicht lichtdurchlässig sein. Das Eingangsfenster 1Oa ist wie im Falle einer konventionellen Bildverstärkerröhre gewölbt und über die gesamte Oberfläche des Eingangsfensters 10a, und vorzugsweise entlang der äußeren (konvexen) Oberfläche desselben wird eine Schicht 11 eines Einkristall-Phosphors aufgebracht. Diese · Phosphorschicht 11 besitzt eine gleichförmige Dicke in der Größenordnung von etwa 1,2 cm (1/2 Zoll) und ist aus einem Material gebildet, das bei Vorhandensein der bestimmten überwachten Strahlung oder Teilchen eine Szintillation zeigt. Diese eingangsseitige Phosphorschicht ist allgemein in dem Gebiet der Nuklear-Medizin als ein Szintillationskristall oder Szintillator bekannt und kann typischerweise ein mit Thallium aktiviertes Natriumjodid, NaI (Tl), CsI (Tl) oder CsI (Na) zur Messung von Gammastrahlung sein.

Eine geeignete dünne Aluminiumabschirmung 11a (mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa O,8 mm) (1/32 Zoll), befindet sich in einem geringen Abstand vom Szintillator 11 und ist entlang der Aussenkante des Eingangsfensters abgedichtet, um eine Möglichkeit zur Isolation..·des Szintillators von der Umgebung zu schaffen. Der abgedichtete Raum zwischen dem Szintillationskristall 11 und der Abschirmung 11a wird typischerweise mit trockenem Stickstoff bei einer Atmosphäre gefüllt. Alternativ hierzu kann der Szintillator

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auf der inneren (konkaven) Oberfläche des Eingangsfensters 10a angebracht werden. Diese Anordnung wird jedoch nicht bevorzugt, da dann eine zusätzliche Isolationseinrichtung zwischen dem Szintillator und einem Photokathodenfilm 12 erforderlich sein kann und dies bei einer Dicke von etwa 1,2 cm (1/2 Zoll) nur schwierig zu bewerkstelligen ist. Wie in Figur 1 abgebildet, wird der Photokathodenfilm 12 vorzugsweise entlang der inneren Oberfläche des Eingangsfensters aufgebracht. Der Photokathodenfilm 12 besitzt eine gleichförmige Dicke von etwa 100 Angström und ist aus einem Material gebildet, das bei der Wellenlänge der Szintillation des Szintillators 11 einen hohen Quantenwirkungsgrad besitzt. Für die gewöhnlichen Szintillationsmaterialien kann der Photokathodenfilm 12 typischerweise aus einem Gemisch von Kalium, Caesium und Antimon bestehen. Ein geeigneter Kollimator 13 für Gammastrahlung (typischerweise eine Bleiplatte mit einer Dicke von etwa 2,5 cm mit einer großen Anzahl von kleinen Durchbohrungen, die gleiche Abmessungen und gleichen Abstand besitzen) wird allgemein verwendet und zwischen den Szintillator 11 und das bestimmte Organ oder den bestimmten Bereich des Körpers eines Patienten 14 eingefügt, welcher gerade abgebildet werden soll. Alternativ hierzu kann an Stelle eines Gammastrahlenkollimators das kürzlich entwickelte System mit kodierter Abbildungsapertur benutzt werden. Für jedes Quant der Gammastrahlung mit einer Energie von 140 keV, das im Szintillationsteil 11 absorbiert wird, werden in der Photokathode etwa 500 Photoelektronen abgegeben.

Die von dem Photokathodenfilm 12 abgegebenen Photoelektronen werden durch eine geeignete Elektrode 15 fokussiert, die entlang der inneren Oberfläche des Glaskolbens in unmittelbarer Nähe des Eingangsendes desselben angeordnet ist. Die Elektrode 15 ist mit dem richtigen Spannungsteilerpunkt einer geeigneten Gleichspannungsquelle verbunden und wird auf einem Potential V, gehalten, das mehrere lOO Volt positiv bezüglich Erde ist. Die Elektronen jenseits des Kreuzungspunktes ihrer Laufwege (durch gestrichelte Linien angedeutet) werden auf einen Halbleiter-Positions-Messfüh-

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ler 16 für die Feststellung der Lage bezüglich zweier Achsen fokussiert, der entlang oder benachbart zur inneren Oberfläche der Rückplatte 1Ob angeschlossen ist. Die von dem Photokathodenfilm 12 abgegebenen Elektronen, dieser wird vorzugsweise auf Erdpotential betrieben, werden auf etwa 30 kV (oder in einem Bereich zwischen 25 bis 40 kV) mittels einer Elektrode 17 beschleunigt, die mit dem richtigen Spannungsteilerpunkt (positives Potential V_) der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die Beschleunigungselektrode 17 ist im Innern des Gehäuses 10 in unmittelbarer Nähe zu dem positionsempfindlichen Detektor 16 angeordnet und befindet sich jenseits des Kreuzungspunktes der Elektronenbahnen.

Der Positionsmessfühler 16 ist mit weiteren Einzelheiten in Figur wiedergegeben und besitzt 4 mit seinem Ausgang verbundene elektrische Leiter, welche durch die Rückplatte 10b herausgeführt sind. Drei dieser Leiter sind mit einer außen angebrachten elektronischen Berechnungsschaltung 18 verbunden und der vierte Leiter ist mit der Gleichspannungsquelle an dem Punkt mit der höchsten Spannung (positives Potential V_) verbunden. In dieser Ausführungsform (ohne eine Kanalplatte 16a) ist diese Spannung V₃ im allgemeinen gleich der Spannung V₂- Die elektronische Schaltung 18 gemäß der Darstellung in Figur 4 bestimmt die x- und y-Koordinaten und die Energie der auf dem Positions-Messfühler 16 auftreffenden Elektronen, welche ihrerseits den x- und y-Koordinaten und der Energie der auftreffenden Gamma-Strahlen entsprechen. Der Ausgang der elektronischen Schaltung 18 ist mit einer geeigneten Ausleseeinrichtung 19 verbunden, die beispielsweise eine konventionelle Kathodenstrahlröhre sein kann. Alternativ hierzu kann die Ausleseeinrichtung 19 ein Magnetband oder eine andere geeignete digitale Aufzeichnungseinrichtung sein oder ein Mittel zur Speicherung der Information bezüglich der x- und y-Koordinaten und der Energie der auftreffenden Gamma-Strahlen für eine spätere Auslesung auf einem photographischen Film oder auf einer Kathodenstrahlröhre.

