DE2521095A1

DE2521095A1 - Gamma-kamera mit einer anordnung von konvex gekruemmten photokathoden

Info

Publication number: DE2521095A1
Application number: DE19752521095
Authority: DE
Inventors: Walter Henry Berninger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1975-11-27
Also published as: SE407465B; CA1025565A; NL7505766A; FR2271584B1; IT1038146B; GB1513792A; US3919556A; FR2271584A1; JPS50159779A; SE7505584L

Description

Gamma-Kamera mit einer Anordnung von konvex gekrümmten Photokathoden

Die Erfindung betrifft ein stationäres Kameragerät, das keinen Abtastvorgang benötigt, um ein Abbild der Verteilung von Quellen für Kernteilchen oder für elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und insbesondere eine Gamma-Kamera, die eine Anordnung von photoelektrischen Röhren als Lagemeßfühler verwendet.

Die Kernmedizin ist gegenwärtig eines der Gebiete der medizinischen Diagnose, das sich am schnellsten ausweitet. Bei der allgemeinen Anwendung der Kernmedizin in der medizinischen Diagnose wird dem Patienten durch Injektion, oral oder durch Einatmen eine geringe Dosis eines Radiopharfflazeutikuras verabreicht, d. h* ein

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kurzlebigesj Gammastrahlen emittierendes Isotop (beispielsweise Technetium-99m), das in eine geeignete chemische Verbindung eingefügt wurde, so daß das Isotop entweder ein bestimmtes Organ oder einen bestimmten Bereich des Körpers des Patienten vermeidet oder von ihm angezogen wird. Zur Peststellung der Isotopenverteilung mit Hilfe der Gammastrahlenemission wird ein nicht in den.Körper eindringendes Instrument verwendet und ergibt wertvolle diagnostische Informationen für den Arzt.

Die Feststellung und Messung von Gammastrahlenemission wird gegenwärtig am häufigsten mit einem Gerät vorgenommen, das auch als Gamma-Kamera bekannt ist, insbesondere mit einer Szintillationskamera gemäß der Beschreibung in der US-Patentschrift Nr. 3 Oll 057· In einer Gammakamera der Bauart mit Photovervielfachern (Photomultiplier) gemäß dieser Patentschrift wird ein SzintillationsVorgang durch eine dichte Anordnung von neunzehn Photoröhren erfaßt, die mit Abstand nahe benachbart zu einem Szintillator angeordnet sind. Ihre Ausgangssignale werden weiterverarbeitet, um die Ortslage und die Energie der auftreffenden Gammastrahlen zu ermitteln. Der Abstand zwischen dem Szintillator und den ebenen Photokathoden der Photoröhren ist beträchtlich. In der vorgenannten US-Patentschrift wird dieser Abstand als äußerst bedeutungsvoll für die Anordnung nach der dort gegebenen Lehre betrachtet, um zu gewährleisten, daß jede Photoröhre ein Gesichtsfeld besitzt, das einen Hauptteil des Sziritillators erfaßt. Wie noch nachstehend erläutert wird, ist dieser beträchtliche Abstand in der vorbekannten Gammakamera erforderlich, um eine gute Linearität zwischen den Ausgangssignalen der Photoröhren und der tatsächlichen Ortslage der Szintillatlonsvorgänge zu erhalten. Es ist offensichtlich, daß der Verlust der von dem Szintillator abgegebenen optischen Photonen, welche von den Photokathoden erfaßt werden, umso größer ist, je größer der Abstand zwischen der rückwärtigen Fläche des Szintillator und der Ebene der Photokathoden ist, und daß hierdurch auch der in das System eingebrachte Rauschpegel größer wird und dadurch die räumliche Auflösung des erzeugten Abbildes der Gammastrahlenverteilung verschlechtert wird. Außerdem besitzt die Gamma-Kamera mit

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ebenen Photokathodenröhren einen beträchtlichen mittleren quadratischen Fehler der OrtslagenbeStimmung für das Gesichtsfeld, der zu einer Verzerrung oder Verfälschung des wiedergegebenen Bildes führt.

Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Gammakamera, die eine gute Linearität zwischen den Ausgangssignalen der Photoröhren und der tatsächlichen Ortslage der Szintillationsvorgänge besitzt, unabhängig von dem Abstand zwischen dem Szintillator und der Ebene der Photokathoden.

Weiterhin ergibt die erfindungsgemäße Gamma-Kamera eine lineare und isotrope Beziehung zwischen den Signalen der Photoröhren und der Ortslage eines Szintillationsvorganges.

Die erfindun^.jgc-mäße Gamma-Kamera weist auch noch einen beträchtlich verringerten Fehler der Ortsbestimmung und eine verbesserte räumliche Auflösung im Vergleich mit vorbekannten Gamma-Kaiheras auf.

Weiterhin ergibt die Erfindung eine verbesserte Gamma-Kamera mit der Möglichkeit, einen dickeren Szintillator mit entsprechend hone rein Wirkungsgrad für die Erfassung von Gammastrahlen im Vergleich zu vorbekannten Gamma-Kameras mit vergleichbarer Lageauflösung.

Wachstehend ist die erfindungsgemäße Kameraanordnung als Gamma-Kamera beschrieben; sie ist selbstverständlich auch geeignet zur Verwendung mit anderen Arten von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von Röntgenstrahlen, und auch mit Kernteilchen, beispielsweise Positronen. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Kamera zur Feststellung der Verteilung iigendwelcher Strahlungen oder Teilchen benutzt werden, auf welche der Szintillator anspricht.

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Die erfindungsgemäße Anordnung schafft daher eine verbesserte Szintillationskamera des Typs mit Photovervielfacher (Photomultiplier) zur Abbildung der Verteilung auftreffender Kernteilchen oder elektromagnetischer Strahlung.

Zusammengefaßt ist die Erfindung ein verbessertes "zintillat(.r-Kamera-Gerät der bauart mit Photomultiplier, das einen Kolllriiitor enthält, der zur Kollimation von auftreffenden Kernteilchen oder elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, die von ein, ,· äußeren Quelle ausgehen und erfaßt werden. Ein Szintillator ist am Ausgang des Kollimators angeordnet und erzeugt bei Vorhandensein eines absorbierten auftreffenden Teilchens oder einer elektromagnetischen Strahlung einen Lichtimpuls. Eine Anordnung von mehreren photoelektrischen Röhren ist jeweils in enger Nachbarschaft zur ausgangsseitigen Fläche des Szintillator zur Erfassung der optischen Photonen und zur Abgabe angeregter Elektronen angeordnet, wobei die einzelnen Röhren jeweils eine geometrisch korrigierte nient-planare Photokathode besitzen. Die Eingänge einer elektronischen Schaltung sind mit den Ausgängen der Photoröhren verbunden, um die Ausgangssignale der Photoröhren in Signale aufzulösen, welche die Koordinaten der Ortslage und die Energie jedes der Lichtimpulse darstellen, die von den Photoröhren empfangen werden. Eine geeignete Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein Oszillograph, ist mit dem Ausgang der elektronischen Schaltung verbunden, um die Koordinaten der erfaßten Szintillationsvorgänge aufzuzeichnen. Diö Ausgangssignale der Photoröhre und die resultierenden elektrischen Signale für die Achsenkoordinaten sind linear bezüglich dür tatsächlichen Achsenkoordinaten des Szintillationsvorganges, und der mittlere quadratische Fehler für das Gesichtsfeld ist wesentlich kleiner als bei der vorbekannten Gamma-Kamera mit ebener Photokathode, wodurch die Verzerrung des wiedergegebenen Bildes verringert wird. Weiterhin ist das Ansprechverhalten der Gamma-Kamera gemäß der Erfindung in hohem Maße isotrop dahingehend, daß daß infolge eines Seintll-

1ationsvorgängeυ erzeugte Signal praktisch unabhängig von dem Abstand zwischen der Ausgangs fläche des Szintillator und den

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Photokathoden ist, während andererseits in der vorbekannten Gamma-Kamer.. mit ebener Photokathode das Ansprechverhalten ausgeprägt anisotrop ist für Abstände von weniger als dem O,^fachen des Durchmessers einer Photokathode und hierdurch die Anzahl der von der Photokathode erfaßten Photonen vermindert und der Rauschpegel vergrößert wird. Durch das größere Geamtsignal und die größeren Signale von einzelnen Photoröhren in der erfindungsgemäßen Gamma-Kamera mit korrigierter Photokathode wird die räumliche Auflösung des wiedergegebenen Bildes gegenüber der vorbekannlen Gamma-Kamera verbessert.

Ein besseres Verständnis des Aufbaus und der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung und weiterer Aufgaben und Vorteile derselben ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen, bei denen gleiche Teile in den verschiedenen Abbildungen mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet sind.

Figur 1 ist eine allgemeine schematische Darstellung der vorbekannten Gamma-Kamera nach der US-Patentschrift 3 Oll 057, welche ebene Photokathoden verwendet.

Figur 2 zeigt eine Anordnung von zwei Photoröhren, welche für die Erfassung der Ortskoordinaten verwendet werden und vorbekannte ebene Photokathoden benutzen.

Figur 3 ist eine Kurvendarstellung der in einem Rechner berechneten Werte für die normalisierte χ-Achsenkoordinate für eine Gamma-Kamera mit zwei Photoröhren über der tatsächlichen x-Aohsenkoordinate des Szintillationsereignisses für verschiedene vertikale Abstände zwischen dem Szintillationskristall und den Photoröhren für die Anordnung von Photoröhren mit ebener Photokathode nach Figur 2.

Figur 4 zeigt eine Anordnung mit zwei Photoröhren als Ausführungsform der Erfindung, welche für die Erfassung der Orts-

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koordinaten verwendet werden und konvex gekrümmte Photokathoden benutzen.

Figur 5 ist eine Kurvendarstellung der in einem Rechner errechneten Werte für die x-Achsenkoordinate bei einer Gamma-Kamera mit zwei Photoröhren über der tatsächlichen x-Achsenkoordinate des Szintillationsvorgan^ü für verschiedene vertikale Abstände zwischen dem Szintillationskristall und den Photoröhren für eine Anordnung mit zwei Photoröhren mit den erfindungsgemäßen konvex gekrümmten Photokathouen einer Anordnung nach Figur 4.

Figur 6 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung einer rflndunpjs gemäßen Gamma-Kamera unter Verwendung von Phocoröhren mit konvex gekrümmten Photokathoden.

Figur 7 ist eine Anordnung einer zweiten Ausführungsform der Photoröhren mit konvex gekrümmten Photokathoden, die erfindungsgemäß isur Erfassung der Ortskoordinaten verwendet werden.

Figur 8 zeigt eine typische Kurvendarstellung des Bruchteils der aus dem Szintillationskristall austretenden optischen Photonen, der durch eine Photoröhrenanordnung in einer Gamma-Kamera erfaßt wird, für ebene und für konvex gekrümmte Photokathoden^

Figur 9 ist eine ausführlichere schematisehe Darstellung des optischen Teils der erfindungsgemäßen Gamma-Kamera und ein allgemeines Blockschaltbild der elektronischen Schaltung, die Bur Auflösung der elektrischen Ausgangssignale der Photoröhren in elektrische Signale für die Energie und für die ürtskoordinaten verwendet wird«

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Figur 10 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild der elektronischen Schaltung nach Figur 9.

Figur 11 zeigt die Orientierung der Photoröhren in ihrer Anordnung.

