DE2527516A1 - Szintillationskamera mit aufloesung zweiter ordnung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE -

DR.-ING. HANSLEYH

β Mönchen 7i, 10. Juni 1975

Melchloritrsße 42

M.lnZe.chen: SR11P-1297

G.D. Searle & Co. P.O. Box 5110 Chicago, Illinois V.St.A.

Szintillationskamera mit Auflösung zweiter Ordnung

Strahlungsabbildungssysteme mit einem laminaren Szintillationskristall und mehreren Photoelektronenvervielfachern, die mit dem Kristall optisch in Verbindung stehen, werden derzeit vor allem in der Strahlungsmedizin verwendet. Das Prinzip der Konstruktion einer derartigen Strahlungsabbildungsvorrichtung ist in der US-PS 3 011 057 beschrieben. Diese allgemein als Szintillationskamera bezeichnete Vorrichtung wird häufig dazu verwendet, schnell ein Abbild der Verteilung der Radioaktivität in einem zu untersuchenden Gegenstand zu projizieren. Der zu untersuchende Gegenstand ist meistens ein Organ eines Lebewesens, das für eine Diagnose mit einem Radioindikator injiziert worden ist. Eine derartige Szintillationskamera erzeugt ein Bild der Verteilung der Radioaktivität, indem sie einzelne Gammastrahlen anzeigt, die von dem verteilten Radioisotop emittiert und durch einen Kollimator geführt worden sind und die einen dünnen laminaren Szintillationskristall zur

Kf/MSt Szintillation

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Szintillation anregen. Diese Szintillation wird durch ein Feld von einzelnen Photoelektronenvervielfachern erfasst, die einander überlaggende Teilflächen des Kristalls überwachen. Durch geeignete elektronische Schaltungen werden die Ausgänge der einzelnen Photoelektronenvervielfacher in x- und y-Koordinatensignale und in ein z-Signal umgesetzt, das allgemein die Energie einer Szintillation darstellt. Wenn die Energie einer Szintillation in einem vorherbestimmten, brauchbaren Bereich liegt, erzeugt und speichert die Anordnung ein Bild, welches den Ort der Szintillation in einer zweidimensionalen Matrix angibt. Eine Sichtanzeige der Verteilung der Radioaktivität in einem Gegenstand kann dadurch erhalten werden, dass man das x-, y- und z-Signal an ein Kathodenstrahloszilloskop oder eine andere Sichtanzeigeeinrichtung anlegt, auf der die einzelnen Szintillationen dann durch kleine Lichtpunkte dargestellt werden, deren Orte den x- und y-Koordinatensignalen entsprechen. Man kann die Lichtpunkte mit Hilfe eines photographischen Films speichern. Die das Auftreten und die Orte der Szintillationen anzeigenden Signale kann man auch digitalisieren und in elektrischer oder magnetischer Form speichern. Beide Möglichkeiten sind in handelsüblichen Szintillationskameras vorgesehen.

Das räumliche Auflösungsvermögen des Szintillationskamerasystems soll möglichst hoch sein. Dieses Auflösungsvermögen bestimmt den kleinsten Abstand, der zwischen Strahlungsquellen vorhanden sein muss, damit diese am Ausgang der Szintillationskamera voneinander getrennt dargestellt werden können. Durch verschiedene Massnahmen kann man eine Schwächung des Auflösungsvermögens verhindern. Beispielsweise kann man Bleikollimatoren verwenden, die bewirken, dass Szintillationen nur durch Gammastrahlen hervorgerufen werden, die aus einer bestimmten Richtung auf den Szintillator auftreffen. In allen bekannten Szintillationskameras wird jedoch eine Koordinatenbestimmung erster Ordnung mit Hilfe von Photoelektronenvervielf achern vorgenommen, die nur eine einzige Anode und eine einzige Kathode besitzen. Bei dieser Koordinatenbestimmung erster Ordnung wird in einem zweidimensionalen System für

- 2 - .jeden

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jeden Photoelektronenvervielfacher nur ein einziger Bezugspunkt festgelegt, und werden die Orte, an denen die Gammastrahlen auf dem Szintillator einfallen, an zwischen diesen Bezugspunkten interpolierten Stellen dargestellt. In einer handelsüblichen Szintillationskamera mit neunzehn Photoelektronenvervielfachern sind daher nur neunzehn Bezugspunkte vorhanden. In einer Szintillation mit siebenunddreissig Photoelektronenvervielfachern sind siebenunddreissig Bezugspunkte vorhanden. Bei jeder Nichtlinearität der Ansprache des Kristalls, der Photoelektronenvervielfacher oder der elektronischen Auswerteschaltung führt daher eine lineare Interpolation des Ortes einer aufzuzeichnenden Szintillation zu einem Fehler. ^

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung, mit deren Hilfe die Anzahl der in der zweidimensionalen Matrix festgelegten Bezugspunkte vervielfacht werden kann. Dabei soll die Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung die Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung ergänzen; und ferner sollen insbesondere für jede Photozelle anstelle eines einzigen Bezugspunktes mehrere feste Bezugspunkte geschaffen werden. Dabei soll ferner das Gesichtsfeld der Szintillationskamera vergrössert werden.

Diese Aufgabe ist für eine Szintillationskamera, in der die Orte der einfallenden Strahlungsquanten erfasst und durch Koordinaten eines zweidimensionalen Koordinatensystems dargestellt werden, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung und eine Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung vorgesehen sind, dass die Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung Ausgangssignale erzeugt, die den Ortskoordinaten der einfallenden radioaktiven Emissionen in dem genannten zweidimensionalen Koordinatensystem entsprechen, und dass die Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung Ausgangssignale erzeugt, die eine Präzisierung der Ortskoordinaten darstellen.