Die Arbeitsweise der in Figur 1 abgebildeten einstufigen Gamma-Kamera ist wie folgt: die von den bestimmten Organen oder dem Be-

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reich des Körpers des untersuchten Patienten abgegebenen Gammastrahlen treffen auf den Kollimator 13 auf und die kollimierten Gamma-Strahlen werden in dem Szxntxllationsmaterial Il absorbiert. Jedes absorbierte Gamma-Quant in dem Szintillationsteil 11 verwandelt sich in einen Lichtimpuls, wobei die Anzahl der optischen Photonen proportional der Energie ,der absorbierten Gamma-Strahlung ist. Die optischen Photonen werdenYdurch den Photokathodenfilm 12 erfaßt, welcher die Lichtphotonen in Photoelektronen umwandelt. Da die Anzahl der vom Photokathodenfilm 12 abgegebenen und auf den Positions-Meßfühler 16 auftreffenden Elektronen proportional der Anzahl der auftreffenden Lichtphotonen ist, ist die Anzahl der Elektronen auf diese Weise auch proportional der Energie der absorbierten auftreffenden Gamma-Strahlung und die Gamma-Kamera hat die Fähigkeit zur Energieauflösung. Die vom Photokathoderifilm 12 emittierten Elektronen werden dann in ihren Laufbahnen durch den evakuierten Kolben 10 beschleunigt und auf den positionsempfindlichen Detektor 16 fokussiert. Der Halbleiter-Positionsmeßfühler 16 wird auf dem hohen Potential V~ betrieben und erzeuqt ein elektrisches Signal (dieses besitzt drei Komponenten Q,, Q₂, Q₃), welches in der elektronischen Rechnerschaltung 18 weiter verarbeitet wird, um Spannungssignale zu erzeugen, welche die x- und y-Koordinaten und die Anzahl der auftreffenden Elektronen als Folge jedes auftreffenden Gamma-Strahls darstellen.

Der positionsempfindliche Detektor 16 ist ähnlich den in den US.Patentschriften No. 3.354.313 und 3.369.124 beschriebenen Anordnungen. Er besteht aus einem Körper 20, aus einem leichtdotierten Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand und einem ersten Leitfähigkeitstyp ("n"-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 2.0OO Ohm-cm wird als Erläuterungsbeispiel angenommen). Der Körper 20 kann typischerweise einen Querschnitt (d.h. in der Ebene senkrecht zu den auftreffenden Elektronen) in quadratischer Form besitzen und Abmessungen von 2O χ 20 mm und eine Dicke von mehreren 0,025 mm (mehreren Tausendstel Zoll) besitzen. Die gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers 20 sind eben und parallel.

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Eine gleichförmige dünne Schicht 20a auf dem oberen Teil des Körpers 2O, d.h. auf der Oberfläche, auf der die auftreffenden Elektronen ankommen, enthält ein Dotierungsmaterial zur Erzeugung einer stark dotierten gleichförmig dünnen Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist (d.h. für η-Silizium besitzt die Schicht 2Oa den Leitfähigkeitstyp p). Die Tiefe des schmalen p-n-Übergangsbereiches, der von der Schicht 20a gebildet wird, wird so gewählt, daß sie kleiner ist als die Reichweite der auftreffenden Elektronen. Die Schicht 20a bildet eine erste Kontaktschicht, von der angenommen wird, daß sie für die auftreffenden Elektronen praktisch transparent ist und einen gleichförmigen Flächenwiderstand (sheet resistance) in der Größenordnung von 3O.OOO Ohm pro Flächeneinheit (per square) besitzt. In gleicher Weise enthält eine gleichförmig dünne Schicht 2Ob im unteren Teil des Körpers 2O, d.h. an der der Schicht 20a entgegengesetzten Oberfläche ein Dotierungsmaterial zur Erzeugung einer stark dotierten gleichförmig dünnen Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche eine zweite Kontaktschicht bildet, die ebenfalls einen gleichförmig hohen Flächenwiderstand mit der gleichen Größenordnung wie die erste Kontaktschicht besitzt* Vier Anschluß-Streifen mit niedrigem spezifischen Widerstand sind mit den Kontaktschichten verbunden oder auf ihnen gebildet gemäß der Darstellung der Abbildung, wobei die ersten beiden Streifen 21, 22 parallel längs der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 2Oa und entlang von zwei gegenüberliegenden Kanten derselben liegen. In gleicher Weise liegen die beiden anderen Anschluß-Streifen 23, 24 parallel an der unteren Oberfläche der Kontaktschicht 2Ob und verlaufen entlang der beiden Kanten, welche senkrecht zu den ersten beiden Kanten stehen. Der Positionsmeßfühler besitzt eine Vorspannung in Sperr-Richtung, um einen Abreicmingsbereich oder Verarmungsbereich zu bilden, der sich durch den größten Teil (oder sogar durch den gesamten Teil) der η-Zone im Körper 20 erstreckt, wie es durch die Amplitude der Vorspannung bestimmt ist (dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Anschluß-Streifen 24 mit dem Punkt der Gleichspannungsquelle mit der höchsten Spannung V^ verbunden ist und

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der Anschlußstreifen 21 über einen Widerstand mit einem Spannungspunkt V. verbunden ist, der in der Größenordnung von 100 V weniger positiv ist als V_). Es ist zu beachten, daß sich die Kapazität des Meßfühlers mit Steigerung des Abreicherungsgrades des Körpers aus Halbleitermaterial verringert und man dadurch einen schneller ansprechenden Meßfühler erhält. Der Abreicherungsgrad wird dabei durch den Leckstrom bedingt. Es ist weiterhin zu beachten, daß sich die Ansprechzeit mit Erhöhung des Widerstandes der Kontaktschicht vergrößert. Die Auflösung der Positions- oder Lagewerte verringert sich jedoch mit verringertem Widerstand der Kontaktschicht. Es ist daher eine Optimierung bezüglich der Wahl des Flächenwiderstandes der Einrichtung gemäß dem gewünschten endgültigen Verwendungszweck erforderlich.