Es wird nunmehr besonders Bezug genommen auf die Figur 1. Diese zeigt die grundlegenden Komponenten einer vorbekannten Gamma-Kamera des Bautyps mit Photomultiplier nach der US-Patentschrift Nr. 3 011 057. Dieses Gerät und seine Arbeitsweise werden nunmehr im einzelnen beschrieben. Die durch einen Pfeil angedeuteten Gammastrahlen werden von einem Patienten ausgesandt, der kernmedizinisch untersucht wird, und werden in einem geeigneten Kollimator 10 kollimiert, der typischerweise ein aus Blei hergestellter fokussierender Kollimator mit parallelen Bohrungen sein kann. Die kollimierten Gammastrahlen werden dann durch einen Szintillator 11 absorbiert, der typischerweise aus einem Natriumjodid-Einkristall besteht.und die Form einer Scheibe mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 1,2 cm (1/2 Zoll) und einem Durchmesser von etwa 33 cm (13 Zoll) besitzt. Der im Szintillator 11 aus jedem Szintillationsvorgang erzsugte Lichtimpuls wird vuti einer hexagonalen Anordnung 12 mit anger Packung und mit 19 photoelektrischen Röhren betrachtet, die einen Durchmesser von etwa 7,5 crn (3 Zoll) besitzen und deren einzelne Gesichtsfelder überlappend sind. Die Ausgangssignale d^r Photo-Öhren werden durch einen einfachen Analogrechner 13 aufgelöst, um elektrische Signale zu erhalten, die proportional zur x-Achsenkoordinate und y-Achsenkoordinate des Szintillatioisvorgängeε und zur Energie der absorbierten Gammastrahlung sind. Die letztere Information ergibt die Fähigkeit zur Energieauflösung durch die Gamma-Kamera. Die verarbeiteten elektrischen Signale werden auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung oder Bildwiedergabeeinrichtung lh wiedergegeben, beispielsweise auf einem konventionellen Speicheroszillographen, von dessen Bildschirm gewünschtenfalls eine Aufnahme gemacht werden kann.

Die Verwendung einer Anordnung von Photoröhren zur Erfassung der Scintillations vorgänge ist an sich seit langem bekannt. Ihre Verwendung als Mittel zur Bestimmung der Lagekoordinaten eines Szintillationsvorganges war jedoch vor der vorgenannten US-Patentschrift 3 Oll 057 beschränkt infolge der nicht-linearen und nicht-isotropen Beziehung zwischen dem Ausgangssignal der Photoröhre und der Ortslage des Szintillationsvorganges.

Zum Verständnis der Art des Problems der Nichtlinearität und der Anisotropie wird Bezug genommen auf die Figur 2, die eine Anordnung mit zwei konventionellen photoelektrischen Röhren 20 und 21 zeigt, die jeweils ebene oder planare Photokathoden 20a bzw. 21a besitzen. Für die Zwecke der nachstehenden Erläuterung wird der Durchmesser des Photokathodenteils auf 1,0 Einheiten normalisiert, obwohl der Durchmesser des Photokathodenteils der in einer Gamn.a-Kamera verwendeten Photoröhren typischerweise etwa 7,5 cm (3 Zoll) oder weniger beträgt. Die einzelnen Gesichtsfelder der ebenen Photokathoden enthalten einen Szintillationsvorgang, der an einem Punkt geschieht, welcher durch die x-, y-, und z-Koordinatenachsen definiert ist. Dabei liegen die x- und y-Achse in der Ebene der Photokathode und die z-Achse ist senkrecht dazu. Wie in Figur 2 angedeutet, befinuet sich der Nullpunkt der x-, y- und z-Koordinatenachsen an der gemeinsamen Tangente der Photokathoden der Röhren 20 und 21. Die x-Achse verläuft entlang einer geraden Linie, welche die Durchmesser beider Photokathoden bildet, die y-Achse ist senkrecht dazu (sie verläuft entlang einer geraden Linie, welche die gemeinsame Tangente zu den Photokathoden bildet) und die z-Aehse definiert den Abstand zwischen der Ebene der Photokathoden und der ausgangsseltigen Fläche des Szintillator 11. Die x-Achsenkoordinate des tatsächlichen Szintillationsvorgangs im Szintillator Il ist hier durch die Größe χ definiert, während andererseits das von den Ausgängen der Photoröhren 20 und 21 bei Vorhandensein eines Szintillationsvorganges bei χ erhaltene elektrische Signal mit x_m definiert ist, wobei χ die Form gemäß der nachstehenden Gleichung (1) besitzt:

_x ⁰I^Jl (D

SO 98Λ 8 / 1137

dabei bedeuten 0^ bzw. 0_O die Raumwinkel an den Photokathoden 20a bzw. 21a gesehen von dem Koordinatenort des Szintillationsvorganges.

Die Gi'össe χ_γ . normalisiert auf ihren Wert bei χ = 0,5 (d.h. in der Mitte uur Photokathode 21a), wird χ genannt, und die-

* mn

se Grosse wurde berechnet und die Ergebnisse sind in der Kurve uer Figur 3 wiedergegeben. Diese zeigt eine ausgeprägte Nichtlinearität im Vergleich mit der gestrichelten Linie, die eine lineare Beziehung zwischen der abgeleiteten (aus den Ausgangssignalen der photoelektrischen Röhre) Koordinaten χ und der

mn

tatnachlichen Szintillationskoordinate χ darstellt. Die Kurven in Figur 3 zeigen auch, dass das Ansprechverhalten des Systems mit ebener Photokathode nicht-isotrop ist, da das Ausgangssignal für einen Szintillationsvorgang am Ort χ von der z-Koordinate des Szintillationsvorganges abhängig ist. Daher ist es aus Figur 3 offensichtlich, dass ein erwünschter geringer Abstand der ebenen Photokathode von der ausgangsseitigen Oberfläche des Szintillator zu einer viel stärker nicht-linearen Beziehung zwischen χ und χ führt, wie dies durch die Kurven für ζ = o,l und ζ = ο,2 angedeutet ist. Ein bnhr geringer Abstand zwischen diesen beiden Teilen (d.h. ζ besitzt einen sehr kleinen Wert) ist in höchstem Masse erwünscht, um eine verbesserte Statistik für die optischen Photonen und ein niedriges Rauschen zu erhalten. Es ist bemerkenswert, dass die Isotropie und die Linearität beide mit steigenden Werten von ζ verbessert werden. Diese letztere Tatsache wurde in der vorgenannten U.S.-Patentschrift 3.011.057 dadurch ausgenutzt, dass ein beträchtlicher Abstand zwischen der Ebene der Photokathoden und der Ausgangs fläche des Szintillator eingeführt wurde. Für eine praktische Gamma-Kamera wird zunächst die erwünschte Linearität bestimmt und dann der Mindestabstand festgelegt, der mit einer solchen Linearitätszahl verträglich ist. In dem vorbekannten System mit ebener Photokathode musste leider ein Kompromiss -zwischen dor guten Linearität, die einen grossen Abstand zwischen Szintillator und Photokathode mit entsprechend schlechter Statistik für die optischen Photonen erfordert, und dem

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geringen Rauschen getroffen werden, das einen möglichst kleinen Abstand mit entsprechend grosser Zahl von eingefangenen Photonen pro Photoröhre erfordert. Ein allgemein in dor vorbekannten Anordnung als Kompromiss verwendeter Abstandswert (siehe Figur 3) beträgt etwa das 0,4fache des Durchmessers der Photokathode. Dieser Wert von ζ = 0,4 bedeutet bei einer Photoröhre mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm (3 Zoll) einen Abstand von etwa 3,2 cm (1,25 Zoll), und dieser grosse Abstand verschlechtert die Statistik für die optischen Photonen, d.h. er verringert die Fähigkeit jeder Photokathode zum Erfassen von optischen Photonen, und damit verschlechtert er die räumliche Auf Losung des wiedergegebenen Bildes auf dem Anzeigeteil 14.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 4, die eine lineare Anordnung von zwei photoelektrischen Röhren 40, 41 zeigt, die geometrisch korrigierte nicht-planare Photokathoden 40a, 41a gemäss der Erfindung besitzen. Im allgemeinen sind die geometrisch korrigierten Photokathoden konvex gekrümmt^ und als bestimmendes Ausführungsbeispiel wird die Photokathode nachstehend als halbkugelförmige Kathode beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass eine solche Photokathode auch die Form eines Teilabschnittes einer Halbkugel oder eine andere konvex gekrümmte Form im Rahmen der Lehre der Erfindung besitzen kann. Die Grosse χ in Gleichung (1) wurde erneut auf

ihren Wert bei χ «* 0,5 normalisiert und für ein System der Bauform nach Figur 4 mit zwei Photokathoden berechnet. Die Ergebnisse sind in der Kurve mich Figur 5 wiedergegeben. Es ist zu beachten, dass in der Figur 5 die nicht-lineare Beziehung

zwischen χ und χ noch vorhanden ist. Die Abweichung von der mn

Linearität ist jedoch für jeden Wert des Abstandes ζ niemals grosser als die Abweichung von der Linearität für das System mit ebener Photokathode für ζ kleiner oder gleich 0,4. Weiterhin ist für jeden gegebenen Wert von ζ die Abweichung von der Linearität für das erfindungsgemässe System mit geometrisch korrigierter Photokathode kleiner als für das System mit planarer Photokathode, wobei der Gegensatz für den kleinsten Wert

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von ζ (d.h. ζ = 0,01) besonders ausgeprägt ist. .

Die \rbeitsweise einer Gamma-Kamera mit Mindestwerten für den Abstand ζ zwischen der Ausgangsfläche des Szintillators 11 und der Ebene der Photokathoden ist weiterhin dadurch bemerkenswert , dass in der erfindungsgemässen Gamma-Kanu ra ein solcher Mindestabstand noch die Verwendung von Szintillatoren mit grösserer Dicke in der Anordnung gestattet. D die Szintillationsvorgnnge in jeder Tiefenlage in dem Szintillator auftreten können, erfordert das nicht-isotrope Verhalten der vorbekannten Anordnungen, dass der Szintillator sehr dünn ist ( ⁴twa 1,2 cm) (etwa 1/2 Zoll), obwohl dort ein relativ grosser Abstand ζ verwendet wird. Da jedoch das erfindungsgemässe Garama-Kamera-Systetn auch noch bei Abständen z, die theoretisch bis herunter zu dem 0,01fachen des Durchmessers der Photokath. de gemäss Figur 5 betragen können, zufriedenstellend und mit weit überlegenem Verhalten (einschliesslich einer besseren Isotropie) im Vergleich gegenüber den vorbekannten Systemen mit Gamma-Kamera arbeitet, kann in dem erfindungsgemässen System mit Gamma-Kamera ein wesentlich dickerer Szintillator verwendet werden und hierdurch wird ein grösserer Wirkungsgrad für die Erfassung höherer Energien der auftreffenden Nuklearteilchen oder elektromagnetischen Strahlung erreicht.

