DE2454574C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ver­ teilung der Strahlen von radioaktiven Strahlungsquellen oder von Röntgenstrahlungsquellen mit den Merkmalen des Oberbegrif­ fes von Patentanspruch 1.

Verfahren dieser Art sind der britischen Patentschrift 13 25 907 als bekannt zu entnehmen. Bei dem bekannten Verfah­ ren werden zur Weiterverarbeitung in einer Gewichtungsschal­ tung oder in einer Widerstandsmatrix vorgesehene Impulse ge­ bildet, welche solchen zeitlichen Verlauf besitzen, daß bei rascher Impulsfolge von Impulsen hoher Amplitude eine Unter­ scheidbarkeit Schwierigkeiten bereitet.

Demgemäß soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patent­ anspruch 1 so auszugestalten, daß Impulse auch bei hohen Im­ pulsfrequenzen, wie sie bei Strahlungsquellen hoher Energie auftreten, zur Erzeugung der Bildpunktkoordinaten eines An­ zeigegerätes ausgewertet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die hier angegebene Differenzbildung zwischen einem unverzögerten Integratorausgangssignal und einem verzögerten Integratorausgangssignal erhält man an den Ausgängen der den einzelnen Detektoren zugeordneten Signalverarbeitungskanäle Impulse guter zeitlicher Begrenzung, wie dann den Schaltungen zur Gewichtung oder einer Widerstandsmatrix zur weiteren Aus­ wertung und Darstellung im Anzeigegerät zugeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Durchführung des hier angegebenen Verfah­ rens,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung einer Anordnung der in Fig. 1 dargestellten Photoverstär­ ker, die die Lage der Photoverstärker relativ zu einem Szintillationskristall und zu einem Kollimator zeigt und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Schaltungen eines Integrators, eines Impulsformers, eines Dis­ kriminators und einer Schaltung zur Wieder­ herstellung eines Bezugspotentials.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des elektrischen Teils eines Kamerasystems 20, das eine Vielzahl von Kanälen 22 enthält. Jeder Kanal 22 umfaßt einen Photoverstärker 24, einen Inte­ grator 26, einen Impulsformer 28 und einen Diskriminator 30 für die Amplituden der im Impulsformer 28 erzeugten Signale. Jeder der Kanäle 22 ist mit vier Summierschaltungen 31 bis 34 verbunden, während die Summierschaltungen 31 bis 33 ihrerseits mit Tastungsschal­ tungen 37 bis 39 gekoppelt sind. Die Ausgangssignale der Ta­ stungsschaltungen 37 und 38 werden durch Normierschaltungen 42 und 44 gewichtet und auf die X- bzw. Y-Anschlüsse eines Sichtge­ räts 46 gegeben. Der Ausgang der Summierschaltung 34 ist mit ei­ nem Analysator 48 verbunden, der die Impulshöhe der Signale der Summierschaltung 34 analysiert. Der Ausgang des Analysators 48 dient über die Leitung 50 zur Triggerung der Tastungsschaltun­ gen 37 bis 39 und über ein Verzögerungsglied 52 zur Triggerung eines monostabilen Flip-Flops 54. Das Flip-Flop 54 gibt die An­ zeige des Sichtgeräts 46 frei, nachdem die Signale der Tastungs­ schaltungen 37 und 38 in den Normierschaltungen 42 und 44 gewich­ tet wurden.

Der elektrische Teil des Kamerasystems 20 erzeugt im Betrieb auf dem Sichtgerät 46 entsprechend den Ausgangssignalen der Photo­ verstärker in jedem der Kanäle 22 folgendermaßen ein Bild. In jedem Kanal 22 erzeugt der Photoverstärker 24 eine Serie von Impulssignalen, die den einzelnen auf dem Photoverstärker auf­ treffenden Lichtblitzen entsprechen. Eine Serie dieser Licht­ blitze wird durch ein einzelnes Gammastrahlphoton oder Röntgen­ strahlphoton erzeugt, das auf den in Fig. 2 beschriebenen, vor den Photoverstärkern 24 liegenden Szintillationskristall ein­ wirkt. Die Serie der Lichtblitze stellt die Energie dar, die vom Gammastrahlphoton auf den Szintillationskristall übertragen wird. Dementsprechend sind die im Integrator 26 aufsummierten, den Lichtblitzen entsprechenden Signale der Photoverstärker 24 ein Maß für die Energie eines auf dem Szintillationskristall einfallenden Gammastrahlphotons oder Röntgenstrahlphotons.