Es sei angenommen, daß ein Paket von Elektronen auf der oberen Oberfläche des Halbleiter-Positionsmessfühlers nach der Abbildung in Figur 2 auftrifft. Nach dem Eintritt in das Halbleitermaterial (durcli die Pfeile gezeigt) verlieren die Elektronen ihre Energie durch die Erzeugung von Paaren von Löchern und Elektronen in der Abreicherungszone, wobei diese Erzeugung in einem Verhältnis von etwa 3,6 eV pro Paar erfolgt. Die erzeugten Paare von Löchern und Elektronen bewegen sich entlang dem durch die Vorspannung zur Sperr-Richtung erzeugten elektrischen Feld zu den Kontaktschichten und erscheinen an den Kontaktoberflächen etwa an der Schnittstelle der Verlaufbahn der Elektronen (durch gestrichelte Linie dargestellt) und der Kontaktoberflächen. An jeder Kontaktschicht teilt sich der Impuls mit der Ladung Q gemäß dem Ohm'sehen Gesetz zwischen den Anschlüssen 1 (Anschluß-Streifen 21) und 2 (Anschluß-Streifen 22) proportional zum effektiven Flächenwiderstand R₂ und R, auf, welche im wesentlichen proportional dem Abstand des Elektronenaufprallpuriktes P zu den Anschlüssen des Positbns-JMeßfühlers sind, d.h. Q-,/Q₂ = R₂/R·,. Diese Aufteilung setzt voraus, daß ladungsempfindliche Verstärker angeschlossen sind (S, und S₂ an den Anschlüssen 1 und 2), welche bezüglich der Impulse praktisch eine Wechselspannungserdung besitzen. Daher.ist die an den Anschlüssen 1 bzw. 2 erscheinende Ladung Q, bzw. Q₂ proportional .

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einer Koordinate (hier angenoinmenerweise gleich der x-Koordinate) der auf treffenden Elektronen, bezogen auf die Kanten des Anschluß-Streifens des Positions-Meßfühlers. Die Gesamtenergie des auftreffenden Gammastrahles ist proportional der Summe der Ausgangssignale der ladungsempfindlichen Verstärker S. und S_ und daher

Οί ocIgi* Co

ist die x-Koordinate dieses Strahls proportional zu -¹ ; ^f-

Ql + Q2

und die y-Koordinate ist proportional zu — , wobei Q₃ das

Ausgangssignal des ladungsempfindlichen Verstärkers S₃ ist, bei dem ein Eingang mit dem Anschluß 3 (Anschlußstreifen 23) verbunden ist. Die Koordinaten bezüglich der beiden Achsen werden dadurch erhalten, daß die Anschluß-Streifen um 90 gegeneinander, zwischen dem Oberteil und dem Unterteil des Positions-Meßfühlers versetzt sind. Ein anderer Lösungsweg zur Ermittlung der x- und y-Koordinaten der auftreffenden Elektronen von der Mitte des Positions-Meßfühlers aus beinhaltet eine elektronische Berechnungsschaltung, welche die Verhältnisse und - ermittelt, wobei Q₄ das Ausgangssignal eines ladungsempfindlichen Verstärkers ist, der an den Anschluß-Streifen 24 angeschlossen ist.

Der Halbleiter-Positions-Meßfühler 16 wurde nach dem folgenden Verfahren hergestellt: ausgegangen wurde von einem Silizium des Leitfähigkeitstyps η mit einem Flächenwiderstand von 2OOO Ohm-cm als Halbleitermaterial und es wurden Bor bzw. Phosphor durch die oberen und unteren Oberflächen des Körpers aus Silizium-Material eingebracht (eingepflanzt) mit einer integrierten Dosis von 1 χ 10 /cm unter Verwendung einer Beschleunigungsspannung von. 50 kV zur Bildung von Kontaktschichten 20a bzw. 20b. Nach dieser Einbringung wird ein Verfahrensschritt der Aufdampfung von Titan-Gold zur Bildung der Anschluß-Streifen 21,22,23,24 entlang der oberen und unteren Oberflächen verwendet und die fertige Einrichtung wird anschließend 7 Minuten lang bei 400° C einem Anlaßvorgang unterzogen, wobei durch diese Behandlung ein Oberflächen-Flächenwiderstand in der Größenordnung von 3.000 0hm pro Flächeneinheit erhalten wurde. Die Sperrvorspannung über dem Halbleiter-

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körper 20 liegt typischerweise in der Größenordnung von -3O bis -100 Volt und führt dazu, daß das elektrische Feld in der Gestaltung der Einrichtung gemäß der Abbildung in Figur 2 praktisch vertikal ist«.

Es wurde in dem Positions-Meßfühler für 2 Achsen ein Quantenver-

*."■·, λ ι Au s gangs strom des Positionsmeßfühlers » starkungsgrad ( Eingangsstrom des Elektronenstrahls ^{} von} mindestens 8.000 erzielt bei einer Anregung von 3OkVe. In der vorbekannten Gamma-Kamera gemäß der vorgenannten US-Patentschrift No. 3.683.185 beträgt der Quantenverstärkungsgrad nur etwa 150 und aus diesem Grunde erfordert diese Kamera sehr viele Verstärkungsstufen und besitzt eine hieraus folgende schlechtere Bildqualität, eine verminderte Zählratenkapazität und eine langsamere Anspruchszeit.

In dem Kolben 10 kann eine Zusatzelektrode 15a vorgesehen werden und wird dann zwischen den Elektroden 15 und 17 angeordnet und mit einem Potential betrieben, das durch die Verbindung dieser Elektrode mit einem Spannungspunkt V, des Spannungsversorgungsteils verbunden wird, welcher zwischen V, und V_ liegt. Die Elektrode 15a bewirkt dann die Schaffung einer Abbildung mit variablem Vergrößerungsgrad (d.h. die Bildröhre besitzt einen Zoom-Effekt) und gestattet hierdurch, daß auf dem Positions«-Meßfühler 16 nur ein ausgewählter Teil des auf dem Szintillationsschirm 11 erscheinenden Bildes abgebildet wird.

Obwohl die vorstehend beschriebene einstufige Ausführungsform einen ausreichenden Verstärkungsgrad für viele Anwendungszwecke besitzt, gibt es andere Anwendungsfälle, bei denen ein höherer Verstärkungsgrad erwünscht sein kann, um einen inhärenten Rauschpegel in dem Positions-Messfühler 16 zu überwinden. D.h. das Gerät muß eine höhere Empfindlichkeit besitzen wegen einer Gamma-Strahlen^emission von dem untersuchten Patienten mit relativ niedriger Energie, Der höhere Verstärkungsgrad kann dadurch erreicht werden, daß ein konventioneller Elektronenvervielfacher 16a

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mit "Kanalplatte" (channel plate) im Innern des Kolbens IO zwischen der Photokathode 12 und dem Position s-^VIeßfühler 16 in engem Abstand von dem letzteren angebracht wird. Die am Positions-Meßfühler 16 angelegte Spannung V₃ kann typischerweise 45 kV betragen und der Positions-Meßfühler wird normalerweise in dem Bereich von 40 bis 5O kV betrieben. Im Falle des Betriebes des Positions-Meßfühlers 16 bei 45 kV wird die Eingangselektrode der Kanalplatte 16a mit dem Punkt V₅ der Gleichspannungsquelle verbunden, welcher typischerweise auf 3O kV liegt (auf dem gleichen Wert wie die Spannung V_) und die Ausgangselektrode wird mit dem Punkt V^ verbunden, welcher auf 35 kV liegt, um ein Potential von etwa 10 kV zwischen der Kanalplatte 16a und dem Meßfühler zu erhalten. Es ist erwünscht, den Positdons-Meßfühler mit Elektronen mit der größten praktisch möglichen Energie aus zwei Gründen zu betreiben. Erstens ändert sich der Quantenverstärkungsgrad mit dem Verhältnis Elektrönenenergie/3,6 eV . Zweitens besitzen praktisch ausführbare Positions-Meßfühler eine dünne Totzone (etwa o,l Mikron bis o,5 Mikron) an ihrer Oberfläche, die für Elektronen mit einer Energie von weniger als etwa 5 keV undurchdringlich ist·.