- 3 - Venn

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Wenn eine bestimmte Teilfläche eines zweidimensionalen Systems mit Hilfe einer Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung erfasst werden kann, ist es mit Hilfe der erfindungsgemäss vorgesehenen Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung möglich, das Gesamtgesichtsfeld zu erweitern und dabei dasselbe Auflösungsvermögen zu erzielen. Infolgedessen kann man eine Szintillationskamera mit grossem Gesichtsfeld erhalten, ohne dass eine grössere Anzahl von Photoelektronenvervielfachem erforderlich ist. Die erfindungsgemässe Szintillationskamera zeichnet sich ferner durch ein höheres räumliches Auflösungsvermögen aus. Infolge der Erhöhung der Anzahl der festen Bezugspunkte sind diese in kleineren Abständen voneinander angeordnet, so dass die beim Interpolieren zwischen einander benachbarten Bezugspunkten auftretenden Verzerrungen auf ein Minimum reduziert werden und das Gesamt-Auflösungsvermögen der Szintillationskamera erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt:

Fig. 1 in Ansicht ein Szintillationskamerasystem;

Fig. 2 im Vertikalschnitt den Detektorkopf gemäss Fig. 1;

Fig. 3 eine zweidimensional Matrix und die Beziehung der Vervielfacher, der Szintillationskamera zu der Matrix;

Fig. 4 ein zweidimensionales Koordinatensystem zur Erläuterung der durch die erfindungsgemässen Koordinatenbestimmungseinrichtungen erzielten Erhöhung des Auflösungsvermögens;

Fig. 5 in einem Vertikalschnitt einen im Rahmen der Erfindung verwendbaren Photoelektronenvervielfacher mit mehreren Anoden;

Fig. 6 im Horizontalschnitt den Vervielfacher gemäss Fig. 5;

- 4 - Fig. 7

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Fig. 7 die elektronische Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die räumliche Anordnung eines Szintillationskamerasystems gemäss der Erfindung. Die Hauptteile dieses Systems sind der Detektorkopf 10 und eine Konsole 60, die durch ein Kabel 47 mit dem Detektorkopf 10 verbunden ist. Der Detektorkopf 10 ist in einem Joch 17 montiert, das von einem Ständer 50 getragen wird. Dieser besitzt einen Sockel 51 und eine vertikale Säule 18. Das Joch 17 ist gegenüber der Säule 18 vertikalbewegbar. Der Detektorkopf 10 ist in den Armen des Joches 17 drehbar. In manchen Fällen kann man die Drehung des Detektorkopfes 10 und die Verschiebung des Joches 17 motorisch bewirken, so dass der Detektorkopf 10 relativ leicht verstellbar ist. An der Unterseite des Detektorkopfes 10 ist ein Bleikollimator 75 angebracht, der aus einem Lochblendenkollimator oder einem mehrkanaligen Kollimator mit parallelwandigen oder konvergierenden oder divergierenden Ausnehmungen bestehen kann. Die Ausnehmung des Kollimators ist von der Art der jeweils beabsichtigten Diagnose abhängig.

Die Konsole 60 enthält alle Stromquellen für die in dem Detektorkopf, dem Ständer und der Konsole angeordneten Einrichtungen. Die Konsole 60 enthält ferner im allgemeinen den Haupt-Sichtanzeigemodul 70, die Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung 80, den zentralen Steuerungsmodul 73 und einen Hilfs-Sichtanzeigemodul 110. Die Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung berechnet die kartesischen Koordinaten für eine erfasste radioaktive Strahlung. Beim Erfassen einer Strahlung wird ein Impulssignal erzeugt, dessen Amplitude der Energie der Szintillation proportional ist. Die Koordinatensignale werden in Abhängigkeit von dem Impulssignal normalisiert. Mit Hilfe einer Impulshöhenbestimmungsschaltung wird ein Auslöse- oder Auftastsignal erzeugt, wenn sich das Impulssignal innerhalb eines vorgewählten Amplitudenbereiches befindet. Der Sichtanzeigemodul 70 wirkt als Ortsdarstellungseinrichtung und bewirkt eine Sichtanzeige der Ausgänge der Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung 80 zwecks

- 5 - Darstellung

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Darstellung und Aufzeichnung der Koordinaten der erfassten Strahlung. Zur Aufzeichnung dieser kartesischen Koordinaten werden die entsprechenden Signale, die einem Auslösesignal zugeordnet sind, mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre dargestellt und in dieser Form photographiert. Der Steuerungsmodul 73 enthält eine Untersetzungs- und Zeitsteuerungsschaltung mit Registern und einer digitalen Sichtanzeigeeinrichtung, sowie weitere Steuerungseinrichtungen. Der Sichtanzeigemodul 110 kann die durch den Modul 70 bewirkte Sichtanzeige von Information wiederholen oder andere Informationen empfangen, die gleichzeitig dargestellt werden.