Der Impulsformer 28 erhält eine Signalspannung vom Integrator 26 und formt sie in einen Impuls um, dessen Dauer wesentlich kürzer ist als die Integrationszeit des Integrators 26 und des­ sen Amplitude proportional zur Spitzenspannung der Signalspan­ nung des Integrators 26 ist. Die Spannungsform der Impulse aus den Impulsformern 28 in jedem der Kanäle 22 ist für eine arith­ metische Summierung zur Ermittlung einer Information über den Ort, an dem das Gammastrahlphoton auf dem Szintillationskristall auftrifft, geeignet. Der Diskriminator 30 enthält eine Schaltung zur Wiederherstellung eines Bezugspotentials (Löschglied), wie sie später in Fig. 3 beschrieben wird, zur weiteren Korrektur der Spannungsform der vom Impulsformer 28 erzeugten Signale. Da­ mit wird sichergestellt, daß die Amplituden aufeinanderfolgender Impulse des Impulsformers 28 unabhängig von den Amplituden der jeweils vorangehenden Impulse sind. Zusätzlich verfügt jeder Diskriminator über einen Schwellwert, mit dem Impulse mit klei­ neren Amplituden als die der Schwellwertspannung unterdrückt werden, während jene Impulse, deren Amplitude größer als die Schwellwertspannung ist, auf die Summierschaltungen 31 bis 34 weitergegeben werden.

Jeder der Diskriminatoren 30 ist, wie Fig. 1 zeigt, mit den Summierschaltungen 31 bis 34 über die Leitungen 55 verbunden. Die genaueren Einzelheiten dieser Verbindung, wie sie in der Fig. 3 zu sehen ist, zeigt, daß jeder Diskriminator über zwei Ausgänge in der später beschriebenen Art mit den je­ weiligen Summierschaltungen 31 bis 34 verbunden ist. Um Signale zu erhalten, die der X- und der Y-Komponente der Auftreffstelle des Gammastrahlphotons auf dem Szintillationskristall entsprechen, erzeugt die Summier­ schaltung 31 die X-Komponente und die Summierschaltung 32 die Y-Komponente. Die Summierschaltung 33 bildet eine Meßgröße für die insgesamt von allen Photoverstärkern 24 empfangene Energie, die für die Normierung der Signale der X- und der Y-Komponente mit einem Faktor verwendet wird. Dadurch werden Unregelmäßigkei­ ten im Szintillationskristall ausgeglichen. Die Summierschaltung 33 kann mit veränderbaren Widerständen versehen werden, um das System 20 so abzustimmen, daß Störungen im Bild auf dem Sicht­ gerät 46 minimal werden.

Die Summier­ schaltung 34 wirkt ähnlich der Summierschaltung 33 und bildet eine Meß­ größe der gesamten von den Photoverstärkern empfangenen Energie. Der Analysator 48 ist ein wohlbekannter Impulshöhenana­ lysator, der auf der Leitung 50 das vorher erwähnte, aus den Signalen der Summierschaltung 34 gebildete Signal nur dann ab­ gibt, wenn diese Signale anzeigen, daß die Energie eines ein­ dringenden Gammastrahlphotons größer als ein voreingestelltes minimales Energieniveau und geringer als ein voreingestelltes maximales Energieniveau ist. Diese Niveaus werden mit den Knöp­ fen 56 und 58 eingestellt. Die Tastungsschaltungen 37 bis 39 werden durch das Signal auf Leitung 50 getriggert. Sie bewirken eine Auswahl der Spannungen, die an den Ausgängen der Summier­ schaltungen 31 bis 33 entstehen, wobei die Dauer dieser ausge­ wählten Spannungen für die Multiplikation in den Normierschal­ tungen 42 und 44 ausreicht. Die Normierschaltungen 42 und 44 sind auf dem Markt erhältliche Multiplizierschaltungen. Die Normierschaltung 42 multipliziert den Ausgang der Tastungsschaltung 37 mit dem Re­ ziprokwert des Ausgangs der Tastungsschaltung 39, und die Nor­ mierschaltung 44 multipliziert den Ausgang der Tastungsschal­ tung 38 mit dem Reziprokwert der Tastungsschaltung 39. Die Werte der Signale der Tastungsschaltungen 37 bis 39 sind gleich den Werten der Summierschaltungen 31 bis 33.