Die in Figur 1 abgebildete Gamma-Kamera ist eine Anordnung mit einer einzigen . Bildverstärkungsstufe und besitzt einen relativ einfachen Aufbau mit einer schnellen Ansprechzeit in der Größenordnung von etwa einer Mikro-Sekunde und eine Bildqualität in der Größenordnung von etwa 200 χ 2OO Bildelementen für einen Gamma-Strahl von 140 keV und einen Positions-Meßfühler aus Silizium mit den Abmessungen 2O χ 2O mm. Der Gammastrahl mit 14Ο keV' erzeugt etwa 500 Photoelektronen, die bei einer Beschleunigung mit 3O kV eine Energie von 15 MeV für das auf den Positions-Meßfühler auftreffende Impulspaket ergaben. Der Positions-Meßfühler. aus Silizium zeigte eine Lageauflösung von etwa 1/2% für die volle Skala, d.h. eine ausreichende Auflösung, um bei Anregung durch ein · Elektronenimpuls mit 15 MeV eine Figur mit 200 χ 200 Elementen zu erzeugen. Da dieses Ergebnis bei Vorar-

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beiten erhalten wurde, kann nach einer Verfeinerung des Systems ohne weiteres eine Abbildungsqualität von 4OO χ 400 Bildelementen 'erwartet werden. Selbst die Abbildungsqualität von 200 χ 200 ist jedoch um einen Faktor 3 besser als die Qualität von derzeit handelsmäßig erhältlichen Geräten. Die günstigen Merkmale der schnellen Ansprechzeit und der guten Bildqualität werden,wie bereits vorstehend ausgeführt, durch die Tatsache erzielt, daß der Halbleiter-Positions-Meßfühler im Innern der Bildverstärkerröhre angebracht ist und nicht wie im Stand der Technik an der Außenseite desselben angeordnet ist. Dadurch wird jedoch ein beträchtlich höherer Verstärkungsgrad infolge der Anregung des Positions-Meßfühlers durch Elektronenimpuls mit hoher Energie erhalten im Gegensatz zu der Anregung mit niedriger Energie durch Lichtphotonen in den Anordnungen nach dem Stand der Technik.

Ein alternativer Lösungsweg zur Erzielung eines Gerätes mit hohem Verstärkungsgrad besteht in der Verwendung eines zweistufigen Bildverstärkergerätes gemäß der Abbildung in Figur 3. Die zweite Stufe wird erhalten durch eine Faseroptikkopplung zwischen einer ausgangsseitigen Phosphorschicht oder Szintillator 32 in der Bildverstärkerröhre 33 der ersten Stufe und dem Photokathodenfilm 3O einer kleinen zweiten Bildverstärkerröhre 31. Der ausgangsseitige Szintillationskristall 32 der ersten Stufe ist eine gleichförmige Schicht eines schnellansprechenden Phosphors für die Anwendung in Gamma-Kameras und wird auf der konkaven eingangsseitigen Oberfläche einer ersten faseroptischen Platte 32a aufgebracht, die eine ebene ausgangsseitige Oberfläche besitzt. Der Szintillator 32 kann als typisches Beispiel aus Zinkoxyd bestehen. Der Photokathodenfilm 30 der zweiten Stufe ist ein gleichförmiger dünner Film, der auf der konkaven ausgangsseitigen Oberfläche einer zweiten Faseroptikplatte 30a aufgebracht ist, die eine ebene eingangsseitige Oberfläche besitzt. Die optischen Platten 32a und 3Oa sind in geeigneter Weise abgedichtet an den offenen Enden der Rohre 33 bzw. 31 angebracht. Die Photokathode 3O kann aus dem gleichen Material bestehen wie der Photokathodenfilm 12 der ersten Stufe. Die Dicke der Schicht 32 und des Films 3O kann

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in der gleichen Größenordnung liegen wie die Dicke der Schicht.11 bzw. des Films 12. Es kann eine dritte Faseroptikplatte 35 benutzt werden und ergibt dann die optische Kopplung zwischen den ebenen Oberflächen der faseroptischen Platten 32a und 30a. Wenn eine solche Platte 35 verwendet wird, ergibt sich die Möglichkeit zum Betrieb des Positions-Meßfühlers 16 auf Erdpotentialτ dieses Merkmal kann nicht erhalten werden in der einstufigen Ausführungsform, wenn der Photokathodenfilm 12 auf Erdpotential liegt. Dieses Merkmal wird dadurch erhalten, daß ein dünner (im wesentlichen für Lichtphotonen durchlässiger) Metallüberzug auf der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Oberfläche der faseroptischen Plat-: te 35 zur Bildung von Elektroden aufgebracht wird. Die eingangssei tigen und ausgangsseitigen Fensterelektroden der Platte 35 werden mit Spannungspunkten V und V der Gleichspannungsquelle verbunden und werden elektrisch mit dem ausgangsseitigen Szintillator 32 bzw. der Photokathode 30 verbunden. Die Spannung V_ kann in der Größenordnung von +3O kV sein und die Spannung V₀

kann in der Größenordnung von -10 kV liegen, um das richtige Potential zwischen dem Photokathodenfilm 12 und dem Ausgang der ersten Stufe und zwischen dem Eingang der zweiten Stufe und dem auf Erdpotential liegenden Positions-Meßfühler 16 zu erhalten. Die Platte 35 muß eine genügende Dicke besitzen_;um ohne Auftreten eines Spannungsdurchbruches dem angelegten Potential von 40 kV zu widerstehen.

