DE2540861C2 - Gammakamera mit einem Szintillationskristall, Photovervielfachern, Verstärkern und einer Anordnung zur Stabilisierung der Ausgangssignale der Verstärker - Google Patents
Gammakamera mit einem Szintillationskristall, Photovervielfachern, Verstärkern und einer Anordnung zur Stabilisierung der Ausgangssignale der VerstärkerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gammakamera mit einem Szintillationskristall, einem Lichtleiter, mehreren Photovervielfachern
und mit einem Generator zum Steuern einer im gleichen Spektralbereich wie der erregte
Szintillationskristall emittierenden Lichtquelle zum Zuführen eines impulsförmigen Normlichtsignals zu den
Photovervielfachern, wobei für jeden Photovervielfacher ein daran angeschlossener Verstärker und eine von
dem Generator über ein Gatter gesteuerte Anordnung zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Verstärkers
vorgesehen sind und jede Anordnung eine Komparatorschaitung
umfaßt, die mit dem Ausgang des Verstärkers
verbunden ist und deren Ausgänge anzeigen, ob das Ausgangssignal über oder unter einem vorgebbaren
Sollwertbereich liegt, wobei die Ausgänge mit Steuerelementen verbunden sind, mit denen der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Verstärkers steuerbar ist.
Eine Gammakamera mit einem Szintillationskristall, einem Lichtleiter, mehreren Photovervielfachern und
mit mehreren an den Photovervielfachern angeschlossenen Verstärker ist an sich bekannt aus der FR-OS
22 19 424. Die Ausgänge der Verstärker sind mittels eines Netzwerkes miteinander verknüpft, um die
Ortskoordinaten (und/oder Energie) der im Szintillationskristall eingetroffenen Gammaquanten herzuleiten.
Die (zeitlich nacheinander) ermittelten Ortskoordinalen werden zur Herstellung eines Bildes verwendet, das die
Verteilung einer radioaktiven Substanz innerhalb eines (menschlichen) Körpers zeig;. Da ev.\ derartiges Bild zur
medizinischen Diagnose verwendet wird, ist eine äußerst genaue Ermittlung des relativen Beitrages jedes
der Photovervielfacher erforderlich, weil jede Änderung in den Verstärkungsfaktoren der Photovervielfacher
zu Fehlern in der Wiedergabe der Ortung der Einfallspunkte der Gammaquanten im Szintillationskristall
führt. Deshalb ist die Instabilität der Verstärkungsfaktoren der Photovervielfacher ein großes Problem.
Aus der DE-AS 12 38 112 ist eine Anordnung zur Stabilisierung des Verstärkungsfaktors eines Photovervielfachers
bekannt.
Diese Anordnung enthält einen Generator zum Steuern einer Elektrolumineszenz-Lichtquelle zum
Zuführen eines impulsförmigen Normlichtsignals zu dem Photovervielfacher, der an einem Verstärker
angeschlossen ist, der mit einer Komparatorschaltung verbunden ist, deren Ausgangssignale anzeigen, ob das
Ausgangssignal des Verstärkers über oder unter einem vorgebbaren Sollwertbereich lisgt. Die Ausgänge der
Komparatorschaltung sind mit Steuerelementen einer vom Generator über ein Und-Gatter gesteuerten
Anordnung verbunden, mit der der Verstärkungsfaktor der Photovervielfacher-Verstärker-Kombination zur
Stabilisierung des Ausgangssignals steuerbar ist. Diese bekannte Anordnung wäre in einer Gammakamera der
obengenannten Art ohne weiteres für jeden Photovervielfacher verwendbar, würde aber nicht zum erwünschten
Erfolg führen, da sich gezeigt hat, daß eine von der
bekannten Anordnung durchgeführte Kalibration vom von den Gammaquanten erregten Szintillationslicht
verfälscht wird.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Gammakamera bekannter Art mit einer Anordnung zur
Verstärkungsstabilisierung zu versehen, die so ausgebildet ist, daß die Stabilisierung nicht von der Gammastrahlung
verfälscht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Gammakamera nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der
Generator Impulse liefert, deren Dauer kleiner ist als die Szintillationszeitkonstante des Szintillationskristalls
und daß jede Anordnung weiter eine Sperr-Schaltung mit einem Komparator und zwei bistabilen Elementen
aufweist, wobei ein erster Eingang des Komparator mit
dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, ein zweiter Eingang des Komparators auf Null-Potential liegt und
der Ausgang des Komparators mit je einem Eingang beider bistabilen Elemente verbunden ist, von denen das
eine am Anfang und das andere am Ende der Impulse aktiviert werden und über das Gatter die Steuerelemente