Fig. 2 zeigt ein Feld der Photoverstärker 24, die einzeln zur Kennzeichnung ihrer Position im Feld numeriert sind. Der mitt­ lere Photoverstärker 24 ist mit der Ziffer 1 bezeichnet, die Photoverstärker des inneren Sechsecks tragen die Ziffern 2 bis 7, und die des äußeren Sechsecks die Ziffern 8 bis 19. Die Fig. 2 zeigt außerdem einen Szintillator 60 in der Form eines Kristalls, der aus einem Material besteht, das bei Anregung durch Strahlung hoher Energie Licht emittiert. Ein derartiges Material ist z. B. Natriumjodid mit Thalliumdotierung. Der Szin­ tillator 60 wird in bezug auf die Photoverstärker 24 von einem Gehäuse 62 getragen. Er ist von den Stirnflächen der Photover­ stärker 24 durch ein Lichtrohr 64 getrennt, das vorzugsweise aus einem Material wie Plexiglas besteht, das einen Brechungsindex von etwa 1,5 hat, um so dem optischen Widerstand vom Szintillator 60 bis zu den Stirnflächen der Photoverstärker 24 zu entsprechen. Ein Kollimator 66 mit parallelen Kanälen zur Leitung der Hoch­ energiephotonen zum Szintillator 60 ist vor dem Szintillator 60 im Gehäuse 62 angeordnet und zur (nicht gezeigten) Quelle der Hochenergiestrahlung ausgerichtet. Von der Quelle in Achsrich­ tung des Kollimators 66 emittierte Photonen hoher Energie gehen durch die Kanäle 68 hindurch, um den Szintillator 60 in einem Muster zu bestrahlen, das der Form der Quelle entspricht. Photo­ nen, die auf den Kollimator in nichtaxialer Richtung auftreffen, werden vom Material, aus dem der Kollimator gefertigt ist - vorzugsweise Blei - absorbiert.

Ein Bezugssystem 70 mit einer X-Koordinatenachse und einer Y-Ko­ ordinatenachse kann beliebig in das Feld der Photoverstärker 24 gelegt werden, vorzugsweise wird es aber in die Mitte des Feldes der Photoverstärker 24 gelegt und zwar derart, daß die Y-Achse durch die mit 19, 1 und 13 bezeichneten Photoverstärker geht, während die X-Achse durch die mit 10, 3, 1, 6 und 16 bezeichne­ ten Photoverstärker geht. In der X-Achsen-Summierschaltung 31 nach Fig. 1 werden die von den Photoverstärkern 24 stammenden Signale in geeigneter Form entsprechend deren jeweiligen Abstän­ den von der Y-Achse bewertet oder gewichtet. In entsprechender Weise werden in der Y-Achsen-Summierschaltung 32 nach Fig. 1 die von den Photoverstärkern 24 stammenden Signale in geeigneter Form entsprechend deren jeweiligen Abständen von der X-Achse be­ wertet oder gewichtet. Obwohl ver­ schiedene Abstände zwischen dem Szintillator 60 und der Anord­ nung der Photoverstärker 24 gewählt werden können, wurde fest­ gestellt, daß ein Abstand in der Größe von annähernd einem halben bis zu einem ganzen Durchmesser eines Photoverstärkers 24 beson­ ders vorteilhaft ist, um ein scharfes Abbild auf dem Sichtgerät 46 gemäß Fig. 1 zu erhalten.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltung in einem der Kanäle 22 in Fig. 1, wobei vorausgesetzt wird, daß die Schaltung in allen Kanälen 22 die gleiche ist. Es gibt neun­ zehn Kanäle entsprechend den neunzehn Photoverstärkern 24 in Fig. 2. Jeder Kanal 22 hat, wie ersichtlich, zwei Ausgänge, die mit den Buchstaben A und Z bezeichnet sind. Diese Anschlüsse werden weiterhin bezeichnet durch die Zahlen 1 bis 19, wenn es notwendig ist, die Anschlüsse eines besonderen der Kanäle 22 zu bezeichnen. Die Anschlüsse A sind mit den Summierschaltungen 31 und 32 verbunden, während die An­ schlüsse Z mit den Summierschaltungen 33 und 34 verbunden sind.