Die eingangsseitigen und ausgangsseitigen Szintillatoren in der ersten Stufe und auch der einzige Szintillator in der einstufigen Ausführungsform können ein Szintillator des Typs des Plattenszintillators (integrale Schicht) oder eines Mosaik-artigen Szintillators sein. Die erste und zweite Stufe werden auch von der Umgebung durch eine magnetische Abschirmung lOc abgeschirmt und sind im Innern eines konzentrischen äußeren Gehäuses 10 d gehaltert, das ebenfalls nicht abgedichtet werden muß, da jede Bildverstärkerröhre 31 und 33 getrennt evakuiert und abgedichtet wird. Ein gewöhnliches optisches Kopplungsfett wird allgemein

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zwischen benachbarten optischen Elementen zur Beseitigung von Luftspalten zwischen denselben verwendet. Das Eingangsfenster 30a der zweiten Stufe ist konkav zur Verbesserung der Konvergenz und zur Reduzierung einer optischen Verzerrung des Signals auf ein Mindestmaß. Eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 36 wird in dem Bildverstärker der zweiten Stufe zur Beschleunigung der Impulse von Photoelektronen benutzt, die von dem Photokathodenfilm 30 abgegeben werden, wenn auf dem Szintillator in der ersten Stufe Gamma-Strahlen auftreffen und in dem ersten Photokathodenfilm 12 in Photoelektronen umgewandelt und dann im zweiten Szintillator 32 erneut in Lichtphotonen umgewandelt werden. Die vom Photokathodenfilm 3O emittierten Elektronen werden auf ein Potential von etwa +10 kV (oder in einem Bereich von 8 bis 15 kV)_; bezogen auf die Aus gangs elektrode der faseroptischen Platte 35, beschleunigt, welche typischerweise dadurch auf -10 kV liegt, daß die Elektrode 36 mit dem Punkt V_g der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die Spannung V_g liegt daher für den zuvor bezeichneten Bereich für das Potential zwischen dem. Film 30 und der Elektrode 36 im Bereich von -2 kV bis +5 kV. Der Positions-Meßfühler 16 ist im Innern der Bildverstärkerröhre der zweiten Stufe an oder in der Nähe des ausgangsseitigen Endes derselben angeordnet. Alternativ hierzu kann die zweite Fokussierungs- und Beschleunigungselektrode 36 weggelassen werden und der Positions-Meßfühler 16 wird in unmittelbarer Nähe zu dem zweiten Photokathodenfilm 30 angeordnet, welcher dann auf einem Ausgangsfenster der faseroptischen Platte 30a mit ebener Oberfläche angebracht wird, so daß die von dort ausgehenden Elektronen in Nah-Abbildung auf den Positions-Meßfühler gemäß der Darstellung in Figur 3a fokussiert (proximity-focussed) werden. Dieser letztgenannte Lösungsweg vermeidet daher die Kreuzung der Elektronenbahnen im Bildverstärker der zweiten Röhre; er erhöht jedoch die Schwierigkeit der Herstellung einer solchen Bildverstärkerröhre.

Der höhere Verstärkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung mit zweistufigem Bildverstärker führt zu einer geringfügig vermin-

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derten Bildqualität im Vergleich mit der einstufigen Ausführungsform; diese liegt jedoch auch hier in der Größenordnung von 200 χ 200 Bildelementen für die gleichen Verhältnisse, wie sie bei der Beschreibung der einstufigen Ausführungsform aufgeführt wurden. Obwohl die Bildqualität der zweistufigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gamma-Kamera etwas geringer ist als die bei einer einstufigen Ausführungsform erhaltene Bildqualität, kann die zweistufige Ausführungsform bevorzugt werden, da das Herstellungsverfahren besser geeignet ist zur Aufbringung eines Photokathodenfilms und zur Verbindung des Positions-Meßfühlers in einem kleinen Glaskolben im Gegensatz zur Durchführung der gleichen Herstellungsschritte in einem großen (einstufigen) Kolben.

Es wird nachstehend auf die Figur 4 Bezug genommen. Diese zeigt ein Beispiel für die elektronische Berechnungsschaltung 18, die zur Erzeugung elektrischer Signale verwendet Werden kann, welche die Lage der auf treffenden Elektronen auf dem Posi'tions-Meßfühler bezüglich der Kanten desselben und auch noch die Gesamtzahl der auftreffenden Elektronen darstellen, die proportional ist zur Energie eines auftreffenden Gamma-Strahles. Die ladungsempfindlichen Verstärker S,, S~ und S_ sind mit ihren Eingängen mit den Anschluß-Streifen 21 bzw. 22 bzw. 23 gemäß Figur 2 verbunden. Jeder der ladungsempfindlichen Verstärker ist in konventioneller Bauart ausgeführt und enthält eine Vorverstärkungsstufe und eine Verstärkungsstufe mit einem Sofortausgang ρ und einem verzögerten Ausgang d. Die verzögerten Ausgangssignale der ladungsempfindlichen Verstärker S,, S« werden den Eingängen einer ersten konventionellen elektronischen Summierungsschaltung 41 zugeführt, so daß deren Ausgangssignal die Summe Q,+Q« ist, welche direkt proportional der Anzahl der auftreffenden Elektronen ist, die wiederum proportional ist zu der Energie des auftreffenden Gamma-Strahles. Die Sofortausgangssignale der ladungsempfindlichen Verstärker S- und S„ werden den Eingängen einer zweiten konventionellen elektronischen Summierungsschaltung 42 zugeführt und das Ausgangssignal derselben

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r-18 -

ist ebenfalls direkt proportional der Anzahl der auftreffenden Elektronen. Das verzögerte Ausgangssignal des ladungsempfind-'lichen Verstärkers S₂ ist die Größe Q- und wird ebenfalls über einen Inverter 43 einem ersten Eingang einer konventionellen ersten Dehnungs- oder Spitzenwertdetektorschaltung 44 mit Torsteuerung (gated pulse stretcher) zugeführt. Das verzögerte Ausgangssignal Q. des ladungsempfindlichen Verstärkers S_ wird einem ersten Eingang einer zweiten Impuls-Dehnungs- oder Spitzenwertdetektorschaltung 45 mit Torsteuerung zugeführt. Das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 41 wird einem ersten Eingang einer dritten Impuls-Dehnungs- oder Spitzenwertdetektorschaltung mit Torsteuerung zugeführt. Das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 42 wird dem Eingang eines konventionellen Einkanal-Analysators zugeführt, d.h. der Energie-Diskriminatorschaltung 47, die so geeicht ist, daß sie nur auf ein bestimmtes, enges Energieband anspricht (einen Berach der Anzahl der auftreffenden Elektronen) , welcher den interessierenden Gamma-Strahlen entspricht (d.h. der Analysator 47 enthält zwei Diskriminatoren, und zwar einen Diskriminator für den oberen Pegelwert und einen Diskriminator für den unteren Pegelwert). Das Ausgangssignal des Einkanal-Diskriminators 47 ist daher ein logisches Signal "Ein/Aus" dessen Schaltzustand "Ein" anzeigt, daß die Zahl der auftreffenden Elektronen innerhalb des vorbeschriebenen Bereiches entsprechend der zu überwachenden Energie der Gamma-Strahlen liegt und der Schaltzustand "Aus" zeigt an, daß die Anzahl der Elektronen außerhalb des Bereiches liegt, d.h. größer oder kleiner ist als der durch den Analysator 47 festgelegte Zahlenbereich. Das Ausgangssignal der Schaltung 47 wird den zweiten (d.h. den Gatter-Eingängen) Eingängen der gattergesteuerten Impulsdehnungsschaltung 44, 45, 46 und dem Eingang einer konventionellen Gattergeneratorschaltung 48 zugeführt und schaltet über Gattersteuerung die Schaltungen 44, 45, 46, 48 nur während derjenigen Intervalle ein, in denen die Gamma-Strahlen, die von dem Szintillator 11 erfaßt werden, gerade in dem interessierenden Energiebereich liegen. Jede der Schaltungen 44,45,46 und 48 besitzt interne Zeitschal-