Der Effekt der Nicht linearität und Anisotropie, wie er durch die lageabhn'ngigen Funktionen der Kurven nach den Figuren 3 und 5 gezeigt wird und die Abbildeigenschaften eines Gamma-Kamera-Systems beeinflusst, ist zweifacher Art. Erstens führt die Nichtlinearität (x_mn - x) zu einer Feldverzerrung ähnlich der Kissen- oder Tonnenverzerrung (d.h. der abgebildete Punkt boHitzt einen Abstand gegenüber seiner Lage ohne Verzerrung). Die Anisotropie (die Änderung von χ - χ mit ζ) verschlechtert die räumliche Auflösung (d.h. sie bewirkt eine Unscharfe dos abgebildeten Punktes) in einer Weise, die unabhängig von der Linc;«ritiit des Systems ist, wie dies noch nachstehend erläutert wird. 15s wird angenommen, dass die Gamma-Kamera das Signal für die x-Achsenkoordinate in einor solchen Weise wei-

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terverarbeitet, dass der abgebildete (d.h. der korrigierte)

Wert x, der Koordinate χ eine
d

nach Gleichung (2) darstellt:

Wert χ, der Koordinate χ eine einwertige Funktion der Form

x_d - f (xj (2)

Dabei ist f (x ) nicht notwendigerweise linear bezüglich χ . m m

Das Problem ergibt sich aus der Tatsache, dass die gemessene

Koordinate χ eine Funktion sowohl von χ und von ζ gemäss der m

Gleichung (3) ist:

x_m = g (x,z) (3),

wobei diese Funktion durch die Kurven in den Figuren 3 und 5 wiedergegeben wird. Daher werden Szintillationsvorgänge, die bei einem bestimmten Wert für χ auftreten, eine Verteilung der Werte von x, ergeben, wobei die Funktionsform der Verteilung durch die Verteilung der z-Werte bestimmt wird, die für Gammastrahlenabsorption in einem Szintillator exponentiell verläuft. Die resultierende Verteilung von x, (wie sie abgebildet wird) der Werte besitzt eine nicht verschwindende Breite und dies ergibt eine praktische Begrenzung für die Fähigkeit eines Beobachters, eng beabstandete Szintillationsvorgänge zu unterscheiden. Daher ist ein erwünschter Gesichtspunkt eines Detektors mit einer Anordnung von Photoröhren ein möglichst geringer Abstand der χ - x-Kurven für diejenigen z-Werte, die in dem Bereich der Gamma-Kamera liegen. Dieses erwünschte Merkmal wird offensichtlich durch die erfindungsgemässe Anordnung gegeben, da die Figur 5 einen sehr kleinen Abstand der χ - x-Kurven für z-Werte im Bereich von 0,01 bis 1,0 zeigt«

Ea wird nunmehr Bozug genommen auf die Figur ß, die eine schematiache Darstellung dor Anordnung mit einer Gamma-Kamera gemöös der Erfindung aseigt, wobei die Photokathodön in der Anordnung 12 für die photoelektrischen Itöhren konvex gekrümmt sind. Zum Zwecke des Vergleichs mit der vorbekannten Gamma-Kamera gemäss Figur 1 und mit den Kurven nach Figuren 3 und 3 wird angenommen, dass die Photoröhren mit geometrisch korri-

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gierten nicht-planaren Photokathoden ebenfalls jeweils einen Durchmesser von etwa 7,5 cm (3 Zoll) besitzen; selbstverständlich können die Röhren je nach dem bestimmten Anwendungsfall grosser oder kleiner sein Die schematische Du stellung der erfindungsgcmässen Gamma-Kamera in Figur β wird in vereinfachter Form gegeben zum leichteren Vergleich mit der in Figur 1 abgebildeten vorbekannten Gamma-Kamera. Einefausführlichere schematische Abbildung der erfindungsgemässen Gamma-Kamera ist in Figur 9 dargestellt, die auch noch ein allgemeines Blockschaltbild der elektronischen Schaltung 13 enthält, die zur Auflösung der Ausgangssignale der photoelektrischen Röhren in elektrische Signale für die Energie und für die Lagekoordinaten verwendet wird. Der Kollimator 10 kann ein Kollimator des gleichen Typs? sein, wie er für die vorbekannte Gamma-Kamera nach Figur 1 verwendet wird. Für die Verwendung mit Gammastrahlen ist dies dann ein geeigneter Fokussierungskollimator für Gammastrahlung, der typischerweise aus einem Bleiblech mit einer Stärke von etwa 2,5 cm (1 Zoll) bestehen kann, das dann eine grosse Anzahl von kleinen, parallelen durchgehenden Bohrungen besitzt, die gleich gross sind und den gleichen Abstand untereinander besitzen. Der Kollimator 10 ist zwischen dem Szintillator 11 und dem bestimmten Organ oder sonstigen Bereich des Körpers des Patienten eingefügt, die abgebildet werden sollen. Alternativ hierzu kann ein kürzlich entwickeltes System mit kodierter Abbildungsöffnung (coded imaging aperture system) anstatt eines Gammastrahlen-Kollimators verwendet werden. Der Szintillator 11 kann auch ein Natriumjodid-Einkristall sein und die Form einer Scheibe mit einer typischen Dicke von 1,2 cm (0,5 Zoll) und einem Durchmesser von etwa 33 cm (13 Zoll) besitzen.

Gemäss der vorstehenden Erörterung ist jedoch der erfindungsgemiisse Szintillator in seiner Dicke nicht wie bei der vorbekannten Gamma-Kamera beschränkt und kann daher eine beträchtlich ijrösöoro Dicke als 1,2 cm besitzen, wie dies durch die Krossere Dicke in Figur ß relativ zur Figur 1 veranschaulicht wix-d.

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Ein Hauptunterschied zwischen dem Aufbau der vorbekannten Gamma-Kamera nach Figur 1 un<.. der erfind ungsgemässen Anordnung nach Figur G besteht in dem Lichtleitermedium 15, das zwischen der Yusgangsflache des Szintillators 11 und den Photokathoden der Photoröhrenanordnung 12 verwendet wird. In der bekannten Gamma-Kamera dient dieses Lichtleitermedium zwei Hauptfunktionen. Erstens ergibt es eine nahezu vollständige Anpassung des optischen Brechungsir, lex zwischen einer Glasplatte lla (an welcher der Szintillator aus Gründen der mechanischen Halterung befestigt sein kann) und den Glaskolben der Photoröhren. Zweitens, und dies ist von grösster Bedeutung, ergibt es ein optisch durchlässiges Mittel, um den nötigen Abstand zwischen der Ebene der Photokathodo und der Ausgangsflache des Szintillators zu erhalten, welcher für eine ausreichende Linearität und Lageauflösung der Gamma-Kamera erforderlich ist. In der Praxis kann der Lichtleiter aus Glas oder aus einem ultravio-lettdurchlässigen Kunststoffmaterial bestehen, beispielsweise Polymethylmethacrylat, beispielsweise das unter dem Handelsnamen LUCITE erhältliche Material. Im Gegensatz hierzu besteht in der erfindungsgemässen Anordnung die Hauptfunktion des Lichtleiters lediglich darin, eine Anpassung des Brechungsindex zwischen der Glasschicht an der Rückseite des Szintillators und dem Glaskolben der Photoröhren zu schaffen. Daher besitzt das eingangsseitige oder szintillatorseitige Ende des Lichtleitertails 15 in der erfIndungsgemässen Anordnung (dieses kann ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial wie dem unter dem Warenzeichen LUCITE erhältlichen Material bestehen) eine ebene Qberflache, während das ausgangsseitige Ende eine Vielzahl von konkaven Vertiefungen besitzt, die sich an die äusseren Oberflächen der aus Glas bestehenden konvex gekrümmten Frontplatten der Photoröhre anpassen. In dem Lichtleiter 15 im Stand der Technik ist die Ausgangsoberfläche des Lichtleiterme d i u ms ρ r a k t i s ch e be η.

Obwohl eine beliebige Zahl von Photorrihren in der Anordnung 12 verwundet worüon kann, wird olr>o bevorzugt« räumliche Anordnung solcher Röhren in l-'l^ur 11 wiedsrgegobön und enthält eine

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erste in der Mitte angeordnete Röhre (diese ist mit der Zahl 1 bezeichnet) und einen ersten Ring von sechs Rouren (mit den fortlaufenden Nummern 2 bxs T), die um diese erste Röhre herum in einem Sechseckmuster angeordnet sind, sowie einen zweiten sechseckförniigen Ring mit zwölf Röhren (diese s^! nd mit den Nummern R bis Ii/ numeriert). Auf diese Weise besteht die Anordnung 12 im allgemeinen beispielsweise aus 7, 19 oder 38 Photoröhren. Die Röhren sind gewöhnlich alle unterei ander identisch (dieses ist jedoch nicht unbedingt erforderlich) und sind parallel zueinander ausgerichtet. Dabei ist die mittlere Röhre koaxial zum Szintillator 11 und zum Kollimator 10 angeordnet. J<-de Photoröhre besteht aus der Photokathode 40a (siehe Figur ■1) an ihrem Eingangsende, die auf den Szintillator gerichtet ist, und einem Elektrdnenvervielfacherabschnitt, der in dem engeren zylindrischen Teil 40b der Röhre in Richtung des Ausgangsendes derselben angeordnet ist. Der Elektronenvervielfacherabschnitt enthält eine Vielzahl von Dynoden, typischerweise eine Zahl von zehn Dynoden, und auch noch eine Anode. Die erfindungsgeniässe Röhre mit geometrisch korrigierter Photokathode kann mit Ausnahme der gekrümmten Photokathode einen gleichen Aufbau wie die konventionelle Photoröhre gemäss der Abbildung in Figur 2 besitzen. Infolge der Krümmung der Photokathode in der erfindungsgemässen Röhre kann jedoch der verbreiterte zylindrische Teil 40c der Röhre benachbart zur Photokathode eine beträchtlich kürzere Lange besitzen als in der konventionellen ebenen Röhre, da die Krümmung der Photokathode eine Eigenfokussierung der von der Photokathode abgegebenen Elektronen ergibt und damit die beträchtliche Strecke, welche in der konventionellen ebenen Röhre zur Fokussierung der Elektroden benötigt wird, hier nicht erforderlich ist. In beiden Höhren wird eine konventionelle Fokussierungselektrode zur Fokussierung der von der Photokathode abgegebenen Elektronen auf die er«te Dynodonstufe verwendet.

\uhguntf joder Photoröhre (d.h. an dor Anode oder an der lofy.ten Dynode dorHelhtm) ist mit den Eingängen der elektronischen Schaltung 13 vurbunden, welche die Ausgangssignale

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der Photoröhre in elektrische Signale für die Energie und die Lage, koordinate umwandelt, welche der Intensität und der Lagekoordinate jedes Lichtimpulses in dem Szintillator entsprechen.

Daher wird für jedes auftreffende Kernteilchen oder jedes Photon der elektromagnetischen Strahlung, die von einer äusseren Quelle abgegeben wird, beispielsweise einem Patienten, der kernmedizinisch untersucht wird, und den Kollimator 10 (dieser ist über dem Patienten angeordnet) durchsetzt und im Szintillator 11 absorbiert wird, ein Lichtimpuls in dem Szintillator gemäss dem Absorptionsvorgang erzeugt, wobei die Amplitude des Lichtimpulses durch die Anzahl der optischen Photonen in jedem Lichtimpuls bestimmt wird und proportional der Energie des absorbierten auftreffenden Teilchens oder Photons ist. Der Szintillator bildet daher die erste Stufe in dem Abbildungsverfahren durch die Erzeugung eines Verteilungsmusters im Bereich des sichtbaren Lichtes, aus dem dann die Verteilung der Gammastrahlen (oder der Quellen für andere Strahlung oder Kernteilchen) errechnet werden kann. Infolge der konvex gekrümmten Form der Photokathoden erfasst jede Photokathode in der Röhrenanordnung 12 die Szintillationsvorgänge im Szintillator 11, obwohl ein bedeutungsvoller Effekt für jeden Szintillationsvorgang auf diejenige Photokathode beschränkt ist, die am besten mit dem Szintillationsvorgang ausgerichtet ist, und auf den Ring von sechs umgebenden Photokathoden.