sperren, wenn am Anfang oder am Ende der impulse
das Ausgangssignal des Verstärkers einen von Null verschiedenen Wert aufweist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Be: einer Gammakamera mit einer Anordnung zum Kalibrieren der Verstärker nach der Erfindung wird
beim Zuführen des Normlichtsignals geprüft, ob am Anfang oder am Ende dieses Normlichtsignals der
Szintillationskristall Licht ausstrahlt. Ist dies der Fall, so ist gerade vor oder während der Kalibrierungszeit
(Dauer des Normlichtsignals) Gammastrahlung detektiert worden, weil die Dauer des Normlichtsignals
kürzer als die Dauer der Szintillationszeitkonstante ist. Der Kalibrierungsvorgang wird dann nicht durchgeführt,
weil die Steuerelemente gesperrt werden. Ist am Anfang und am Ende des Normlichtsignals das
Ausgangssignal des Komparators gleich Null, so ist der Szintillationskristall nicht von Gammstrahlung erregt
worden und es wird eine Kalibrierung durchgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch in Seitenansicht und im Quer schnitt eine Gammakamera,
F i g. 2 einen Schnitt in der Ebene der Detektoren der erwähnten Gammakamera,
Fig. 3 und 4 Prinzipschaltbilder der miteinander zusammenarbeitenden Schaltungen einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Gammakamera.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gammakamera vom Anger-Typ enthält neunzehn in einem Bleischirm I
angeordnete Photovervielfacher Pl bis P19 in einer sechseckigen Konfiguration, der sich einem Szintillationskristall
2 gegenüber befindet. Durch das Einfallen eines Gammateilchens 8 in das Material des Szintillationskristalls
2 bilden sich sichtbare Photonen P, die durch ein Fenster 3 des Kristallgehäuses und über einen
Lichtleiter 4 beim Eingang der Phoiovervielfacher ankommen, die mit einem Lichtdeflektor 5 versehen eo
sind Ein elektronisches Rechennetzwerk 6 liefert einer nicht dargestellten Kathodenstrahlröhre Ablenksignale
X+,X-, Y+ und Y-.
Die Amplitude des am Ausgang eines Photovervielfachers abgegriffenen Signals für die Bildung der
Ablenksignale ist von der vom erwähnten Photovervielfacher eingenommenen Lage in der Konfiguration
abhängig.
Dieser Kamera ist eine Anordnung zum Kalibrieren hinzugefügt. In dieser Anordnung wird eine optische
Einrichtung zur Bildung eines einheitlichen Normlichtsignals für alle Photovervielfacher verwendet. Die
erwähnte optische Einrichtung enthält ein Bündel 7 aus vierundzwanzig identischen optischen Fasern f\, /2 bis
/"23, /24 (die sich aus einer einzigen Hauptfaser abzweigen), deren Enden, wie in Fig. 2 angedeutet, in
vierundzwanzig Positionen angeordnet sind, die jeweils zwischen drei Photovervielfachern der Konfiguration
liegen. Das Ende jeder Fasern liegt am Lichtleiter 4. Die vierundzwanzig Fasern werden durch eine elektrolumineszierende
Diode 8 beleuchtet, wobei dafür gesorgt ist, daß jede der Fasern eine gleiche Lichtmenge empfängt.
Das aus den Fasern heraustretende Licht passiert den Lichtleiter 4 und wird von einem Reflektor 21
zurückgestrahlt, der am Szintillationskristall angeordnet ist, um auf diese Weise die gleichmäßige Beleuchtung
der Photovervielfacher zu realisieren. Das auf diese Weise gebildete Normlichtsignal wird periodisch
erzeugt, um auf diese Weise die S' '= vankungen in den
Verstärkungsfaktoren der Photove,vi-lfacher auszugleichen.
Wenn d°r Szintillator von einem Kristall von NaI gebildet wird, dessen Szintillationslicht im violetten
Bereich des Spektrums liegt, ist auch das Normiichtsignal
ir, diesem Spektrumbereich auszuwählen. Dazu kann die Diode 8 ggf. mit einem Filter ausgerüstet
werden.
In Fig. 3 ist die Schaltung einer Verstärkeranordnung
CA ! dargestellt, die mit dem Piiotovervielfacher
Pl zusammenarbeitet. In Fig.4 sind die η Verstärkeranordnungen
CA 1 bis CAn nebeneinander dargestellt. Diese η Verstärkeranordnungen arbeiten mit π Photovervielfachern
zusammen, wobei die Anzahl η der Photovervielfacher nicht notwendigerweise 19 zu
betragen braucht.
Vom Ausgang des Photovervielfachers Pl liefert ein
Verstärker A 1 (F i g. 3) das verstärkte Signal S 1.
Das Signa! 51 wird in bezug auf seine Verstärkung
stabilisiert und wird dabei in ein Signal S\s umgewandelt, das dem erwähnten Rechennetzwerk zugeführt
wi.d, um auf diese Weise mit Hilfe entsprechender Signale S25 bis Sns die Ablenksignale X+, X-. Y+
und Y- zu bilden.