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tungen oder Taktschaltungen. Der Gattergenerator 48 erzeugt Impulse mit einer gesteuerten Verzögerung, und zwar in solcher Weise, daß diese nur während der Spitzen der Signale für die x- und y-Koordinate auftreten. Der gattergesteuerte Ausgang des Gattergenerators 48 wird dem Intensitätseingang (Z) einer geeigneten Ausleseeinrichtung zugeführt, die hier in Form einer konventionellen Kathodenstrahlröhre 19 angedeutet ist. Die gattergesteuerten Impulsdehner und Spitzendetektorschaltungen 44, 45, 46 bilden im wesentlichen rechteckförmige Impulse bei Vorhandensein nadeiförmiger Eingangsimpulse, die sich aus dem Elektronenaufprall auf dem Positions-Meßfühler ergeben. Das Ausgangesignal des gattergesteuerten Impulsdehners 44 stellt die x-Koordinate der auftreffenden Elektronen multipliziert mit ihrer Energie dar (X.E). In ähnlicher Weise ist das Ausgangssignal der gattergesteuerten Impuls-Dehnungschaltung 45 die y-Koordinate multipliziert mit der Energie (Y.E ). Das Ausgangssignal X.E der gattergesteuerten Impuls-Dehnungsschaltung 44 Wird als Zählereingang N einer analogen Impulsteilerschaltung 51 zugeführt. In ähnlicher Weise wird der Ausgang Y.E der gattergesteuerten Impulsdehnungsschaltung 45 dem Eingang N des Teilers 52 zugeführt. Um die Signale für die x-Koordinate und die y-Koordinate zu erhalten, müssen die Ausgangssignale X.E und Y.E. der gattergesteuerten Impuls-Dehnungsschaltung 44 und 45 durch ein Signal geteilt werden, welches die Energie E der Gamma-Strahlen darstellt (d.h. die Anzahl der auftreffenden Elektronen).

Da häufig angegeben wird, daß eine analoge Impulsteilersehaltung eine begrenzte Ansprechzeit und Genauigkeit besitzt, wird nachstehend eine Kurzbeschreibung der besonderen hier verwendeten Impulsteilerschaltungen beschrieben. Die hier verwendeten Impulsteilerschaltungen sind handelsmässig erhältlich und arbeiten mit Nennwerten für die Eingangsgröße von 10 Volt für die gesamte Skala und erzeugen ein Ausgangssignal der Form ION/D Volt, wobei N bzw D die Eingangsspannungen für Zähler bzw. Nenner sind. Um einen Betriebszustand entsprechend einer Teilung durch Null in den analogen Impulsteilern zu vermeiden, der sonst in dem Falle eintreten

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würde, bei dem das Ausgangssignal der gattergesteuerten Impulsdehnungsschaltung 46 durch Gattersteuerung weggenommen wird und trotzdem das Ausgangssignal unmittelbar dem Impulsteiler zugeführt wird, wird das Ausgangssignal der Impulsdehnungsschaltung 46 durch einen Verstärker 49 weiterverarbeitet, der eine "Vorspannung" für Verstärkungsgrad 1 (unity gain bias) besitzt und dessen Ausgangssignal seinerseits in einer Summierungsschaltung 50 einem konstanten Gleichspannungssignal V,_Q zugefügt wird, welches gleich der Vorspannung (bias offset) des Verstärkers 49 ist. Wird daher die Impulsdehnungsschaltung 46 gesperrt und ist ihre Ausgangsspannung Null, dann ist das Eingangssignal D für den Nenner an den Impulsteilerschaltungen ein konstantes Gleichspannungssignal gleich V._Q# welches am Ausgang der Summierungsschaltung 50 erhalten wird.

Bei diesem Betriebszustand werden dann die Impulsteilerschaltungen in einem Betriebszustand ohne Überlastung gehalten.

Zu einem Zeitpunkt, in dem die Impulsdehnungsschaltung 46 durch den Energieanalysator 47 eingeschaltet wird, ist das Ausgangssignal des Bauteils 46 ein rechteckförmiger Impuls, dessen Amplitude proportional der Energie E der Gamma-Strahlung ist. Wenn sich das System in diesem eingeschalteten Zustand befindet, dann heben sich die Vorspannungen der Komponenten 49 und 5O genau auf und während der Dauer des Signals von der Impulsdehnungsschaltung 46 ist die Amplitude des Nenner-Eingangssignals zu den analogen Impulsteilerschaltungen gleich der Amplitude des Ausgangssignals der Einheit 46 (d.h. proportional zur Gamma-Strahlen-Energie). Daher gilt für den eingeschalteten Zustand D=E. Die in einer ursprünglichen Ausführungsform der Erfindung benutzten aha-

ein
logen Impulsleiter verwendeten»Teilermodul hoher Genauigkeit mit hoher Geschwindigkeit des Typs Modell 429 B der Firma Analog Devices. Unter Verwendung dieses Moduls war mit dem System eine Teilzeit von 1 Mikrosekunde mit einer Genauigkeit von 1% erreichbar. Das Ausgangssignal des Teilers 51 stallt die x-Koordinate der auftreffenden Elektronen (und des auftreffenden Gammastrahls)

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dar und wird mit dem X-Eingang der Anzeigeeinheit 19 verbunden. In ähnlicher Weise wird der Ausgang des Teilers 52 mit dem Y-Eingang verbunden. Die Signale für die x-Koordinate und die y-Koordinate werden auf der Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht, da das Eingangssignal (Z) für die Intensität an den Spitzen der Signale für die x- und y-Koordinate eingeschaltet wirdjUm auf diese Weise Leuchtpunkte auf den Bildschirmen der Röhre 19 zu erzeugen. Impulsteilungszeiten von 1 Mikrosekunde können durch iäie Verwendung der vorstehend beschriebenen Schaltung leicht mit einer Genauigkeit von 1% erreicht werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine verbesserte Gamma-Kamera schafft, die infolge der Verwendung von einer oder höchstens 2 Phosphor-Wandler-Stufen eine schnelle Ansprechzeit besitzt. Die schnelle Ansprechzeit und die verbesserte Bildqualität, wie man sie in der erfindungsgemäßen Gamma-Kamera erhält, ist eine Folge der Anbringung des Halbleiter-Positions-Meßfühlers im Innern der Bildverstärkerröhre,, so daß eine gepulste Elektronenanregung derselben mit hoher Energie zur Erzielung eines, hohen Quantenverstärkungsgrades ausgenutzt wird.