Insbesondere aus der Fig. 2 geht hervor, dass der Detektorkopf einen Metallmantel 16 aufweist in dem eine Strahlungsabschirmung 12 angeordnet ist, die aus Blei oder einem anderen strahlungsabsorbierenden Material besteht. Eine ähnliche Strahlungsabschirmung 92 ist auf der Innenseite eines Deckels 93 angeordnet, der sich oberhalb des Mantels 16 befindet. Der untere Rand des Mantels 16 geht in einen einwärtsgerichteten Flansch 41 über, der einen Tragring 20 aus Stahl und eine Szintillationskristallanordnung 42 trägt. Das wirksame Element der Szintillationskristallanordnung 42 ist ein laminarer oder planarer Szintillationskristall 37, der zwischen einer dünnen Aluminiumabschirmung 36 und einer durchsichtigen Deckscheibe 39 aus Glas eingeschlossen ist. Der Szintillationskristall ist ein thalliumaktivierter Natriumjodidkristall. Da dieser Kristall 37 hygroskopisch ist, muss er in der angegebenen Weise vollkommen eingeschlossen sein. Die Aluminiumabschirmung 36 ist an dem Ring 20 mit Kopf schrauben 19 befestigt, die in einer Vergussmasse 99 angeordnet sind. Ein Lichtleiter 45 besteht aus einem durchsichtigen Kunststoff, der Ultraviolettlicht durchlässt und der von federbelasteten Bolzen 22, welche den Lichtleiter durchsetzen und in den Tragring 20 eintreten, in satter Anlage an der aus Glas bestehenden Deckscheibe 39 der Szintillationskristallanordnung 42 gehalten wird. Innerhalb des Strahlungsdetektorkopfes sind mehrere Photo elektronenvervielfacher P1 bis P19 angeordnet, deren lichtempfindliche Flächen 26

- 6 - satt

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satt an Je einer Teilfläche des Lichtleiters 45 anliegen. Diese Teilflächen sind durch V-förmige Nuten 15 voneinander getrennt. In der bevorzugten Ausführungsform sind neunzehn Photoelektronenvervielfacher oberhalb des Szintillationskristalls 37 angeordnet. Man erkennt, dass die lichtempfindlichen Flächen 26 der Photoelektronenvervielfacher in einer zu der Szintillationskristallanordnung 42 parallelen Ebene liegen und im Abstand von dieser Anordnung durch einen Lichtleiter 45 gehalten werden, der sich zwischen den Teilen 42 und 45 befindet. Die Orte einiger der Photoelektronenvervielfacher (P1 bis P12) sind in Fig. 3 dargestellt. Der Photoelektronenvervielfacher P10 liegt über dem Mittelpunkt des Szintillationskristalls 37. Der Mittelpunkt der lichtempfindlichen Fläche des Photoelektronenvervielfachers P10 stellt den Nullpunkt C eines zweidimensionalen Koordinatensystems dar, das gemäss den Figuren 3 und 4 durch eine x-Achse und eine y-Achse in Quadranten geteilt ist. Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der x-Achse der Fig. 3. Die Photoelektronenvervielfacher sind an ihren oberen Enden gegen eine Seitwärtsbewegung durch eine Halteplatte 24 festgelegt, die mit Schrauben 23 an einem Auflagerring 97 befestigt ist. Der Auflagerring 97 ist mit Schrauben 21 an den oberen Enden von Säulen 46 befestigt, die an ihren unteren Enden mit nicht gezeigten Senkkopfschrauben an dem Tragring befestigt sind. Von dem Auflagerring 97 erstrecken sich Verlängerungssäulen 95 aufwärts, die in Abständen voneinander angeordnet und gegenüber den Säulen 46 versetzt sind. Die Verlängerungssäulen 95 sind mit ihren unteren Enden an dem Auflagerring und mit ihren oberen Enden an einem Zwischenring 91 befestigt. Von dem Zwischenring 91 erstrecken sich Deckellagerstützen 94 aufwärts, die an dem Zwischenring 91 befestigt, in Abständen voneinander angeordnet und gegenüber den Säulen 95 versetzt sind. Die Stützen 94 nehmen das Gewicht des Deckels 93 auf.

Die Photoelektronenvervielfacher P1 bis P19 werden normalerweise von Schraubenfedern in satter Anlage an dem Lichtleiter 45 gehalten. Diese Schraubenfedern umgeben die Photoelektronenver-

- 7 - vielfacher

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vielfacher P1 bis P19 und werden zwischen deren sich erweiternden unteren Enden und der Halteplatte 24 unter Druckvorspannung gehalten. Um die Klarheit der Darstellung zu erhöhen, wurden in den Zeichnungen die Federn weggelassen. Jeder Photoelektronenvervielfacher steckt mit seinem oberen Ende in einer elektrischen Anschlussfassung 53» von der Leitungsschnüre 54 wegführen, die elektrische Leiter enthalten. Die Leitungsschniire 54 sind zu einem Kabel 47 vereinigt, das aus dem Strahlungsdetektorkopf austritt und ihn mit der Konsole 60 verbindet.

Die dargestellte Szintillationskamera dient zur Bestimmung der Verteilung der von einem Gegenstand ausgesendeten Strahlung und zum Darstellen der Orte, an denen Strahlungsquanten mit dem Szintillationskristall 37 in Wechselwirkung treten. Die Orte der Lichtblitze, die von dem Szintillationskristall 37 an den Stellen erzeugt werden, an denen die Strahlung auf ihm einfällt, werden erfasst und durch Koordinaten einer zweidimensionalen Matrix oder eines zweidimensionalen Koordinatensystems dargestellt. Infolgedessen stellt der laminare Szintillationskristall 37 einen Wandler dar, der die von Radionukliden oder Radioisotopen emittierte Energie in sichtbares Licht umwandelt.