Die elektronische Schaltung 13 analysiert die Intensität des Lichtimpulses, der im Szintillator erzeugt wird, und aus welcher die Energie der auftreffenden Gammastrahlung ermittelt wird. Weiterhin berechnet sie die Lagekoordinate für jeden der Lichtimpulse durch Auflösung der Ausgangssignale der Photoröhren in ein entsprechendes elektrisches Lagekoordinatensignal für diejenigen Lichtimpulse, deren Intensitäten in einen vorgegebenen Bereich fallen, welcher durch den Teil der elektronischen Schaltung 13 für Intensitätsanalyse (Energierechner) ermittelt wird. Daher kann die Schaltung 13 allgemein als ein Rechner für die Lage und die En. rgie bezeichnet werden,

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Die Berechnung der Lage besteht darin, eine gewichtete Summe der \usgangssignale der Photoröhren zu bilden. Die elektronische Schaltung 13 ist allgemein in Figur 9 und im einzelnen in Figur 10 wiedergegeben. Zu diesem Zeitpunkt genügt es festzustellen, dass die elektronische Schaltung im Zusammenwirken mit den geometrisch korrigierten Photoröhren die beste \uflösung für die Lage und die Energie mit den gegebenen Photoröhrensigna lon ergibt. Das Ausgangssignal der elektronischen Schaltung 13 enthalt drei Ausgangssignale in Form gleichzeitiger Iu pulse, von denen zwei proportional zu den Lagekoordinaten des Szintillationsvorgangs sind und der dritte ein Anzeigeimpuls zur Ansteuerung der Intensitätsachse der Anzeigeoder Wiedergabeeinrichtung 14 ist. Daher werden im Falle der Verwendung eines Oszillographen als Anzeigeeinrichtung 14 die beiden 'Vusgangssignale für die Koordinaten aus der Schaltung den Eingängen des Oszillographen für die x- und die y-Achse zugeführt und das dritte ^usgangssignal für die Anzeige wird der z-Achse (Intensität) des Oszillographen zugeführt. Der z-Inipuls könnte auch alternativ verwendet werden, um einen

■\nalogdigital-Wandler durchzusteuern und gewünschteniulls eine digitale lufzeichnung zu erhalten.

In Figur B wird ein Ergebnis einer Rechnerberechnung für die Sammlung optischer Photonen für Anordnungen mit ebener Photokathode und für die erfindungsgemässen Anordnungen mit geometrisch korrigierten rhotokathoden wiedergegeben, Die in Figur 8 gezeigte Kurve gibt den Bruchteil der von dem Szintillator abgegebenen Photonen, welche durch die Photomultiplieranordnungen gesammelt werden, als Funktion der x-Koordinate der Scintillation für Szintillationsvorgänge, welche entlang der x-Achse erfolgen. In jedem Falle wurde eine Anordnung von 19 Photoröhren mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm ( 3 Zoll) angenommen, die einen Szintillator mit einer Dicke von etwa 1,2 cm (0,5 Zoll) betrachteten. Der Abstand zwischen der Ausgangs flächo des Szintillators und der Photokathode betrug für die Anordnung mit geometrisch korrigierter Photokathode etwa 0,25 cm (0,1 Zoll) und für die Anordnung mit ebenen Photoka-

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thoden etwa 3,2 cm (1,25 Zoll). Die Figur 8 zeigt, dass das nutzbare Gesichtsfeld einer praktischen Ausführung einer Gamma-Kamera in seiner räumlichen Ausdehnung beschränkt ist infolge einer verminderten Ausnutzung der optischen Photonen für Szintillationsvorgänge, die weit entfernt von der Mitte der Gamma-Kamera erfolgen. Es wurde eine sinnvolle Arbeitsdefinition des Gesichtsfeldes der Kamera angenommen, die als Gesichtsfeld den Bereich des Feldes der Kamera festlegt, in dem das Energiesignal mehr als 90% seines Maximalwertes beträgt. Wenn man dieses Kriterium auf eine Anordnung mit 19 Röhren mit Photokathoden mit einem Durchmesser von jeweils 7,5 cm (3 Zoll) anwendet, dann ergibt dies einen Gesichtskreis mit einem Durchmesser von etwa 23 cm ( 9 Zoll). Es ist zu beachten, dass die Lageinformationen über ein bedeutend grösseres Feld brauchbar sind, wie dies in Figur 8 angedeutet ist, und dass der Wirkungsgrad für das Einsammeln der Photonen in der geometrisch korrigierten Anordnung grosser ist als in der ebenen Anordnung.

Die durchgeführten zahlenmässigen Berechnungen der Ansprechfunktionen für die Lage für Gamma-Kameras mit ebener Photokathode und mit geometrisch korrigierter Photokathode gaben eine Möglichkeit zum Vergleich des Ansprechverhaltens der beiden Kamerasysteme. Die Berechnungen beruhten darauf auf den konventionellen Annahmen, wie sie in dem Gebiete der Gamma-Kameras gemacht werden. Einige dieser Annahmen sind die folgenden: (1) Der Szintillator besitzt einen Brechungsindex von 1,8, (2) der Lichtleiter besitzt einen Brechungsindex von 1,5 und ist an die gläserne Frontplatte der Photoröhre angepasst, (3) der Durchmesser der Photokathode ist etwa 7,5 cm (3 Zoll), (4) die Photokathoden sind vom Szintillator für die erfindungsgemässe Anordnung unter einem Abstand von etwa 0,25 cm ( 0,1 Zoll) und für die Anordnung mit ebenen Photokathoden unter einem Abstand von etwa 3,2 cm (1,25 Zoll) angeordnet und (5) die Dicke des Szintillator ist etwa 1,2 cm (0,5 Zoll). Aus den Berechnungen ergibt sich ein mittlerer quadratischer Fehler von 1,9 mm für das gesamte Gesichtsfeld der erfindungsgemfissen Kamera im Vergleich zu einem Wert von 2,4 mm für das System mit ebenen Pho~

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tokathoden.

Es ist daher eine ausgeprägte Überlegenheit bezüglich dieses Fehlers in dem erfindungsgemässen Gamma-Kamera-System gegenüber dem vorbekannten System vorhanden zusätzlich zu der beträchtlichen Verbesserung der Isotropie, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 5 erläutert wurde. Sohliesslich führt die Möglichkeit der Benutzung eines sehr dünnen Lichtleiterraediums in der erfindungsgemässen Anordnung im Vergleich zu dem relativ dicken Medium in der Gamma-Kamera mit ebenen Kathoden zu bedeutend grösseren summierten und einzelnen photoelektrischen Signalen in dem erfindungsgemassen System.

Die nachstehende Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Anzahl von Lichtphotonen, die von jeder der 19 Photoröhren (gemäss der Numerierung in Figur 11) bei einem System mit ebenen Photokathoden (P) und bei dem erfindungsgemässen System (S) erfasst wurden. Dabei wurden zwei verschiedene Werte für x, nämlich der Wert χ = O und χ = etwa 3,8 cm (1,5 Zoll) und die Abstände ζ nach Figur 9 angenommen, und es wurde weiterhin angenommen, dass die Gesamtzahl der vom Szintillator in den Lichtleiter abgegebenen Photonen 4.120 beträgt.

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	Tabelle	S	x=ca P	Photonen.
	} 1	2300	1038	3j8 cm S
hotoi	Von der Photoröhre N aufgenommene	260	1040	1206
1	x=0 cöhre P	261	397	1211
2	1755	263	385	530
3	249	264	103	514
4	252	261	61	106
5	253	263	104	2
6	252	41	28	104
7	254	36	26	12
8	252	0	26	12
9	33	0	26	17
10	32	34	103	17
11	16	37	103	100
12	14	0	61	99
13	31	0	17	2
14	32	35	15	0
15	15	35	15	6
16	16	0	18	6
17	32	0	17	2
18	32		3
ιε·	14
	15

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Dieses Merkmal der überlegenen Erfassung der Photonen bei der erfindungsgemäss geometrisch korrigierten Photokathode der Röhre führt zu einem geringeren Beitrag der Photoröhre zur Verschlechterung der räumlichen Auflösung infolge ihrer verbesserten Photonenstatistik und hierdurch wird insgesamt eine beträchtliche Verbesserung der räumlichen Auflösung des wiedergegebenen Bildes erhalten.

Es wird nunmehr auf Figur 7 Bezug genommen, die eine Anordnung einer zweiten Ausführungsform der geometrisch korrigierten Photoröhren 70 enthält, die in der erfindungsgemässen Gamma-Kamera verwendet werden können. Der bedeutende Unterschied zwischen den Photoröhren nach Figur 4 und nach Figur 7 besteht darin, dass in der Figur 7 die Enden 70c der Röhren mit grösserem Durchmesser allgemein sechseckförmig sind und hierdurch jeglichen Zwischenraum zwischen benachbarten Photoröhren beseitigen, so dass die Statistik für optische Photonen noch verbessert wird. Die Oberflächen der Photokathoden in diesen hexagonalen Röhren sind ebenfalls gekrümmt, um die georaetrisühen Korrekturen ZU erhalten, wie sie im Zusammenhang mit den Röhren nach Figur 4 erläutert wurden, tn jeder anderen Hinsicht arbeiten die Röhren nach Figur 7 in gleicher Weise wie die in Figur 4 abgebildeten Röhren,

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur Θ, die mit weiteren Einzelheiten den Aufbau des Teils der Gamma-Kamera zur Umwandlung der auftreffenden Gammastrahlen in elektrische Signale zeigt. Diese werden dann in der elektronischen Schaltung 13 aufgelöst, die mit geringen Einzelheiten in dieser Abbildung und mit weiteren Einzelheiten in Figur 10 gezeigt ist. Der Kollimator 10 ist Bwdckmäsiigerweise an der Aussenstltft des offenen Eingangsendes eines lichtdichten Gehäuses 90 befestigt, beispielsweise durch Schrauben. Der Ssintillator 11 ist ausssn an einer Öffnung im Inds des Oehäusss 00 angeordnet und wird entlang seiner Austritts*lache daduroh gehalten, dass sr an sins Glasplatte 11a abgedichtet angedrückt wird, deren Randoberfläche mit Hilfe einer Gummiverbindung Ils abgedichtet an slnsm

509848/1137 OfÜGlNAl INSPECTED

Flansch lib am offenen Ende des Gehäuses 90 befestigt ist. Der Szintillator 11 ist auch noch an seiner Randoberfläche am offenen Ende des Gehäuses 90 abgedichtet mit dem Flansch 11b verbunden. LichtVerluste von der Eingangsfläche des Szintillators werden dadurch auf ein Minimum gebracht, dass die eingangsseitige Kristalloberfläche und die nicht parallelen Seitenflächen in ein geeignetes Material eingebettet werden, beispielsweise Magnesiumoxydpulver, um die Kristalloberfläche in hohem Masse lichtreflektierend zu machen.

Die seitliche Oberfläche des Szintillators 11 kann ebenfalls in hohem Masse reflektierend oder lichtabsorbierend gemacht werden. Ein Aluminiumfenster lic, wie es üblicherweise in Gamma-Kameras verwendet wird, besitzt eine Dicke in der Grössenordnung von etwa 0,75 mm (0,030 Zoll) und ist zwischen den Kollimator 10 und den reflektierenden Überzug lld an der eingangsseitigen Fläche des Szintillators 11 eingefügt. Das Aluminiumfenster, die Glasplatte und der Szintillator sind in dem Flansch 11b abgedichtet eingefügt und der Szintillator 11 ist an der Glasplatte 11a mit Hilfe eines geeigneten Klebers abgedichtet befestigt, beispielsweise mit einem Epoxydharz. Das Gehäuse 90 besitzt typischerweise einen Durchmesser in der Grössenordnung von 45 cm (18 Zoll) für einen Szintillator mit einem Durchmesser von 33 cm (13 Zoll). Das Gehäuse 90 ist vdrzugBwelee mit Blei abgedeckt, um eine Abschirmung gegen ftussere Gammastrahlen zu erhalten. Die Frontplatten der Photoröhren 13 aus Glas besitzen einen geringen Abstand von der den Szintillator tragenden Glasplatte lla gemäss der Dicke des Lichtleiterteils 15 aus LUCITE. Das Liohtleiterteil 15 kann dadurch an der Glasplatte lla befestigt werden, dass es mit ihr verklebt wird (typischerweise mit einem Epoxydharz). Die Anordnung 12 der Photoröhren wird zu einem gewissen Grade durch die konkaven Vertiefungen in dem Lichtleiterteil 15 gehalten, in welohe die Enden der Röhren eingesetzt sind, an denen sich die Photokathoden befinden. Die Haupthalterung der Röhren bildet Jtdooh ein Teil 91 in Form einer Metallplatte, die mit einem nicht gezeigten Flansch an der inneren Oberfläche des Gehäu-

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ses 90 in der Nähe des verschlossenen Ausgangsendes des Gehäuses befestigt ist. Dabei besitzt diese Platte 91 neunzehn in ihr ausgebildete Löcher, durch welche die 19 Sockel für die 19 Photoröhren 12 eingeführt und dort befestigt sind. Auf diese Weise ergeben das Plattenteil 91 zur Halterung der Sockel und die konkaven Vertiefungen in dem Lichtleiterteil 15 eine Halterung und eine parallele Ausrichtung der Röhrenanordnung 12. Das ausgangsseitige Ende des Gehäuses 90 kann auch noch von einer Bleiabschirmung oder mindestens mit einem Material umschlossen sein, das verhindert, dass Umgebungslicht durch dieses ausgangsseitige Ende in das Gehäuse 90 eintritt.