Auf der Grundlage der vorstehend gegebenen Lehre und der Beschreibung einer Anzahl bestimmter Ausführungsformen der Kameraeinrichtung mit Bildwandlerröhre und schneller Ansprechzeit können die verschiedenartigsten Abwandlungen und Ausführungsformen geschaffen werden. Beispielsweise können andere Materialien für den Halbleiter-Positions-Meßfühler zur Bildung des Halbleiterkörpers und der Kontaktschichten in demselben benutzt werden. Ebenso können andere elektronische. Schaltungsanordnungen in der elektronischen Berechnungsschaltung 18 zur Erzeugung der x-Koordinaten und y-Koordinaten der auftreffenden Elektronen benutzt werden. Schließlich wird in dem Intensitatskanaleingang zur Kathodenstrahlröhre in der vorstehenden Ausführungsform der elektronischen Berechnungsschaltung nur ein einziger Energieanalysator 47 verwendet. Es ist jedoch ersichtlich, daß auch leicht ein Mehrkanal-Energie-

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Analysator verwendet werden könnte, um auftreffende Elektronen-.Impulse festzustellen, welche einen breiten Bereich von Energiewerten besitzen.

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Claims

Patenta nsprüche

Verbessertes Bildröhren-Kameragerät mit schneller Ansprechzeit, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

ein abgedichtetes, evakuiertes Gehäuse (10) mit eingangsseitigem Ende (10a) und ausgangsseitigern Ende (lob), eine erste Phosphorschicht (11), die entlang einer Oberfläche des eingangsseitigen Endes (1Oa) des Gehäuses (10) gebildet ist, einen ersten Photokathodenfilm (12) in optischer Verbindung mit der ersten Phosphorschicht (11), der in dem Gehäuse (10) benachbart zu und entlang dem eingangsseitigen Ende (10a) des-' selben angeordnet ist, wobei diese erste Phosphorschicht (11) einen Lichtimpuls bei Vorhandensein eines absorbierten auftreffenden Kernteilchens oder einer elektromagnetischen Strahlung erzeugt, die außerhalb des Gehäuses (1O) entstehen, wobei die Anzahl der optischen Photonen in jedem Lichtimpuls proportional der Energie des auftreffenden absorbierten Strahls oder Teilchens ist und der Photokathodenfilm (12) bei Vorhandensein optischer Photonen entsprechend Elektronen abgibt, einen Halbleiter-Positions-Meßfühler (16) für zwei Koordinaten-Achsen, der im Innern des Gehäuses (10) benachbart zum ausgangssei tigen Ende (10b) desselben zur Erfassung der Elektronen und zur Erzeugung elektrischer Signale angeordnet ist, aus denen die Koordinaten bezüglich zweier Achsen für die, an der Photokathode (12) abgegebenen Elektronen, welche auf die Halbleiter-Einrichtung (16) auftreffen, und die Koordinaten des entsprechenden auftreffenden Strahls oder Teilchens bestimmbar sind, wobei die Anzahl der auftreffenden Elektronen aus dem Ausgangssignal der Halbleitereinrichtung (16) ermittelbar und proportional zur Energie der auftreffenden Strahlung oder des Teilchens ist, und

Einrichtungen (17) (15) zur Beschleunigung der von dem ersten Photokathodenfilm (12) emittierten Elektronen und zur Fokussierung derselben auf die Halbleitereinrichtung (16) zur Anregung

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derselben durch gepulste Elektronen mit hoher Energie und zur Erzielung eines beträchtlichen Quantenverstärkungsgrades im Vergleich zur konventionellen Anregung desselben durch Lichtphotonen niedriger Energie und zur Erzielung einer verbesserten Abbildungsqualität und einer schnelleren Ansprechzeit.

2. Bildverstärker-Kameragerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin eine elektronische Schaltungseinrichtung (18) außerhalb des Gehäuses (10) umfaßt, die mit den Ausgängen der Halbleitereinrichtung (16) verbundene Eingänge besitzt zur Erzeugung eines Paars elektrischer Signale entsprechend den Zwei-Achsen- Koordinaten des auftreffenden Strahls oder Teilchens und eines dritten Signals entsprechend der Energie desselben.

3. Bildverstärker-Kameragerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß es noch eine Ausleseeinrichtung (19) besitzt, die mit einem Ausgang der elektronischen Schaltungseinrichtung (18) zur Aufzeichnung der x-Koordinaten und y-Koordinaten des auftreffenden Strahls oder Teilchens verbunden ist.

4. Bildverstärker-Kameragerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phosphorschicht (11), der erste Photokathodenfilm (12) <■ die Halbleitereinrichtung (16) einen einstufigen Bildverstärker bilden.

5. Bildverstärker-Kameragerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, d adurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:

eine zweite Phosphorschicht (32), die im Innern des Gehäuses (10) zwischen dem ersten Photokathodenfilm (12) und der Halbleitereinrichtung (16) und allgemein senkrecht zu den Laufbahnen der vom ersten Photokathodenfilm (12) abgegebenen Elektronen und jenseits des Kreuzungspunktes dieser Bahnen

angeordnet ist und

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einen zweiten Photokathodenfilm (30) in optischer Verbindung mit der zweiten Phosphorschicht (32), der im Innern des Gehäuses (1O) zwischen der zweiten Phosphorschicht (32) und der Halbleitereinrichtung (16) so angeordnet ist, daß das Gerät einen zweistufigen Bildverstärker bildet.

S. Bildverstärker-Kameragerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Photokathodenfilm (30) in nächster Nachbarschaft zur Halbleitereinrichtung (16) angeordnet ist zur "Nahfokussierung"der von dem zweiten Photokathodenfilm emittierten Elektronen auf die Halbleitereinrichtung (16).