Jeder Photoverstärker 24 wird von einer elektrischen Energie­ quelle gespeist, die als Batterie 72 dargestellt ist, wobei die photoelektrische Elektrode 74 mit dem Minuspol der Batterie 72 verbunden ist, während die Anode 76 des Photoverstärkers 24 über den Widerstand 78 und die Masse 80 mit dem Pluspol der Batterie 72 verbunden ist. Parallel zum Widerstand 78 ist ein Kondensator 82 angeschlossen.

Der Kondensator 82 dient als integrierendes Glied im Integrator 26. Der Widerstand 78 bildet den Entladezweig für die im Konden­ sator 82 gespeicherte Ladung. Durch die Erdung des Pluspols der Batterie 72 und durch die Schaltung des Integrierkondensators 82 sowie des Widerstands 78 zwischen der Anode 76 und Masse wird eine wesentliche Verringerung von Störspannungen, die an den An­ schlüssen des Kondensators 82 auftreten können, erzielt. Auf­ grund der Tatsache, daß die Ausgangsimpedanz des Photoverstärkers 24 relativ hoch ist, während die Eingangsimpedanz des Impulsfor­ mers 28 relativ niedrig ist, wird ein Verstärker 84 mit den an­ geschlossenen Widerständen 86 und 88 zur Anpassung der Impedan­ zen zwischen den Kondensator 82 und den Impulsformer 28 geschal­ tet. Ein Anschluß des Kondensators 82 ist mit dem positiven Ein­ gang des Verstärkers 84 verbunden, während der Widerstand 88 zwischen den negativen Eingang des Verstärkers 84 und Masse ge­ schaltet ist. Der Widerstand 86 dient als Rückführung vom Aus­ gang des Verstärkers 84 zu seinem negativen Eingang.

Die Skizze 90 zeigt typische Spannungsformen, die sowohl an den Anschlüssen des Kondensators 82 als auch an den Ausgängen des Verstärkers 84 erscheinen. Die mit V bezeichnete vertikale Achse stellt die Spannung dar, während die mit T bezeichnete horizon­ tale Achse die Zeit darstellt. Man sieht, daß sich die Spannung wiederholt aufbaut, mit einer Frequenz, die von der Frequenz der vom Szintillator erzeugten Lichtblitze abhängt, und daß zwi­ schen den aufeinanderfolgenden Spannungsanstiegen ein exponen­ tielles Entladen erfolgt. Die Zeitkonstante der Entladung ergibt sich aus dem Produkt der Kapazität des Kondensators 82 und dem Widerstandswert des Widerstands 78. Insbesondere sei darauf ver­ wiesen, daß die Spannungsform sich in Abhängigkeit der zeitli­ chen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Aufschlägen von Gammastrahlphotonen auf den Szintillator 60 in Fig. 2 verändert.

Der Impulsformer 28 umfaßt einen Verstärker 92, ein Verzögerungs­ glied 94 und Widerstände 96, 98, 100, 102 und 104, wobei der letztere Widerstand variabel ist. Ein Potentiometer 106 ist zur Veränderung der Größe der Ausgangsspannung des Impulsformers 28 vorgesehen. Es sind zwei Zweige vorgesehen, wobei der obere Zweig die Widerstände 98, 104 und der untere Zweig den Wider­ stand 96, das Verzögerungsglied 94 und den Widerstand 102 ent­ hält. Im oberen Zweig ist das Signal über den Widerstand 98 an den negativen Eingang des Verstärkers 92 geführt. Die Skizze 108 zeigt dieses Signal. Die Skizze 110 zeigt ein Signal, das im un­ teren Zweig über den Widerstand 96 und über das Verzögerungs­ glied 94 an den positiven Eingang des Verstärkers 92 geführt ist. Das Signal in Skizze 110 ist relativ zu dem Signal der Skizze 108 verzögert, wobei diese Verzögerung gleich der Verzögerung des Verzögerungsgliedes 94 ist. Die Differenz zwischen diesen beiden Signalen erscheint am Ausgang des Verstärkers 92 und ist in der Skizze 112 dargestellt. Das Signal in der Skizze 112 ist ein Impuls, dessen Breite wesentlich schmäler ist, als die Ent­ ladezeit des Kondensators 82 im Integrator 26. Der Widerstand 100 dient als Rückführung zwischen dem Ausgang des Verstärkers 92 und seinem negativen Eingang. Der veränderliche Widerstand 104 dient in Verbindung mit dem Widerstand 100 dazu, sowohl die Verstärkung des Impulsformers zu verändern, als auch die Größen der an den positiven und negativen Eingängen des Verstärkers 92 anliegenden Signale abzugleichen.