Durch das ausgangsseitige Ende des Gehäuses 90 sind geeignete Öffnungen zur Durchführung der elektrisch isolierten Leiter gebildet. Die elektrischen Leiter werden verwendet, um den Dynoden und Anoden der Photoröhren die notwendige hohe Gleichspannung zuzuführen und die Ausgangssignale der Photoröhren von den entsprechenden Anoden zu den Eingängen der gattergesteuerten Verstärker- und Impulsdehnerschaltungen 94 in der elektronischen Schaltungsanordnung 13 zufuhren. So ist ein elektrischer Hochspannungsleiter 92 vom Ausgang eines Netzteils 93 für hohe Gleichspannung mit einer Ausgangsspannung im Bereich von bis zu etwa 2 Kilovolt an die Anoden der entsprechenden Photoröhren in der Anordnung 12 geführt. In ähnlicher Weise ist ein Signalleiter von jeder Anode jeder Photoröhre mit einem Eingang einer entsprechenden gattergesteuerten Verstärker·" und Impulsdehnerschaltung 94 verbunden, die einen Teil der elektronischen Schaltung 13 bildet. Eine geeignete Massnahme zur Erzielung der gewünschten niedrigeren Spannungen, welche an den verschiedenen Dynoden jeder Photoröhre zugeführt werden, ist der Anschluss eines Widerstands-Spannungsteiler-Netzwerkes über den entsprechenden Anschlüssen jedes Röhrensockels, so dass die geeignete Spannung für jede Dynode und für die Fokussierungs-Klektrode erzeugt wird. Es ist eine gattergesteuerte Verstärker- und Impulsdehnerschaltung 04 für jede Photoröhre vorgesehen (diese ist ale FAST-Modul In Figur 10 bezeichnet) und jede dieser Schaltungen erzeugt drei Aus-

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gangssignale S₁, S₃ und P. Das erste Signal S₁ wird an einem Zwischenausgang jeder Schaltung 94 erzeugt und ist ein Impuls, der nahezu die Form einer Gauss'sehen Verteilungskurve besitzt und eine Amplitude proportional zu der Intensität des Szintillationsereignisses aufweist, wie es von der zugeordneten Photoröhre gesehen wird. Dieses erste Signal S₁ wird in der Schaltung 94 am Eingang zu einem Eingangsgatterbauteil derselben erhalten. Diese Gatter sind normalerweise geschlossen und werden dann geöffnet, wenn das Summensignal S-, das man durch Addition der Signale S₁ von allen Ausgängen der Photoröhren erhält, über einen vorgegebenen Wert ansteigt. Wenn diese Eingangsgatte^ einmai geöxfnet sind, bleiben sie so lange geöffnet, bis der Spitzenwert des Summensignals S₁ erfasst wird. Zu diesem Zeitpunkt werden dann die Gatterschaltungen geschlossen. Das zweite Signal Sg ist eine gattergesteuerte und impulsgedehnte Form des Signals S₁ mit einer Impulsdauer, die durch ein Modul 95 für Gattersteuerung und Anzeigelogik gesteuert wird. Die Signale S₂ werden in einem Modul 96 summiert, das einen Energierechner und Einkanal-Katalysator darstellt. Dieses summierte Signal ist proportional zur Gesamtszintillations-Intensität und damit zur Energie der Gammastrahlung; es wird nachstehend als Energiesignal E bezeichnet. Das Energiesignal ist daher eine gattergesteuerte und gedehnte Form des Summensignals S₁ und hierdurch wird ein alternatives Verfahren zu seiner Ableitung nahegelegt: d.h. es könnten zuerst alle Signale S-, summiert werden und das summierte Signal könnte dann einer Gattersteuerung und Dehnung unterworfen werden. Das dritte Signal P wird dadurch abgeleitet, dass das Signal S„ diskriminiert und gattergesteuert wird. Die Signale P werden einem Modul 97 für die Lageberechnung zugeführt, wobei eine gewichtete Summierung der verschiedenen P-Signale ausgeführt wird und die erhaltenen Signale durch das Energiesigrial E zur Erzeugung elektrischer Signale geteilt werden, welche die Lagekoordinaten dot» Saint Ulationsvorganges bezuglich der x- und y-Achee darstellen. Das Energiesignal E wird auch noch durch einen Einkanal-Analysator (SCA) in dem Modul 96 vorarbeitet, welcher die logische Anzeigeschaltung

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in dem Modul 05 so einstellt, dass er entweder in der Betriebsart "Anzeige zugelassen" oder "Anzeige gehemmt" arbeitet. In der Betriebsart "Anzeige zugelassen" wird dem Eingang der Anzeigeeinrichtung 14, die typischerweise ein Oszillograph ist, ein Impuls nach einer fo ;ten Zeitverzögerung nach dem Spitzenwert des Eingangsimpulses S₁ zugeführt. Die Dauer der Zeitverzögerung ist in weiten Grenzen veränderlich und sie wird vorgesehen, um zuzulassen, dass die Signale für die Lagekoordinate vor der Anzeige ihre Endwerte erreichen.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 10, die ein ausführliches Blockschaltbild der elektronischen Schaltung 13 enthält. Offensichtlich können auch andere an sich bekannte elektronische Schaltungsanordnungen benutzt werden, um die einzelnen Schaltungen 94 bis 97 zu bilden; als typisches Beispiel für eine geeignete Schaltungsanordnung und ohne Beschränkung des Umfangs der Erfindung werden jedoch die nachstehenden Schaltungen beschrieben, die vorzugsweise in der Bauart einer integrierten Schaltung ausgeführt sind. Die Schaltung 94 in Figur 9, die dort als "gattergesteuerte Verstärker und Impulsdehner" bezeichnet ist, wird nachstehend als "FAST-Modul" bezeichnet, wobei der Ausdruck FAST die Funktionen Filter, Verstärker, Dehnung und Schwellwertbildung darstellt, wie sie in solchen Moduls ausgeführt werden. Die Ausgangssignale der Photoröhren werden unabhängig voneinander durch konventionelle auf Ladung ansprechende Vorverstärker vorverstärkt. Solche Vorverstärker können in dem Gehäuse untergebracht sein (am Sockel der Photoröhren 12) oder sie können in den Eingangskreisen der FAST-Moduls enthalten sein. Der Ausgang jedes Vorverstärkers ist mit dem Eingang eines einstufigen Puffers 94 mit Verstärkungsgrad 1 verbunden, dessen ^usgangssignal ein Widerstand-Kondensator-Hochpass-Filternetzwerk 94 speist, das noch Vorkehrungen zur Aufhebung von Null-Polen (pole zero cancellation) durch Einstellung eines der Filterwiderstände besitzt. Das Hochpass-Filter besitzt oiiie Zi-'itkonstante in der Grössenordnung von 0,5 Mikrosekunden. Der \usgang jedes Hochpass-Filters ist mit dem Eingang

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einer Schaltung 94c verbunden, die einen nicht-umkehrenden Verstärker mit Verstärkungsgrad 21 und ein Widerstand-Kondensator-Tiefpass-Filternetzwerk mit einem aktiven Element enthält. Es wird ein Filter mit aktivem Element anstelle eim einfachen Widerstand-Kondensator-Filters verwendet wegen seiner verbesserten Fähigkeit zur Auflösung von Impulspaaren. Die Zeitkonstante des Tiefpass-Filters ist etwa 0,5 Mikrosekunden. Die Schaltung : .c enthält weiterhin eine Wechselspannungskopplung des Ausgangs des Tiefpass-Filters an eine Feineinstellung für den Verstärkungsgrad und einen Ausgangspuffer, wobei der Gesamtverstärkungsgrad dieser Stufe zwischen 0 und 2 variabel ist. Vorzugsweise ist eine nicht unbedingt erforderliche Schaltung für die Wiederhers teilung der Basis linie vorgesehen wegen der Verwendung einer Wechselspannungskopplung in dieser Stufe, um die Leistungsfähigkeit des Systems für hohe Impulsfolge zu steigern. Das Signal S-. wird am Ausgang des Pufferteils in der Schaltung 94c erhalten. Der Ausgang der Schaltung 94c ist auch noch mit dem Eingang einer Gatterschaltung 94d verbunden, durch welche das Eingangssignal kurzgeschlossen werden kann und welche den Zugang zu einer mit ihrem Ausgang verbundenen Impulsdehnerschaltung ¹Me ergibt. Der gedehnte Impuls am Ausgang der Impulsdehnerschaltung 94e wird in seiner Zeitdauer gesteuert durch Zuführung eines Rückstellimpulses (Rücksetzimpuls, Raset). Dieser wird in dem Modul 95 für Gatter und Anzeige logik erzeugt und dient zur Rückstellung der Schaltung IMf₁ die mit einem Rüeksetzeingang der Impulsdehnungsschaltung 94e verbunden ist. Die Impulsdehnungsschaltung 94e enthält auch noch in ihrem Eingangskreis einen Puffer mit dem Verstärkungsgrad 1, dessen \usgangssignal das Signal S₂ ist. Um eine gesteigerte Leistungsfähigkeit bei hoher Impulsfolge zu erhalten, wird eine hochentwickelte Schaltung zur Zurückweisung von gedrängten Impulsen benutzt und ergibt eine Steuerung des Zustandes des Eingangsgatter 94d. Das Gatter 94d ist eine analoge Schaltereinheit mit drei Anschlüssen, die im geschlossenen (gehemmten) Zustand den Eingang der Impulsdehnungsschaltung 94e nach Masse kurzschlusst und im geöffneten Zustand (befähigte das Signal S₁ mit dem Eingang der Impulsdehnerschaltung 94e

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verbindet. Das Gatter 94d ist normalerweise geschlossen und
wird erst dann geöffnet, wenn das Summensignal S- über einen vorgegebenen Wert ansteigt, wie er durch eine Eingangsschwellwertschaltung in dem Modul 95 bestimmt wird. Wenn die Gatter 94d einmal geöffnet sind, bleiben sie in diesem Betriebszustand so lange, bis der Spitzenwert des Summensignals S^ von der Schwellwertschaltung 95b erfasst wird und zu diesem Zeitpunkt werden dann die Gatter 94d geschlossen. Dieses Schliessen des Gatters ist der erste Teil eines aus zwei Schritten bestehenden Vorgangs zur Zurückweisung gedröhnter Impulse. Die Feststellung des Spitzenwertes wird durch ein schnelles Differenzierglied 95e und einen gattergesteuerten Nulldurchgangsdetektor 95d in dem Modul 95 vorgenommen. Der zweite Teil des Vorgangs zur Zurückweisung gedrängter Impulse wird in dem Gatterlogikteil des Moduls 95 ausgeführt, welches das erneute Offnen der Eingangsgatter 94d bis nach dem Zeitpunkt hemmt, nach dem ein Rücksetzimpuls erfasst wurde und das Summensignal S-erneut einen Wert unterhalb des Eingangsschwellwertes angenommen hat, der im Modul 95 eingestellt wird. Das FAST-Modul 94 ergibt daher eine Bandpass-Filterung und eine Impulsformung, wobei das Signal S-, eine Amplitude proportional zur Intensität des von der zugeordneten Photoröhre gesehenen SzintillationsVorganges besitzt. Dabei ist das Signal S, eine gattergesteuerte und gedehnte Form des Signals S₁ mit einem ebenen oberen Impulsverlauf und einer Amplitude, die gleich der Amplitude den Signals S^ und einer Zeitdauer ist, die durch die Anzeigelogikschaltung im Modul ^5 gesteuert wird. Der Ausgang der Impulsdehnungsschaltung 94e ist mit den Eingängen eines
Ausgangsgatters 94g und einer Ausgangs-Schwellwertschaltung 94h verbunden. Das Gatter in der Schaltung 94g ist mit dem Eingang eines umkehrenden Puffers mit Verstärkungsgrad 1 verbunden,
der am Ausgang das Signal P abgibt. Dor Schwellwertpegel in
jeder der \usgangs-Schwellwertschaltungen 94h ist so einstellbar, dass die Diskrim.natoreinstellungen von allen Kanälen
unabhängig voneinander vorgenommen und daher zur Optimierung der Lageaullösung eingestellt werden können.