Die Photoelektronenvervielfacher P1 bis P19 werden durch einen Lichtleiter 45 im Abstand von dem Kristall 37 gehalten, so dass sie einander überlappende Teilflächen des Szintillationskristalls 37 überwachen, wobei von einem Punkt des Szintillationskristall 37 ausgesendetes Licht von mehr als einem Photoelektronenvervielfacher empfangen wird. Die Photoelektronenvervielfacher P1 bis P19 bilden zusammen mit einer Ortsbestimmungsschaltung eine Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung zum Erzeugen von Aus gangs signal en, die Hauptpunkten zugeordnet sind, die in einer rechtwinkligen Matrix in vorherbestimmten Abständen voneinander angeordnet sind. In Fig. 7 sind in der gestrichelten Umrahmung 5 ein einziger Photoelektronenvervielfacher und die ihm zugeordnete Ortsbestimmungsschaltung dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform kann man Jene allen Photoelektronenvervielfachern zugeordneten Elemente, die den in der Umrahmung 5

- 8 - befindlichen

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befindlichen entsprechen, zusammen als die Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung ansehen. In dem in Fig. 4 dargestellten, rechtwinkligen Koordinatensystem sind mit 25 die Hauptpunkte bezeichnet, die durch die Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung bestimmt werden. Diese Hauptpunkte entsprechen den Mittelpunkten der lichtempfindlichen Flächen 26 der Photoelektronenvervielfacher. Die Ortskoordinaten der einfallenden radioaktiven Strahlungen in dem zweidimensionalen Koordinatensystem werden von den Ausgangssignalen der Photoelektronenvervielfacher dadurch abgeleitet, dass diese Ausgangssignale in der Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung des Szintillationskamerasystems verarbeitet werden. Man kann den Gesamtausgang jedes Photoelektronenvervielfachers als ein Grobkoordinatensignal ansehen, von dem die Orte von erfassten radioaktiven Strahlungen dadurch abgeleitet werden können, dass in Abhängigkeit von den Gesamtausgängen aller Photoelektronenvervielfacher die Abstände von den in Fig. 4 mit 25 bezeichneten Hauptpunkten interpoliert werden.

Somit bilden die Photoelektronenvervielfacher P1 bis P19 und die ihnen zugeordnete Ortsbestimmungsschaltung die zu dem System gehörende Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung und erzeugt diese Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung Signale, die quantitativ die Lichtmengen darstellen, die bei jeder Szintillation von neunzehn sechseckigen Teilflächen 29 emittiert und von Photoelektronenvervielfachern P1 bis P19 empfangen worden sind. Dies ist in Fig. 3 erläutert. Zwar überlappen die von den einzelnen Photoelektronenvervielfachern überwachten Flächen einander, doch ist jeder der sechseckigen Teilflächen 29 ein eigener Photoelektronenvervielfacher zugeordnet. Diese sechseckigen Teilflächen sind aneinandergrenzende Teilflächen eines zweidimensionalen Gesichtsfeldes.

Alle Photoelektronenvervielfacher sind ebenso ausgebildet wie der in Fig. 5gezeigte Photoelektronenvervielfacher P10. Dieser besitzt einen evakuierten Kolben 71. Ein Teil des Kolbens bildet

- 9 - eine

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eine lichtempfindliche Fläche 26, die mit dem Kristall 37 optisch in Verbindung steht. Der lichtempfindlichen Fläche 26 des Kolbens ist eine lichtempfindliche Photoschicht in Form einer Photokathode 72 benachbart. Diese kann die Lichtphotonen absorbieren, die von dem Szintillationskristall 37 emittiert werden, und kann Elektronen in einer Menge emittieren, die der Anzahl der empfangenen Lichtquanten proportional ist. Die Emission dieser Elektronen ist nicht gleichmässig über die Fläche der Photokathode 72 verteilt, sondern es werden von der der Lichtquelle nächstliegenden Teilfläche der Photokathode 72 mehr Elektronen emittiert als von Jenen Teilflächen der Photokathode 72, die weiter von Lichtquelle entfernt sind. Die Photokathode 72 ist mit dem Kathodenpol einer Gleichstromquelle verbunden, so dass die durch die Emission von Photoelektronen verlorengegangene Ladung ersetzt und dadurch das erforderliche Potential an der Photokathode aufrechterhalten wird.

Die von der Photokathode 72 emittierten Elektronen werden von den Dynodenstegen einer ersten Dynodenstufe empfangen, die dem die Elektronen aussendenden Sektor der Photokathode diagonal gegenüberliegt. Zu diesem Zweck werden die von der Photokathode 72 emittierten Elektronen zwischen Wänden, beispielsweise den Wänden 3, 4, 8 und 9 in den Figuren 5 und 6, geführt und von einer der vier Steganordnungen 61, 62, 63 und 64 der ersten Dynodenstufe angezogen. Man kann die Photokathode 72 durch gestrichelt gezeichnete, gedachte Linien in vier Sektoren oder Quadranten 115, 116, 117 und 118 teilen. Die von dem Sektor 115 ausgesendeten Elektronen führen zu der grössten Ansprache der Dynodensteganordnung 64. Die von dem Sektor 116 ausgesendeten Elektronen führen zu einer starken Ansprache der Steganordnung 62. Die von den Sektoren 117 und 118 ausgesendeten Elektronen führen zu Ansprachen vor allem der Steganordnungen 61 bzw. 63. In jeder Steganordnung sind die einzelnen Stege 53 unter einem Winkel von etwa 45 gegenüber der Bahn der Elektronen angeordnet und so orientiert, dass jeder Steg die emittierten Elektronen veranlasst, sich zu der direkt über ihm liegenden Dynode und schliesslich zu der über ihr liegenden Anode zu bewegen. Aus der Fig. 5 erkennt man, dass die