1. Bildverstärker-Kameragerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Photokathodenfilm (30) einen bedeutenden Abstand von der Halbleitereinrichtung (16) besitzt und das Gerät weiterhin .eine Einrichtung (36) zur Beschleunigung und Fokussierung der. von dem zweiten Photokathodenfilm (3O) abgegebenen Elektronen auf die Halbleitereinrichtung (16) mit Kreuzung der Elektronenbahnen besitzt.

8. Bildverstärker-Kameragerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleseeinrichtung (19) eine Kathodenstrahlröhre oder ein digitales Aufzeichnungsgerät oder eine Einrichtung zur Speicherung der Information bezüglich der x-Koordinate, der y-Koordinate und der Energie zur späteren Ausgabe auf einem photographischen Film ist.

9. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin eine Einrichtung (13) besitzt, die zwischen einer Quelle (14) für die auftreffenden Kernteilchen oder elektromagne-

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tische Strahlung außerhalb des Gehäuses und der ersten Phosphorschicht (11) zur Kollimation der Teilchen oder der Strahlung angeordnet·ist.

10. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Kanal-Elektronen-Vervielfacher (16a) enthält, welcher in dem Gehäuse (10) zwischen dem ersten Photokathodenfilm (l2 und der Halbleitereinrichtung (16) und in nächster Nachbarschaft dieser Halbleitereinrichtung zur Erhöhung der auf die Halbleitereinrichtung auftreffenden Zahl von Elektronen und zur Erzielung einer verbesserten Abbildungsqualität angeordnet ist.

11. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phosphorschicht (11) entlang einer äußeren Oberfläche eines Eingangsfensters am eingangsseitigen Ende (10a) eines ersten Glaskolbens gebildet ist, welcher das Gehäuse (10) bildet, die zweite Phosphorschicht (32) entlang einer inneren Oberfläche eines ausgangsseitigen Fensters am ausgangsseitigen Ende (lob) des ersten Glaskolbens gebildet ist, <?er zweite Photokathodenfilm (30) entlang einer inneren Ob. fläch·.: v-"iines Eingangsfensters am eingangsseitigen Ende eines zweiten Glaskolbens (31) gebildet ist, wobei eine optische Pasereiarichtung (30a) i32a) zur qecjenseitigen Verbindung des Ausgangs der zweiten Phosphorschicht (32) mit dem zweiten Photokathodenfilm (30) vorgesehen ist und die Halbleiter-Positions-Meßfühlereinrichtung (16) im Innern des zweiten Glaskolbens benachbart zum ausgangsseitigen Ende desselben angeordnet ist.

12. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste

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Phosphorschicht (ll) aus einem der Materialien Thallium-aktiviertes Natriumiodid, Thallium-aktiviertes Caesiumjodid und Natrium-aktiviertes Caesiumjodid hergestellt ist und die zweite Phosphorschicht (32) eine schnelle Ansprechzeit besitzt und aus Zinkoxyd hergestellt ist.

13. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Positions-Meßfühler (16) für zwei Achsen umfaßt:

einen Körper (2O) aus einem leicht dotierten Halbleitermaterial eines ersten .Leitfähigkeitstyps, eine stark dotierte dünne erste Halbleiterschicht (20a) mit einem entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp, die entlang einer ersten Oberfläche des Körpers (2O) aus Halbleitermaterial gebildet ist, auf welcher die von der Photokathode (12) emittierten Elektronen auftreffen,

eine stark dotierte dünne zweite Halbleiterschicht (20b) des ersten Leitfähigkeitstyps, die entlang einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers (20) aus Halbleitermaterial gebildet ist,

ein erstes Paar elektrisch leitender Anschluß-Streifen (21, 22), welche mit der ersten Oberfläche des Körpers (20) aus Halbleitermaterial entlang zweier gegenüberliegender Kanten desselben verbunden sind,

ein zweites Paar von elektrisch leitenden Anschluß-Streifen (23, 24), die mit der zweiten Oberfläche des Körpers (20) aus Halbleitermaterial entlang zweier bezüglich der beiden Kanten auf der ersten Oberfläche um 90° gedrehten gegenüberliegenden Kanten verbunden sind, und

mit jedem der Anschluß-Streifen des ersten und zweiten Paars verbundene Einrichtungen zur Anlegung einer Sperrspannung an den Körper (2O) aus Halbleitermaterial und zur Einstellung einer Abreicherungszone in demselben.

14. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

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dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltungseinrichtung (18) umfaßt: einen ersten laduhgsempfindlichen Verstärker (S..), bei dem ein Eingang mit einem ersten Streifen (21) des ersten Paars der Anschluß-Streifen verbunden ist,

einen zweiten ladungsempfindlichen Verstärker (S_), bei dem ein Eingang mit einem zweiten Streifen (22) des ersten Paars von Anschluß-Streifen verbunden ist, und einen dritten ladungsempfindlichen Verstärker (S_), bei dem ein Eingang mit einem ersten Anschluß-Streifen (23) des zweiten Paars von Anschluß-Streifen verbunden ist.

15. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (18) weiterhin umfaßt:

eine erste Schaltung (41) zur Summierung der Ausgangssignale (Q₁, Qp) des ersten und zweiten ladungsempfindlichen Verstärkers (Sj, ^S2^'

eine zweite Schaltung (51) zur Teilung des Ausgangssignals (Q.) des ersten ladungsempfindlichen Verstärkers (S₁) durch die Summe der Ausgangssignale des ersten und zweiten ladungsempfindlichen Verstärkers, und

eine dritte Schaltung (52) zur Teilung des Ausgangssignales des dritten 1adungsempfindlichen Verstärkers (S_) urch die Summe der Ausgangssignale des ersten und zweiten ladungsempfindlichen Verstärkers, wobei das Ausgangssignal der ersten Schaltung (41) proportional der gesamten Zahl der auf dem Halbleiter-Positi₀ns-M2ßfühler (16) auftreffenden Elektronen und daher proportional zur Energie des auftreffenden Strahls oder Teilchens ist, das Ausgangssignal der zweiten Schaltung (51) die x-Koordinate der auftreffenden Elektronen und damit auch die x-Koordinate des auftreffenden Strahls oder Teilchens und das Ausgangssignal der dritten Schaltung (52) die y-Koordinate der auftreffenden Elektronen und damit auch die y-Koordinate des auftreffenden Strahls oder Teilchens darstellt.

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16. Bildverstärker-Kameragerät nach einem der Ansprüche 1 - 15-, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin eine Elektrodeneinrichtung (15a) umfaßt, welche in dem abgedichteten Gehäuse (1O) zwischen dem ersten Photokathodenfilm (12) und dem Halbleiter-Meßfühler (16) angeordnet ist zur Erzielung einer Abbildung mit variabler Vergrößerung, so daß das Kameragerät einen "Zoom-Effekt" besitzt.

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