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Das Energiesignal E wird durch Summierung der Signale S„ erhalten, die in den neunzehn FAST-Moduls in einem Summer 96a in dem Modul 96 (Energieberechnung und Einkanal-Analysator) (SCA) erzeugt werden. Das <\usgaugssignal des Summierers 96a wird einem Eingang des SCA und einem Eingang des Moduls 97 für die Lageberechnung zugeführt. Das Eingangssignal des SCA wird durch einen Verstärker mit dem Verstärkungsgrad 0,25 gepuffert, der mit Komparatoren gekoppelt ist, welche das aktive Element der parallelgeschalteten Diskriminatoren 96b und 96c für den unteren Wert (LLD) und für den oberen Wert (ULD) im SCA bilden. Der Wert LLD wird durch einen ersten Widerstand in der LLD-Komparatorschaltung 96b eingestellt. Das Energiefenster wird durch einen zweiten Widerstand in demselben eingestellt. Der Ausgang des LLD 96b wird mit dem Eingang "Set" eines monostabilen Multivibrators oder Univibrators 96d verbunden und der komplementäre Ausgang des ULD 96c ist mit dem Eingang "Reset" verbunden und liegt normalerweise auf einem hohen Wert, und dies bedeutet noch, dass die Rückstellschaltung normalerweise inaktiv ist. Der Einkanal-Analysator arbeitet in der folgenden Weise: Wenn die Amplitude des Impulses E an den Eingängen zu den Diskriminatoren 96b und 96c den Einstellwert LLD übersteigt, dann wird der Komparator in LLD 96b für Impulse dui'chlässig und bewirkt seinerseits, dass der Multivibrator 96d einen Ausgangsimpuls erzeugt. Wenn die Amplitude des Eingangsimpulses zum LLD 96b weiter ansteigt und dadurch die Summe der Einstellung für den unteren Wert (LLD) und für das Energiefenster übersteigt, dann geht der Ausgang von ULD auf einen niedrigeren Schaltzustand und stellt dadurch den Ausgang des Multivibrators zurück. Bei fehlendem Rückstellsignal wird die Dauer des Impulses vom Multivibrator 96d durch ein Widerstand-Kondensator-Netzwerk gesteuert, das eine Zeitkonstante besitzt, die etwa um 0,5 Mikrosekunden grosser ist als die tiumme der Verzögerung und der Dauer der Anzeigeimpulse, die in dem Modul 95 iür Gattersteuerung und Anzeigelogik erzeugt werden. Es ist zu beachten, dass das Ausgangssignal des Multivibrators 96d seinen Endwert für einen gegebenen Eingangsimpuls vor (oder in einem extremen Fall genau zu) dem Zeitpunkt erreicht, an

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dem der Spitzenwert für das Signal S-, erfasst wurde, und daher stellt das \usgangssignal des Multivibrators die Betriebsart der Anzeigelogik so ein, dass sie ihre Eingangssignale in der richtigen zeitlichen Sequenz verarbeiten kann.

Das Lageberechnungsmodul 97 nimmt die eingangsseitigen Signale P von achtzehn der neunzehn FAST-Moduls 94 (das der mittleren Photoröhre zugeordnete Signal wird nicht verwendet) und auch von dem Energierechner im Modul 96 auf· Eine gewichtete Summ-Liirung der verschiedenen Signale P wird im Lageberechnungsmodul 97 ausgeführt und die erhaltenen Signale werden durch das Energiesignal E geteilt, um die Lagekoordinaten für die x- und y—Achse fur das Szintillationsereignis unter Berechnung der folgenden Grossen vorzunehmen:

< k P

- Xl 1

Λ.

■-ΛΛ

_y =

Dabei sind die Grossen P. der Ausgangssignale des FAST-Moduls, welche der i-ten Photcröhre zugeordnet sind und die Grossen k . bzw. k . die Gewichtsfaktoren, welche der x- bzw. y-Achse zugeordnet sind. Die in den obigen Gleichungen enthaltenen vier Summenbildungen beinhalten die Photoröhren, die in den rechten bzw. linken bzw. oberen bzw. unteren Halbebenen liegen, bezogen auf ein Koordinatensystem, dessen Ursprung sich in der Mitte der Kamera befindet, wie dies aus Figur 11 ersichtlich ist. Die Kombination eines Verstärkers mit Einführung einer Vorspannung, eines Summierungsteils und einer Gleichspannungsverschiebung wird verwendet, um das Energiesignal κ zu verarbeiten und eine Gleichspannungsverschiebung der analogen Inifiu Lsteile einzuführen und auf diese Weise einen Zustand eine. Teilung durch Null zu vermeiden und dadurch die

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Ansprechzeit des Lagerechners zu verbessern. Daher ist der Ausgang des Summierers 96a mit dem Eingang eines Vorspannungsverstärkers 97a verbunden, der einen voreingestellten, jedoch veränderlichen Wert (die Vorspannung) von dem Impuls E abzieht, Das \usgangssignal des Vorspannungsverstärkers 97a ist ein unipolarer Impuls, der als eine umgekehrte Form des Eingangsimpulses beschrieben werden kann, bei dem der untere Teil weggenommen wurde. Impulse mit einer Amplitude, die kleiner ist als der Vorspannungspegel, ergeben eine Ausgai. sgrösse Null. Das Ausgangssignal des Vorspannungsverstärkers und eine Gleichspannung, die gleich der Vorspannung ist und aus einer Gleichspannungsverschiebungsschaltung 97b (dc-offset) erhalten wird, werden im Summierungsteil 97c zur Bildung eines Impulssignals mit einer Amplitude gleich dem Signal E und einer Gleichspannungsverschiebung gleich der Vorspannung summiert. Das resultierende Signal wird den Nennereingängen (D) von analogen ImpulsteilerschaLtungen 97d und 97e zugeführt, die zur Ausführung der obigen Gleichungen benutzt werden. Der Berechnungsgang, wie er in den beiden obigen Gleichungen zur Ermittlung der Lagekoordinaten der Szint illations vorgänge enthalten ist, beinhaltet die Bildung einer gewichteten Summe der Ausgangssignale P der verschiedenen Photoröhren unter Verwendung von Gewichtsfaktoren, die auf der Grundlage der x- und y-Koordinaten der Photoröhren gewählt sind. Wenn man daher eine Orientierung der 19 Photoröhren gemäss Figur 11 annimmt, dann sind acht Eingänge des Summierungstoife 97f mit Ausgängen von Gattern 94g verbunden, welche den acht Photoröhren zugeordnet sind, deren Mitte rechts von der Achse χ = O liegt. In ähnlicher Weise sind 8 Eingänge des Summierungsteils 97g mit den Ausgängen von Gattern 94g verbunden, welche den 8 Photoröhren zugeordnet sind, die sich links von der Achse χ = O befinden. Das Ausgangssigna L der Summierungsschaltung 97f stellt daher die ge-

"" k P
wichtete Summe "Z xi i für die +x-Achse in der Gleichung (4)

+x

dar und das \usgangssignal der Summierungsschaltung 97g stellt

/ k P
die gewichteto Summe "¹ZL. xi i für die -x-Achse dar. In ähn-

-x

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licher Weise besitzt der Summierer 97h sieben Eingänge, welche mit den Ausgängen von Gattern 94g verbunden sind, die den 7 Photoröhren zugeordnet sind, deren Mittenpunkte oberhalb der Achse y = O liegen und die Summierungsschaltung S7i besitzt 7 Eingänge, welche mit den Ausgängen der Gatter 94g verbunden sind, die den 7 Röhren mit einer Lage der Mitte unterhalb der \chse y = O zugeordnet sind. Die Ausgangsgrössen der Summierungsschaltungen 97h und 97i stellen daher die gewichteto Sum-

'" k P
_rae ^:_ χι i für die +y-Achse bzw. die gewichtete Summe

+y
^k .P. für die -y-Achse in der Gleichung (5) dar.

Λ—· Xl 1

Eingänge der Summierungsschaltung 97j sind mit den Ausgängen der Summierungsschaltungen 97f und 97g verbunden und die erstere Schaltung berechnet die Differenz der Ausgangssignale derselben (d.h. den Zähler der Gleichung (4)). Der Ausgang des Differenzverstärkers 97j ist mit dem Zählereingaug (N) der Divisionsschaltung 97d verbunden. In ähnlicher Weise sind die Ausgänge der Sumraierungsschaltungen 97h und 97i mit den Eingängen eines zweiten Differenzverstärkers 97k verbunden, dessen Ausgang (der Zähler der Gleichung (5)) mit dem Zählereingang (N) der Divisionsschaltung 97e verbunden ist. Es ist zu beachten, dass die Einrichtungen 97f, 97g und 97 j in einer einzigen Einheit kombiniert werden können und die Einrichtungen 97h, 97i und 97k in einer zweiten einzelnen Einheit kombiniert sein können. Eine solche Anordnung führt jedoch zu einer gegenseitigen Abhängigkeit unter den Gewichtsfaktoren der verschiedenen I'hotoröhrenkanäle. In der erfindungsgemässen Anordnung sind die verschiedenen Gewichtsfaktoren (Widerstände, welche in die Eingangskreise der Summierungsschaltungen 97f,g, h und i geschaltet sind) vollständig unabhängig voneinander und können einfach dadurch eingestellt werden, dass der Wert des zugeordneten Gewichtswiderstandes verändert wird. Die den einzelnen Eingängen der Summierungsschaltungen 97f bis i zugeordneten Gewichtsfaktoren werden bestimmt durch die Lage der Mitte der zugeordneten Photoröhre relativ zu den Achsen χ -

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k .P.
und y =0 (d.h. in der Summe *— sind die Gewichte für

die Röhren 4, 2, 12 und 14 gemäss der Numerierung in Figur 12: 0,5 bzw. 1,0 bzw. 1,5 bzw. 2,0). Die Ausgangssignale der analogen Impulsteiler 9Vd und 97e sind elektrische Impulssignale, welche die Lagekoordinaten bezüglich der x- und y-Achse für den Szintillationsvorgang darstellen. Sie werden mit den Eingängen für die x- und y-Achse an einer geeigneten Auslese- oder Anzeigeeinrichtung 14 verbunden, beispielsweise mit den Eingängen eines konventionellen Speicheroszillographen.