- 10 - Anode

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Anode A2P10 direkt über der Steganordnung 63 und die Anode A1P10 direkt über der Steganordnung 61 angeordnet ist. Wie in üblichen Photoelektronenvervielfachern veranlasst ein Elektron, das auf einen der Stege 53 der ersten Dynode 81 auftrifft, diesen Steg zur Emission von mehreren zusätzlichen Elektronen, die dann zu der zweiten Dynode 82 wandern, wo sich der Vorgang wiederholt. Diese Elektronenkaskade setzt sich über die Dynoden 83 bis 90 fort. Schliesslich prallen die Elektronen auf einer einzigen der Anoden auf. Beispielsweise bewirkt die Aussendung von Elektronen von der Steganordnung 61 der ersten Dynodenstufe 81, dass die Anode A1P10 Elektronen empfängt. Die Aussendung von Elektronen von der Steganordnung 63 bewirkt, dass Elektronen auf der Anode A2P10 auftreffen. Wenn, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem Kolben 71 mehrere Anoden angeordnet sind, ist jede von ihnen einem bestimmbaren Sektor der Photokathode 72 zugeordnet und gibt jede dieser Anode über den nur ihr zugeordneten Leiter 120 ein identifizierbares Anodenausgangssignal ab. Andere der die Kappe 74 durchsetzenden Leiter 120 sind mit den verschiedenen Dynodenstufen und der Photokathode 72 verbunden. Wie vorstehend ausgeführt wurde, sind zwischen der Kathode und der ersten Dynode die Wände 3_f 4, 8 und 9 angeordnet, die gewährleisten, dass die von der Kathode kommenden Elektronen die entsprechende erste Dynode erreichen.

Der Photoelektronenvervielfacher P10 hat eine ähnliche Arbeitsweise, aber eine andere geometrische Anordnung wie der von der Electron Tube Division der Firm ITT Corporation, 3700 East Pontiac Street, Fort Wayne, Indiana (V.St.A.) hergestellte Vervielfacher vom Typ F4002 (S1).

Zum Überwachen von Szintillationen sind auch schon andere Photozellen mit mehreren Anoden vorgeschlagen worden, doch haben sich diese oft nicht bewährt. Beispielsweise wird in dem in der US-PS 3 209 201 beschriebenen System zur Überwachung einer interessierenden Fläche nur eine einzige Photozelle verwendet und werden

- 11 - zur

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zur Bestimmung der x- und y-Koordinaten die von den Anoden abgegebenen Signale verschieden gewichtet. Dagegen stellen die in dem erfindungsgemässen System von den Anoden abgegebenen Signale die Lichtmengen dar, die an je einem bestimmten Punkt oder in je einer bestimmten Fläche empfangen worden ist, beispielsweise an einem Punkt 30 oder in einer Fläche 32 in Fig. 4, wie nachstehend erläutert wird. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung bilden die in jedem Photoelektronenvervielfacher in einer Mehrzahl vorgesehenen Anoden zusammen mit der ihnen zugeordneten Ortsbestimmungsschaltung eine Ortsauflösungseinrichtung zweiter Ordnung, die auf Signale anspricht, die von dem Szintillationskristall 37 kommen. Fig. 7 zeigt in einer gestrichelten Umrahmung 6 eine einzige Anode und die ihr zugeordnete Ortsbestimmungsschaltung. Jene allen Anoden aller Photoelektronenvervielf acher zugeordneten Elemente, die den in der Umrahmung 6 dargestellten Elementen entsprechen, bilden zusammen die Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung. In dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist diese Ortsauflösungseinrichtung zweiter Ordnung in den Glaskolben 71 der Photoelektronenvervielfacher und in der ihr zugeordneten Ortsbestimmungsschaltung enthalten, so dass man sagen kann, dass die Ortsauflösungseinrichtung zweiter Ordnung in der Auflösungseinrichtung erster Ordnung enthalten ist und zum Erzeugen von Feinkoordinatensignalen dient, welche die Orte der erfassten Strahlungen darstellen, während die Grobkoordinatensignale durch die Summierung der Gesamtausgänge eines einzigen Photoelektronenvervielfachers erhalten werden. Der Ausgang der Anoden bewirkt daher eine weitere Präzisierung der Ortskoordinaten, die von dem Sichtanzeigemodul 70 des Szintillationskamerasystems dargestellt werden.

Wie vorstehend erläutert wurde, spricht jede Anode der Photoelektronenvervielf acher besonders auf Lichtblitze an, die von einem bestimmten Sektor kommen, der nur einen Teil der von dem zugeordneten Photoelektronenvervielfacher überwachten Teilfläche des Szintillators bildet. Beispielsweise kann man in Fig. 3 annehmen, dass den Sektoren 32 jeder der aneinandergrenzenden