Der Diskriminator 30 enthält die Widerstände 114, 116 und 118, die Dioden 120, 122 und 124 und einen Kondensator 126. Der Dis­ kriminator 30 bewirkt die Einhaltung des Bezugspotentials für das Impulssignal, das vom Impulsformer 28 abgegeben wird, durch die Diode 122 und die Diode 120, die die Entladung des Konden­ sators 126 bewirken. Während der Zeit, in der positive Spannun­ gen vom Impulsformer 28 am Kondensator 126 anliegen, ist die Diode 122 offen. Es wird jedoch jede Ladung, die sich während der anliegenden positiven Spannung aufgebaut hat, während der Dauer der fallenden Flanke des Impulses in Skizze 112, während die Diode 122 leitet, abgebaut. Die Verbindungsstelle der Dioden 122 und 120 mit dem Widerstand 114 wird durch einen Strom, der von einer positiven Spannungsquelle mit der Spannung V durch den Widerstand 114 und durch die Diode 120 zur Masse fließt, auf einem konstanten Potential gehalten.

Die Unterscheidung der Amplituden erfolgt durch die Diode 124 zusammen mit dem Widerstand 118. Impulse vom Impulsformer 28 mit relativ kleiner Amplitude, wobei die Amplitude kleiner ist als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Diode 124, erschei­ nen nicht am Anschluß A. Impulse vom Impulsformer 28, die eine Spannungsamplitude haben, die größer ist als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Diode 124, machen die Diode 124 leitend, worauf diese Spannung am Anschluß A festgestellt werden kann. Demzufolge sind die am Anschluß A erscheinenden Signale nur aus­ gewählte Signale, die einen Schwellwert übersteigen, der dem vor­ her erwähnten Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Diode 124 entspricht. Dagegen enthalten die am Ausgang Z erscheinenden Signale auch diejenigen Signale, die einen zur Überwindung der Diode 124 zu kleinen Wert haben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung der Verteilung der Strahlung von radioaktiven Strahlungsquellen oder von Röntgenstrahlungsquel­ len, bei welchem Strahlungsenergieimpulse mittels eines Fel­ des von Detektoren (24) aufgenommen und die Detektorausgangs­ signale jeweils in Integrationseinrichtungen (26) integriert und danach mit einer gegenüber der Integrationszeit der Inte­ grationseinrichtung kürzerer Verzögerungszeit verzögert und einer Impulsformung unterzogen werden und schließlich zwecks Ermittlung der Koordinaten des Ortes eines Strahlungseinfalls innerhalb des Feldes der Detektoren für die in einem Anzeige­ gerät (46) erfolgende Bildwiedergabe kombiniert werden, da­ durch gekennzeichnet, daß von den verzögerten Ingetratoraus­ gangssignalen jeweils zur Durchführung der Impulsformung ein unverzögertes Integratorausgangssignal in einer jeweils mit der jeweiligen Integrationseinrichtung (26) verbundenen Dif­ ferenzbildungseinrichtung (92) in Abzug gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Impulsformung mittels Diskriminatoreinrichtungen (30), welche jeweils an die Ausgänge der Differenzbildungs­ einrichtungen (92) angeschlossen sind, diejenigen Impulse der Differenzbildungseinrichtungen ausgeschieden werden, die unter einem vorbestimmten Schwellwert bleiben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential aufeinanderfolgender Impulse vom Ausgang der Differenzbildungseinrichtungen (92) jeweils in den Dis­ kriminatoreinrichtungen (30) wiederhergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Amplitudenpegel der Ausgangssignale der Differenzbildungseinrichtungen (92) einstellbar (106) ist.