Die Funktionen des Moduls 95 für Gatterung und Anzeigelogik bestehen in der Steuerung der Eingangsgatter 94d im FAST-Modul 94 zur Erzielung eines Anzeigeimpulses für diejenigen Impulse, die von dem Einkanal-Analysator angenommen wurden, und weiterhin in der Rückstellung (Rücksetzung) der Impulsdehnungsschaltung 94e in dem FAST-Modul. Diese drei Funktionen müssen zum richtigen Zeitpunkt ausgeführt werden, um eine Zurückweisung von gedrängten Impulsen zu gestatten und im Falle des Anzeigeimpulses weiterhin zu gestatten, dass sich die Impulsteiler 97d und G7e auf ihre Endwerte einstellen. Die Eingangssignale zu dem Modul 95 für Gattersteuerung und Anzeigelogik bestehen aus dem Signal für "Annahme" oder "Zurückweisung" vom Ausgang des Multivibrators 96d, welcher die Inzeigelogikschaltung entweder auf die Betriebsart "Anzeige gestattet" oder die Betriebsart "Anzeige gehemmt" einstellt, und weiterhin aus den Ausgangssignalen S₁ von den FAST-Moduls 94, 19 Eingänge der Summierungsschaltung 95a sind mit den Ausgängen der Ausgangspuffer in den Verstärkerkreisen 94c für die Ausgangssignale S-, verbunden, um eine umgekehrte Summe dieser Signale zu bilden. Der Ausgang der Summierungsschaltung 95a ist mit einem Eingang einer Eingangsschwellwertschaltung 95b verbunden, deren Funktion darin besteht, die Eingangsgatter 94d des FAST-Moduls jedesmal dann zu öffnen, wenn das Summensignal S₁ einen vorgegebenen Wert übersteigt, der durch die Einstellung eines Widerstandes eines Diskriminators in der Schaltung 95b bestimmt wird. Wenn von den Photokathoden kein Lichtimpuls erfasst wird,

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dann befindet sich der \usgang der Schwellwertschaltung 951. auf einem niedrigen logischen Wert. Wenn die Photoröhren einen Szintillationsvorgang erfassen und das Summensignal S.. am Ausgang der L'ummierungsschaltung 95a den von der Eingangsschwellwertschaltung Ü5b eingestellten Wert übersteigt, dann geht der \usgang der Schaltung 95b in einen hohen logischen Schaltzustand über,der einem Eingang "Set" einer Gatterverriegelungslogikschaltung 95c zugeführt wird. Diese bewirkt, dass der Ausgang der Gatterverriegelung 95c einen niedrigen logischen Zustand annimmt, sobald der Eingangsschwellwert überschritten wird. Der \usgang der Schaltung 95c ist mit den Eingangsgattern ¹Md im FAST-Modul 94 verbunden und diese Eingangsgatter werden durch einen niedrigen Zustand des Ausgangs geöffnet. Die GatterverrjLegelungslogik 95c liefert auch noch ein "Stroboskop-Signal" an einen ersten Eingang eines Komparators, der als Nulldurchgang-Detektor 95d verwendet wird. Das "Stroboskopsignal" hemmt den Ausgang des Komparators mit Ausnahme des Betriebszustandes, in dem die Eingangsgatter 94d geöffnet sind. Der Ausgang der Suraraierungsschaltung 95a ist auch noch mit dem Eingang einer Schaltung verbunden, die eine Steuerung der Zoitgabe, der Anzeige und Rückstellung und der Hemmung des Eingangsgatters des FAST-Moduls ergibt. Daher ist der Ausgang der Summierungsschaltung 95a mit dem Eingang einer Differenzierschaltung i)5e verbunden. Diese enthält ein Hochpassfilter mit Widerstand und Kondensator mit einer kurzen Zeitkonstante in der Grössenordnung von 150 Nanosekuncen und ergibt die Differenzierungsfunktion. Das differenzierte Signal wird verstärkt, um einen bipolaren Ausgangsimpuls mit einem positiven vorderen Teil und einem nachfolgenden negativen rückwärtigen Teil zu erhalten, das einen Nulldurch*ang, etwa 250 Nanosekünden nach dem Spitzenwert des Summensignals S₁, besitzt. Dieses differenzierte Signal wird mit einem zweiten Eingang des stroboskopgesteuerten Nulldurchgangsdetektors 95d verbunden. Dieser besitzt einen kleinen positiven Schwellwert und liefert einen Ausgangsimpuls, dessen Vorderflanke gleichzeitig mit dem Nulldurchgang des differenzierten Signals auftritt.

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Der Gatterverriegelungsteil des Gatter- und Anzeigelogikmoduls 95 arbeitet in der nachstellenden Weise. Bei einem anfänglich ruhenden System, das.durch einen Eingangsimpuls erregt
wird (dieser ergibt sich aus einem erfassten Szintillationsvorgang), dessen Amplitude grosser ist als der in der Schaltung 95b eingestellte eingangsseitige Schwellwert und der mit dem Zeitpunkt t = O beginnt, tritt die nachstehende Sequenz von Ereignissen auf. Bei t kleiner als O ist das Signal am
Ausgang der Gatter-Verriegelungsschaltung 95c auf einem hohen logischen Wert und der Ausgang am Nulldurchgangsdetektor 95d wird durch das Stroboskopsignal auf einem niedrigen logischen Wert gehalten. Mit dem Ansteigen der Amplitude des Impulses für die Summe S₁ wird der Schwellwert des Nulldurchgangsdetektors überschritten und der Detektorausgang liefert ein Signal für einen niedrigen logischen 'iert, Mit weiterem Anstieg der Amplitude des Summeneingangsimpulses S wird der Eingangsschwellwert erreicht, welcher in der Eingangsschwellwertschaltung 95b eingestellt ist, und es wird ein Gattersignal am Ausgang der Gatterverriegelungslogik 95c erzeugt, das die Eingangsgatter 94d in dem Modul FAST öffnot und auch den Ausgang des Nulldurchgangsdetektors befähigt. Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors bleibt auf einem niedrigen logischen Wert. Mit dem Erreichen des Spitzenwertes durch das Summensignal S geht
sein differenziertes Signal am Ausgang des Differenzierteils 95e durch Null und bewirkt dadurch, dass der Nulldurchgangsdetektor 95d in einen Zustand mit einem hohen logischen Wert übergeht.

Der Ausgang des Nuildurchgangsdetektors 95d ist mit dem Eingang von drei verschiedenen Schaltungen verbunden. Erstens
ist er mit dem Eingang "Reset 1" der Gatter-Verriegelungsschaltung 95c verbunden, so dass die Vorderflanke des Ausgangssignals vom Nulldurchgangsdetektor bewirkt, dass der Ausgang der Gatterverriegelung in einen Schaltzustand mit einem hohen logischen Wert übergeht und dadurch die Eingangsgatter des
FAST-Moduls schliesst. Nach einer kurzen Verzögerungszeit wird der Ausgang des Detektors 95d durch das "Stroboskopeingangs-

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signal" aiBser Funktion gesetzt. Daher besteht das Ausgangssignal des Detektors 95d aus einem einzigen schmalen Nadelspannungsimpuls, der etwa 250 Nanosekunden nach dem Zeitpunkt auftritt, in dem das Summensignal S seinen Spitzenwert erreicht hat. Die Verzögerungsperiode kann dadurch verändert werden, dass entweder die Zeitkonstante des Differenzierteils oder der Schwellwert des Nulldurchgangsdetektors verändert wird.

Der Ausgang des Detektors 95d ist auch noch mit einem "Set"-Sperreingang (Set Lockout) der Gatterverriegelungsschaltung 95c verbunden, um den Ausgang derselben auf einen Schaltzustand mit einem hohen logischen Wert zu setzen und hierdurch effektiv (durch ein NOR-Gatter) die Verbindung zwischen der Eingangsschwellwert-Schaltung 95b und dem "Set"-Eingang zur Gatter-Verriegelungslogik 95c wegzunehmen. Diese Funktion verhindert, dass die Gatter-Verriegelungslogik die FAST-Eingangsgatter öffnet oder den Nulldurchgangsdetektor erneut betriebsfähig macht, bevor die Gatter-Verriegelung durch den Rückstell-Irapulsgeber 95d zurückgestellt wurde.

Der dritte Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 95d ist mit dem Eingang einer Verzögerungsschaltung 95f verbünden, die durch einen monostabilen Multivibrator oder Univibrator gebildet ist. Daher triggert der Nulldurchgangsdetektor 95d den Multivibrator 95f zur Erzeugung eines Verzögerungsimpulses mit einer Dauer von etwa 0,5 Mikrösekünden. Dieser Verzögerühgsimpuls wird in angemessener Weiöe entweder einer Anzeigeimpulsschaltung 95g oder der Rückstell-Impulsschaltung 95h mit Hilfe einer Logikschaltung 95i für die Anzeige zugeleitet, die mit dem Ausgang des Multivibrators 95f verbunden ist. Ein «weiter Eingang dieser Schaltung ist mit dem Ausgang des Multivibrators 96d in dem Einkanal-Analysatormodul verbunden. Auf diese Weise wird der Verzögerungsimpuls am Ausgang dee Multivibrators 95f in \bhängigkeit von dem Zustand des SCA-Ausgangs entweder auf den Anzeigeimpulsgeber 95g oder auf den Rückstell-Impulsgeber 95h geleitet. Wenn daher der SCA einen Impuls annimmt (d.h. die Amplitude des Energieimpulses E über-

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steigt den Einstellwert LLD),dann wird am Ende des vom Multivibrator 95f erzeugten Verzögerungsimpulses ein Anzeigeimpuls mit einer Dauer von 2,5 Mikrosekunden erzeugt, und die abfallende Flanke des Anzeigeimpulses triggert den Rückstell-Impulsgeber 95h zur Auslösung eines Ruckstellimpulses mit einer Dauer von 0,5 Mikrosekunden. Der Ausgang des Anzeigeimpulsgebers 95a ist mit dem Z-Achseneingang (Intensität) eines Oszilloskops verbunden, welches die Anzeigeeinheit 14 bildet. Auf diese Weise wird in der Betriebsart "Anzeige gestattet" ein Anzeigeimpuls dem Z-Achseneingang des Oszillographen nach einer festen Verzögerung nach dem Spitzenwert des Eingangsimpulses S^ zugeführt, um zu gestatten, dass die Signale für die x- und y-koordinate ihre Endwerte vor der Anzeige erreichen. Ein gepufferter Ausgang des Rückstellimpulsgebers 95h ist mit der Rückstellschaltung 94f des Impulsdehners 94e in den FAST-Modulen und auch mit einem "Reset 2"-Eingang der Gatter-Verriegelungslogikschaltung 95c verbunden. Wenn die Gatter-Verriegelungs— schaltung zum zweitenmal zurückgestellt wird, dann befindet sich die Schältung in einem geeigneten Schaltzustand zur Weiterverarbeitung des nächsten Impulses zu irgendeinem Zeitpunkt, nach dem der Eingangsimpuls für die Summe von S^ wieder unter den Eingangsschwellwert abgesunken ist. Auf diese Weise wird am Ende des Anzeigeimpulses mit variabler Dauer ein Rückstellimpuls getriggert, welcher die Impulsdehner in den FAST-Modulen zurückstellt und gestattet, dass die Gatter-Verriegelungslogik 95c den Hemmungszustand am Eingangsgatter 94d aufhebt, sobald sich das Eingangssummensignal S. unter den Eingangsschwellwert erholt. In der Betriebsart für Anzeigehemmung wird der Anzeigeimpulsgeber 95g ausser Funktion gesetzt und der Rückstell-Impulsgeber 95h wird getriggert, um in dem Zeitpunkt den Rückstellimpuls auszulösen, in dem die Eingangsgatter 94d geschlossen werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das erfindungsgemässe System eine verbesserte Gamma-Kamera ergibt, welche das in höchstem Masse erwünschte Kennzeichen einer linearen und isotropen Beziehung zwischen dem Ausgangssignal

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der Photoröhre und dem Szintillationsvorgang besitzt, so dass der mittlere quadratische Fehler beträchtlich gegenüber dem Fehlerwert verringert wird, wie man ihn bei konventionellen Gamma-Kamera-Systemen mit ebener Photokathode erhält. Weiterhin besitzt das System noch eine verbesserte Statistik für die optischen Photonen und gestattet auch noch die Verwendung eines dickeren Szintillators. Der verminderte mittlere quadratische Fehler ergibt eine geringere Verzerrung des Gesichtsfeldes der Gamma-Kamera und hierdurch erhält man eine bessere Gleichförmigkeit des Gesichtsfeldes im Vergleich zu einer konventionellen Gamma-Kamera mit ebener Photokathode. Die verbesserte Statistik für die Photonen führt zu einer verbesserten räumlichen Auflösung und die Verwendung eines dickeren Szintillators ergibt einen höheren Detektorwirkungsgrad, insbesondere für höhere Energien der auftreffendeti Gammastrahlen oder Kernteilchen, für die erfindungsgemässe Gamma-Kamera im Vergleich mit einer vorbekannten Anordnung mit ebener Photokathode und vergleichbarer Auflösung.