- 12. - sechseckigen

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sechseckigen Teilflächen 29 Je eine einzige Anode zugeordnet ist. In diesem Fall sind die von der Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung erzeugten Ausgangssignale den aneinandergrenzenden Sektoren 32 der Teilflächen 29 zugeordnet. Man kann sagen, dass das von jeder Anode abgegebene Signal die Lichtmenge darstellt, die an einem zugeordneten Zwischenpunkt 30 oder 30' der rechtwinkligen Matrizen gemäss Fig. 4 und 3 empfangen worden sind. Diese Zwischenpunkte, beispielsweise die Punkte 30, sind zwischen den Hauptpunkten 25 verteilt und in vorherbestimmten Abständen voneinander angeordnet. In Fig. 4 ist gezeigt, dass die Hauptpunkte in der x-Richtung in Abständen S und in der y-Richtung in Abständen D voneinander angeordnet sind. Die Zwischenpunkte 30 sind in der x-Richtung in Abständen I und in der y-Richtung in Abständen J voneinander und in der x-Richtung in Abständen i und in der y-Richtung in Abständen j von den Hauptpunkten 25 angeordnet. Man erkennt, dass die Abstände zwischen den Zwischenpunkten (Abstände zweiter Ordnung) kleiner sind als die Abstände S bzw. D erster Ordnung. Die Zwischenpunkte 30 und 30' sind daher zusätzliche Bezugspunkte, die bei der Bestimmung der Koordinaten der von dem Szintillationskristall 37 erzeugten Strahlung zur Interpolation von Abständen verwendet werden können. Man kann jeden Bezugspunkt einem Ort in einem gewissen Ortsbereich zuordnen. Beispielsweise stellen die in Fig. 4 gezeigten Bezugspunkte 30 den Massenmittelpunkt je eines Sektors 32 einer sechseckigen Teilfläche 29 dar. In einer anderen Ausführungsform stellen die Bezugspunkte 30^f die Massenmittelpunkte je eines Quadranten 31 des Inkreises einer sechseckigen T&lfläche 29 dar. Diese Kreise entsprechen den kreisförmigen Berührungsflächen zwischen den lichtempfindlichen Flächen 26 der Photoelektronenvervielfacher P1 bis P19 und dem Lichtleiter 45. Ein mit den optischen Eigenschaften von Szintillationskameras vertrauter Fachmann kann die Bezugspunkte anderen Orten zuordnen.

Das erfindungsgemässe Szintillationskamerasystem umfasst ferne eine Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung, die mit den Anoden der Photoelektronenvervielfacher gekoppelt ist und elektrische Signale produziert, die kartesische Koordinaten von

- 13 - Szintillationen

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Szintillationen darstellen, die beim Einfallen von Strahlung auf dem Szintillationskristall erzeugt werden. Diese Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung ist mit den Anoden der Photozellen verbunden und löst die durch jeden Lichtblitz hervorgerufenen Ausgänge der Photozellen in Koordinatensignale auf, die den Koordinaten der Orte des von dem Szintillationskristall ausgesendeten Strahlung entsprechen. Die Verstärkungsund Ortsberechnungsschaltung gemäss Fig. 7 umfasst vier Koordinatensignalleitungen +x, -x, +y und -y sowie Widerstände 7» welche die Abgabe eines Signals entsprechender Grosse an die Koordinatensignalleitungen ermöglichen. Die Widerstandswerte der Widerstände 7 entsprechen der Lage der Sektoren 32, insbesondere der ihnen zugeordneten Zwischen-Bezugspunkte, in Bezug auf die x- und y-Achse des zweidimensionalen Koordinatensystems gemäss Fig. 3 oder Fig. 4. Infolgedessen haben die mit einer oder beiden Koordinatensignalleitungen +x und -x bzw. +y und -y verbundenen Widerstände, die einander benachbarten Anoden zugeordnet sind, verschiedene Widerstandswerte. Jeder dieser Widerstände modifiziert das von der zugeordneten Anode angelegte Signal entsprechend einem Wertungsfaktor, welcher mit der Lage des der Anode zugeordneten Ortes in einem zweidimensionalen Koordinatensystem in einer Beziehung steht. Das in Fig. 7 dargestellte Matrixsystem stellt eine für die Zwecke der Erfindung abgeänderte Version eines handelsüblichen Systems einer Szintillationskamera dar. In Szintillationskameras sind aber auch schon andere Matrixanordnungen mit Kondensatoren als Impedanzelementen oder mit Laufzeitverstärkern verwendet worden, die ebenfalls für die Zwecke der Erfindung eingerichtet werden können.

Die erfindungsgemässe Szintillationskamera besitzt ferner eine Wertungsschaltung, die mit den Anoden verbunden ist und dazu dient, die Ausgangssignale der Anoden nichtlinear zu verstärken, wobei die stärkeren Anodenausgangssignale mehr verstärkt werden als die schwächeren Anodenausgangssignale. Dadurch wird die relativ genaue Signal information, die von Anoden kommt, die den

- 14 - einer

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einer Szintillation näherliegenden Sektoren 32 einer Teilfläche 29 zugeordnet sind, gegenüber der relativ ungenauen Signalinformation hervorgehoben, die von den weiter entfernten Sektoren kommt. Gemäss Fig. 7 umfasst diese Wertungsschaltung eine Schwellenwert-Vorverstärkerschaltung 2, die bewirkt, dass die unter einem vorgewählten Schwellenwert liegenden Anodenausgangssignale im wesentlichen nicht zu den Ortskoordinaten der Szintillationen beitragen. Dieser Schwellenwert wird durch die Wahl geeigneter Kennwerte der Vorverstärker 2 in Fig. 7 festgelegt. Jene Anodenausgangssignale, die den vorgewählten Schwellenwert der Vorverstärker 2 erreichen oder überschreiten, führen zum Erzeugen von verstärkten Ausgangssignalen, die in einem wesentlichen Teil des Amplitudenspektrums der Anodenausgangssignale deren Grosse im wesentlichen proportional sind. Beispielsweise bewirkt ein den Schwellenwert des Vorverstärkers 2 überschreitendes Ausgangssignal der Anode A1P1, dass an die Leitung 135 ein Signal mit einer proportionalen Amplitude abgegeben wird.

Man kann auch die Widerstände 7 der Verstärkungs- und Ortsbestimmungsschaltung als zu der Wertungsschaltung gehörig betrachten. Wie vorstehend erläutert wurde, ist mit dem Ausgang der Verstärkungs- und Ortsberechnungsschaltung eine Ortsdarstellungseinrichtung in Form eines Sichtanzeigemoduls 70 verbunden, der zur Darstellung und zum Aufzeichnen der Koordinaten der erfassten Strahlung verwendet wird. ,

Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnungen dienen nur der Erläuterung des Erfindungsgegenstandes, doch soll die Erfindung dadurch nicht unnötig eingeschränkt werden. Beispielsweise kann man anstelle der dargestellten vier Anoden pro Photoelektronenvervielfacher jede beliebige Mehrzahl von Anoden verwenden. Anstelle der Widerstände 7 kann man den Photoelektronenvervielfachern auch geeignete Laufzeitverstärker zuordnen. Anstelle der dargestellten Photoelektronenvervielfacher mit mehreren Anoden kann man auch Photoelektronenvervielfacher mit je einer Anode verwenden, wenn verschiedene Sektoren der Photokathode

- 15 - eines

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eines Vervielfachers mit einem Material überzogen sind, welches eine Veränderung der Energie oder der Wellenlänge der empfangenen Szintillationen bewirkt, so dass die von dem Vervielfacher abgegebenen Impulse einem bestimmten Sektor zugeordnet werden können. Man kann ferner verschiedene Einrichtungen von üblichen Szintillationskamerasystemen gegebenenfalls abändern und in dem hier erläuterten Szintillationskamerasystem verwenden.

- 16 - Patentansprüche

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Claims (12)

SR11P-1297 Patentansprüche

1. Szintillationskamerasystem, in dem die Orte der einfallenden Strahlungsquanten erfasst und durch Koordinaten eines zweidimensional en Koordinatensystems dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet , dass eine Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung und eine Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung vorgesehen sind, dass die Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung Ausgangssignale erzeugt, die den Ortskoordinaten der einfallenden radioaktiven Emissionen in dem genannten zweidimensionalen Koordinatensystem entsprechen, und dass die Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung Ausgangssignale erzeugt, die eine weitere Präzisierung der Ortskoordinaten darstellen.

2. Szintillationskamerasystem nach Anspruch 1 mit einer Strahlungsabbildungsvorrichtung zur Darstellung der Verteilung der Orte, an denen radioaktive Emissionen mit der Vorrichtung in Wechselwirkung treten, in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, mit einer Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die aneinandergrenzenden Teilflächen eines zweidimensionalen Gesichtsfeldes zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , dass eine Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung vorgesehen ist, die zum Erzeugen von AusgangsSignalen dient, die aneinandergrenzenden Sektoren der genannten Teilflächen zugeordnet sind.

3. Szintillationskamerasystem nach Anspruchi mit einer Strahlungsabbildungsvorrichtung zur Darstellung der Verteilung der Orte, an denen radioaktive Emissionen mit der Vorrichtung in Wechsel-

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wirkung treten, in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, mit einer Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die Hauptpunkten zugeordnet sind, die in einer rechtwinkligen Matrix in vorherbestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , dass zusätzlich eine Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnung vorgesehen ist, die zum Erzeugen von Ausgangssignalen dient, die Zwischenpunkten zugeordnet sind, die in der genannten rechtwinkligen Matrix zwischen den Hauptpunkten in vorherbestimmten Abständen von ihnen und voneinander angeordnet sind.

4. Szintillationskamerasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Strahlungsabbildungsvorrichtung zur Darstellung der Verteilung von in einem Gegenstand auftretenden Strahlungen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, mit einem Szintillator und einer Koordinatenbestimmungseinrichtung erster Ordnung, die aus einer Anordnung von Photodetektoren besitzt, die mit dem Szintillator optisch in Verbindung stehen und zum Erzeugen von Ausgangssignalen dienen, die Hauptpunkten zugeordnet sind, die in einer rechtwinkligen Matrix in vorherbestimmten räumlichen Abständen erster Ordnung voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , dass zusätzlich eine Koordinatenbestimmungseinrichtung zweiter Ordnun g vorgesehen iar, siw zum Erzeugen von Ausgangssignalen dient, die Zwischenpunkten zugeordnet sind, die in der genannten rechtwinkligen Matrix zwischen den Hauptpunkten und in vorherbestimmten räumlichen Abständen zweiter Ordnung von ihnen und voneinander angeordnet sind, wobei die Abstände zweiter Ordnung kleiner sind als die Abstände erster Ordnung.

5. Szintillationskamerasystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Strahlungsabbildungsvorrichtung zum Darstellen der Verteilung von Radionukliden in einem Gegenstand durch Koordinaten eines zweidimensionalen Koordinatensystems, gekennzeichnet durch einen dem Gegenstand benachbarten, laminaren Wandler zum Erzeugen von Signalen,

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welche die Orte, an denen Strahlungsquanten mit dem Wandler in Wechselwirkung treten, durch Koordinaten eines zweidimensionalen Koordinatensystems darstellen, durch eine Ortsauflösungseinrichtung erster Ordnung, die aufgrund von Ausgangssignalen des Wandlers Grobkoordinatensignale erzeugt, welche die Orte der erfassten radioaktiven Strahlungen darstellen, durch eine Ortsauflösungseinrichtung zweiter Ordnung, welche in der Ortsauflösungseinrichtung erster Ordnung enthalten ist und auf Grund von Ausgangssignalen des Wandlers Feinkoordinatensignale erzeugt, welche die Orte der erfassten radioaktiven Strahlen darstellen, durch eine elektrische Schaltung zum Verarbeiten der Grobkoordinatensignale und der Feinkoordinatensignale und zum Erzeugen von elektrischen Gesamtkoordinatensignalen, die mit einer Genauigkeit zweiter Ordnung den Koordinaten der Orte entsprechen, an denen Strahlungsquanten mit dem Wandler in Wechselwirkung treten, und durch eine Sichtanzeigeeinrichtung zum Darstellen der elektrischen Gesamtkoordinatensignale.

6. Szintillationskamerasystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Strahlungsabbildungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen Szintillator zum Erzeugen von Lichtblitzen an den Orten, an denen Strahlungsquanten einfallen, durch mehrere Photozellen, die zum Überwachen Je einer bestimmten Teilfläche des Szintillators dienen und von denen jede mehrere Anoden zum Erzeugen von diskreten elektrischen Ausgangssignalen besitzt, wobei jede Anode besonders auf Lichtblitze anspricht, die von einem Sektor ausgehen, der nur einen Teil der von der jeweiligen Photozelle überwachten Teilfläche des Szintillators bildet, und durch eine mit den Anoden der Photozelle verbundene, elektrische Schaltung, die dazu dient, die aufgrund der einzelnen Lichtblitze von den Anoden abgegebenen Ausgangssignale in Koordinatensignale aufzulösen, die den Koordinaten der Orte entsprechen, an denen Strahlungsquanten auf dem Szintillator einfallen.

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7. Szintillationskamerasystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Szintillationskamera zum Erzeugen eines Bildes der Verteilung von Radioisotopen in einem Gegenstand, mit einem einzigen laminaren Szintillationskristall, mit mehreren Photoelektronenvervielfachern zum Überwachen je einer von einander überlappenden Teilfläche des Kristalls, mit einer Verstärkungs- und Rechenschaltung zum Erzeugen von elektrischen Signalen, die Koordinaten darstellen, die in einer zweidimensionalen Matrix den Orten entsprechen, an denen Strahlungsquanten mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, und mit einer Ortsdarstellungseinrichtung zum Darstellen der genannten Ortskoordinaten, dadurch gekennzeichn e t , dass jeder der Photoelektronenvervielfacher mehrere Anoden besitzt, von denen jede besonders auf Szintillationen anspricht, die von einem bestimmbaren Sektor der jeweils überwachten Teilfläche ausgehen.

8. Szintillationskamerasystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Szintillationskamera zur Darstellung der Verteilung der von einem Gegenstand ausgesendeten Strahlung in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, gekennzeichnet durch

a) einen laminaren Szintillationskristall,

b) mehrere Photoelektronenvervielfacher, die im Abstand von dem Kristall angeordnet sind und einander überlappende Teile desselben überwachen, wobei jeder Photoelektronenvervielfacher einen evakuierten Kolben aufweist, der eine lichtempfindliche Fläche besitzt, die mit dem Kristall optisch in Verbindung steht, ferner mehrere in dem Kolben angeordnete Anoden, die je einem bestimmbaren Sektor der lichtempfindlichen Fläche zugeordnet sind und ein identifizierbares Anodenausgangssignal erzeugen,

c) eine Verstärkungs- und Ortsbestimmungsschaltung, die mit den Anoden der Photoelektronenvervielfacher gekoppelt sind und zum Erzeugen von elektrischen Signalen dienen, die in

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dem genannten Koordinatensystem den Koordinaten der Orte der Szintillationen entsprechen, die von der auf dem Szintillationskristall einfallenden Strahlung hervorgerufen werden, und

d) eine mit der Verstärkungs- und Ortsbestimmungsschaltung verbundene Ortsdarstellungseinrichtung zum Darstellen der genannten Koordinaten.

9. Szintillationskamerasystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Gewichtungsschaltung, die mit den Anoden verbunden ist und deren Ausgangssignale nichtlinear verstärkt, wobei die stärkeren Anodenausgangssignale mehr verstärkt werden als schwächere Ausgangssignale, so dass die relativ genaue Signalinformation, die von den Anoden beigetragen wird, die der betreffenden Szintillation näherliegenden Sektoren von Teilflächen zugeordnet sind, gegenüber den relativ ungenauen Informationen von entfernten Sektoren hervorgehoben wird.

10. Szintillationskamerasystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Gewichtungsschaltung eine Schwellenwert-Vorverstärkerschaltung aufweist, die bewirkt, dass Anodenausgangssignale, die unter einem vorgewählten Schwellenwert liegen, im wesentlichen nicht zu den genannten Koordinaten beitragen, und dass jene Anodenausgangssignale, welche den genannten Schwellenwert erreichen oder überschreiten, zum Erzeugen von verstärkten Ausgangssignalen führen, die in einem beträchtlichen Teil des Amplitudenspektrums der Anodenausgangssignale deren Grosse proportional sind.

11. Szintillationskamerasystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass mit der Ortsdarstellungseinrichtung Koordinatensignalleitungen verbunden sind und dass zwischen Jeder Anode und Jeder Koordinatensignalleitung ein eigener Widerstand eingeschaltet ist, der bewirkt, dass Jedes Ausgangssignal der betreffenden Anode entsprechend

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einem Gewichtungsfaktor modifiziert wird, welcher mit der Lage des Ortes, dem die Anode zugeordnet ist, in dem zweidimensionalen Koordinatensystem in einer Beziehung steht.

12. Szintillationskamerasystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände verschiedene Widerstandswerte haben, die den Abständen der den Anoden zugeordneten Orte von der entsprechenden Achse des zweidimensionalen Koordinatensystems entsprechen.

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