Vorstehend wurde eine bestimmte Ausführungsform der erfindungsgemässen verbesserten Gamma-Kamera beschrieben. Im Rahmen der vorstehend gegebenen Lehre sind Abänderungen und Abwandlungen möglich. So können beispielsweise in der elektronischen Schaltung 13 die verschiedensten konventionellen Schaltungen zur Ausführung der Lagekoordinaten und Energieberechnung benutzt werden.

Weiterhin kann die Schaltung nach Figur 10, wenn auch mit einer Einbusse der Flexibilität, vereinfacht werden. In Abhängigkeit von dieser Vereinfachung kann sich die Forderung ergeben, dass gewährleistet wird, dass alle Verstärker das gleiche Zeitverhalten besitzen.

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Schliesslich kann das Gesichtsfeld der Kamera dadurch erweitert werden, dass die Röhren in dem äussersten Ring von Röhren (siehe Figur 11) eine Bäuform mit ebenen Photokathoden besitzen und parallel zueinander orientiert oder leicht nach innen geneigt sind.

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Claims

Patentansprüche

/T) Strahlungsdetektor zur Feststellung von auftreffenden Kernteilchen oder elektromagnetischer Strahlung und zur Erzeugung elektrischer Signale entsprechend den Lagekoordinaten jedes AuftreffVorganges, die linear zu diesen Lagekoordinaten und praktisch unabhängig von dem Abstand zwischen der Einrichtung zur Erzeugung von Lichtimpulsen und den photoelektrischen Röhren des Detektors sind, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst:

eine Einrichtung (10) zur Kollimation auftreffender Kernteilchen oder elektromagnetischer Strahlung, die von einer, äusseren Quelle abgegeben werden,

eine Einrichtung (11) mit einem Eingangsende am ausgangsseitigen Ende des Kollimators (10), wobei diese Einrichtung (11) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtimpulses bei Vorhandensein eines absorbierten auftreffenden Kernteilchens oder elektromagnetischer Strahlung ist und die Anzahl der optischen Photonen in jedem Lichtimpuls proportional zur Energie der absorbierten Teilchen oder Strahlung ist,

eine Anordnung (12) von photoelektrischen Röhren mit geometrisch korrigierten nicht-ebenen Photokathoden, die nahe benachbart zu einem ausgangsseitigen Ende der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen zur Erfassung der optischen Photonen und der Abgabe von Elektronen angeordnet ist, wobei an den Ausgängen der photoelektrischen Röhren Signale gemäss den erfassten optischen Photonen vorhanden sind, und

eine elektronische Schaltungsanordnung (13), die mit den Ausgängen der photoelektrischen Röhren zur Auflösung der elektrischen Ausgangssignale der photoelektrischen Röhren in elektrische Signale verbunden ist, welche die Lagekoordinaten jedes erzeugten Lichtimpulses in der Einrichtung zur Erzeugung von Lichtimpulsen praktisch linear zu

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den letzteren Koordinaten darstellen und noch im wesentlichen unabhängig von dem Abstand zwischen der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen und den Photokathoden der Vielzahl von photoelektrischen Röhren infolge der geometrisch korrigierten nicht-ebenen Photokathoden sind, so dass die Photokathoden einen geringen Abstand zu der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen besitzen können,

2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Strahlungsdetektor eine Gamma-Kamera ist mit einem Gehäuse (90) mit einem Eingangsende und einem Ausgangsende, wobei der Kollimator (10) ein Kollimator für Gammastrahlung ist, der am Eingangsende des Gehäuses (90) zur Kollimation auftreffender Gammastrahlung angeordnet ist, die von einer ausserhalb des Gehäuses angeordneten Quelle abgegeben werden, und die Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtimpulses ein Szintillator (11) mit einer Eingangsfläche ist, die einem Ausgangsende des Kollimators (10) gegenübersteht, zur Erzeugung eines Lichtimpulses gemäss einer absorbierten auftreffenden Gammastrahlung, wobei die Anzahl der optischen Photonen in jedem Lichtimpuls proportional zur Energie der absorbierten Gammastrahlung ist, und die Anordnung (12) der photoelektrischen Röhren eine Anordnung einer Vielzahl von photoelektrischen Röhren in dem Gehäuse (9O) ist und mindestens einige der Röhren jeweils eine geometrisch korrigierte nicht-planare(nicht-ebene) Photokathode besitzen, die nahe benachbart zu einer Ausgangsfläche des Szintillator (11), zur Erfassung der optischen Photonen und zur Abgabe entsprechender Elektronen angeordnet ist, wobei an den Ausgängen der photoelektrischen Röhren elektrische Signale gemäss den erfassten optischen Photonen vorhanden sind, und weiterhin die elektronische Schaltungsanordnung (13) eine elektronische Schaltungsanordnung ist, die mit den

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Ausgängen der photoelektrischen Röhren zur Auflösung der elektrischen Ausgangssignale der photoelektrischen Röhren in solche Signale verbunden ist, welche die Koordinaten
der Lage jedes im Szintillator (11) erzeugten Lichtirapulses linear mit ·.: leser Lage und praktisch unabhängig
von dem Abstand zwischen der ausgangsseitigen Fläche
des Szintillators und einer Eb ne durch die Scheitel der Photokathoden darstellen.

3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ausgangsseitigen Ende der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtiepulsen und einer Ebene
parallel zu derselben durch die Scheitel der Photokathoden der photoelektrischen Röhren kleiner ist als das

O,4Ofache des Durchmessers einer Photokathode.

4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ausgangsseitigen Ende der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen und den Photokathoden der photoelektrischen Röhren kleiner ist als das
0,4Ofache des Durchmessers der Photokathode einer der
photoelektrischen Röhren.

5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Abstand zwischen dees ausgangsseitigen Ende der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen und den Photokathoden der photoelektrischen Röhren gering ist und bis herunter zum O.lOfachen des Durchmessers einer der Photokathoden beträgt, wobei gleichzeitig die elektrischen Signale für die Lagekoordinaten nahezu linear bezüglich der Ortslage des Lichtimpulses und praktisch unabhängig von
dem Abstand zwischen der Einrichtung (11) zur Erzeugung

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von Lichtimpulsen und der Photokathode sind,

6, Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelpunkte der Photokathoden der Violzahl der photoelektrischen Röhren in einer Ebene parallel zu einer Ebene durch das ausgangsseitige Ende der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen angeordnet sind.

7„ Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass alle Photokathoden konvex gekrümrat sind.

8. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Photokathoden (40a, 41a) jeweils in Form einer Halbkugel oder eines Tt¹IIs einer Halbkugel gekrümmt sind.

9. Strahlungsdetektor nach \nspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass er noch eine Lichtleitereinrichtung (15) besitzt, die zwischen das ausgangsseitige Ende der Einrichtung (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen und die Photokathoden der photoelektrischen Röhren zur Erhöhung des Wirkungsgrades des tfhergangs von Lichtirapulsen zwischen diesen beiden Teilen und zur Verfestigung der Anordnung eingefügt ist.

IQ. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2 _r dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin eine Anzeigeeinrichtung (14) besitzt, die mit den Ausgängen der elektronischen Schaltung (13) zur Aufzeichnung der Koordinaten der Lage der auftreffenden Strahlung oder Teilchen verbunden ist.

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11. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die photoelektrischen Röhren alle parallel zueinander orientiert sind.

12. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass alle photoelektrischen Röhren in der Anordnung (12) die geometrisch korrigierten nicht-planaren Photokathoden besitzen.

13. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die äussersten photoelektrischen Röhren in der Anordnung planare Photokathoden besitzen und die übrigen photoelektrischen Röhren die geometrisch korrigierten nicht-planaren Photokathoden besitzen.

14. Strahlungsdetektor nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass die äussersten photoelektrischen Röhren planare Photokathoden besitzen und diese leicht einwärts geneigt sind zur Erweiterung des Gesichtsfeldes des Detektors, wobei die photoelektrischen Röhren mit geometrisch korrigierten nicht-planaren Photokathoden parallel zueinander orientiert sind.

15. Gamma-Kamera nach Anspruch P, dadurch gekennzeichnet , dass die Photokathode jeder photoelektrischen Röhre in einem eingangsseitigen Ende (40c, 41c) der Röhre enthalten ist, das einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.

16. Gamma-Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass/Photokathode jeder phot©elektrischen Röhre in einem eingangsseitigen Ende (7Oc) der photoelektrischen Röhre enthalten ist, das einen Sechseckquerschnitt besitzt.

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17. Strahlungsdetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass der Strahlungsdetektor eine Gamma-Kamera ist und die Lichtleitereinrichtung (11) ein Festkörper-Lichtleiterteil ist, das in einem Gehäuse (90) zwischen der ausgangsseitigen Fläche des Szintillators (11) und den Photokathoden der photoelektrischen Röhren angeordnet ist, wobei das Lichtleiterteil (15) eine ebene eingangsseitige Oberfläche und eine ausgangsseitige Oberfläche besitzt die konkave Vertiefungen entsprechend der Form der Photokathoden aufweist, wobei das Lichtleiterteil (11) eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Lichtimpulsfortpflanzung vom Szintillator (11) zu den Fhotokathoden, eine Verstärkung der Anordnung und eine Unterstützung dor Ausrichtung der photoelektrischen Röhren enthält.

18. Strahlungsdetektor nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet , dass die Anzeigeeinrichtung ein Oszillograph (14) ist.

19. Verbesserte Gamma-Kamera nach Anspruch 2 , d a d u r ch gekennzeichnet , dass die Anordnung (12) der photoelektrischen Röhren aus einer mittleren Röhre besteht, die koaxial mit dem Szintillator (11) und dem Kollimator (10) angeordnet ist und weiterhin einen ersten Ring einer ersten Vielzahl der Röhren um diese mittlere Röhre herum und benachbart dazu einen zweiten Ring einer zweiten Vielzahl der Röhren um diesen ersten Ring benachbart zu demselben enthält, wobei die mittlere Röhre und die Röhren in dem ersten Ring jeweils parallel zueinander sind und die geometrisch nicht-planaren Photokathoden besitzen.

20. Gamma-Kamera nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet , dass die Röhren in dem zwei-

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- 45 ten Ring ebenfalls parallel zur mittleren Röhre sind.

21. Gamma-Kamera nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass die Röhren in dem zweiten Ring leicht nach innen geneigt sind, so dass die Photokathoden derselben ebenfalls nach innen geneigt sind.

22. Gamma-Kamera nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass die Röhren in dem zweiten Ring ebenfalls die geometrisch korrigierten nichtplanaren Photokathoden besitzen.

23. Gamma-Kamera nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass die Röhren in dem zweiten Ring planare Photokathoden besitzen.

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