Dazu ist im Verstärkungsweg ein digitales Potentiometer angeordnet, das, wie in F i g. 3 gezeigt, von einem
Serienwiderstand R 1 und von k parallelgeschalteten Widerständen R 11 bis R \kgebildet wird. Die Funktion
dieses Potentiometers ist das Einstellen des Verstärkungswertes der Anordnung nach einem elektrischen
Signal in Form einer Binärkombination von k Bits, die eine Schaltung CDI liefert. Je nach dem Binärwert (»1«
oder »0«) der an den k Ausgängen der Schaltung CD 1 erscheinenden Signale werden Schalter CU bis CXk
geschaltet, wobei die Widerstände R 11 bis RXk über
die Schalter CIl bis C\k mit Masse verbrinden oder
davon getrennt werden.
Die Schaltung; CD 1 ist ein Zweirichtungszähler, der
immer mit einer einzigen Einheit vorwärts- oder rückwärtszählt, je nach der Polarität des empfangenen
Signals de, das von der Auswertungsbedingung ν und
dem Wert des Abschaltimpulses (Id-RO) bestimmt
wird. Die Bildung der erwähnten Bedingungen Kund des
Abschaltimpulses (Id-RO) wird nachstehend näher
erläutert.
Der Anfangsverstärkungswert in bezug auf eine Photovervielfacher-Verstärker-Kombination wird vom
Zustand bestimmt, in dem die Zählerschaltung CDI
steht. Die .Stabilisierungsschaltung erlaubt die Reduzierung
und/oder die Beibehaltung des momentanen Verstärkungsfaktors auf einen Wert, der zwischen einer
Untergrenze Il (V1-e) und einer Obergren/.e /S(1V1 +f)
eines schmalen Bereiches liegt, in dem auch der Anfangsverstärkungswert Vi liegt.
Damit alle Verstärkeranordnung CA 1 bis CAn den gleichen Verstärkungsfaktor aufweisen, ist es selbstver
siändlich erforderlich, den momentanen Verstärkungsfaktor
jeder Photovervielfacher-Verstärker-Kombination mit dem gleichen Normlichtsignal prüfen zu
können. Die erwähnte Prüfung ist Funktion des Normlichtsignals, durch das das Ansprechen der
elektiOlumineszierenden Diode 8 gebildet wird, die ein
Teil der Einrichtung ist. die anhand der ("ig. I und 2
beschrieben wurde. Zum Ansprechen der erwähnten DioiIij 8 liefert der in F i g. 4 dargestellte Generator Cl
Synchronimpulsc is-, diese Impulse is werden gleichfalls auf alle Verstärkeranordnungen CA I. CA 2. CAn
übertragen. Die Kalibrierung wird während des Kamerabetriebs periodisch geprüft, wobei die /wischen
zwei «Impulsen verlaufende Zeit kurz sein und einen Wert in der Größenordnung einer Sekunde haben kann.
Schließlich ist es unbedingt notwendig, jede Kalibrierung der Gammakamera zu vermeiden, wenn ein
Normlichtsignal mit einem Gammateilchen zusammenfällt, sogar mit einem gestreuten Gammateilchen. denn
dies würde die Kalibrierung fälschen.
Die in F i g. 3 dargestellte Schaltung CAX enthält
neben der erwähnten Zählerschaltung CDI und dem erwähnten Digitalpotentiometer weiter drei Komparatoren
CO. C/und CS. die das Signal SI empfangen: die
zweiten Eingänge dieser Komparatoren empfangen die betreffenden Signale V7O = O. ll=(V\-t) und
/S= (Vi +f). wobei V der Anfangsverstärkungswert ist.
Der Komparator CO arbeitet mit zwei bistabilen Elemen'en VI und V2 vom Verriegelungstyp zusammen,
die den Zustand der betreffenden Verstärkeranordnung beim Anfang und am Ende des Synchronimpulses
speichern. Das bistabile Element Vl wird auf der ansteigenden Flanke des Impulses entriegelt, während
das bistabile Element V2 bei fallender Flanke entriegelt wird (Umkehrverstärker I). Die Dauer des «-Impulses
wird kleiner als die Szintillationszeitkonstante des Szintillationskristall gewählt (die erwähnte Dauer
beträgt z. ß. ungefähr 250 nsec).
Wenn der Zustand, in dem sich die bistabilen Elemente Vl und V2 befinden.bedeutet.daß das Signal
Sl im Augenblick der Entriegelung der Elemente Vl. V2 gleich Null war, liefert das NOR-Gatter ρ 10 eine
Übertragungsbedingung v\ am UND-Gatter pv\. Zusammen mit den anderen Übertragungsbedingungen
des Gatters pv 1 werden die Bedingungen v2 bis vn berücksichtigt. Wie in F i g. 4 angedeutet, werden die
Bedingungen ν 2 bis vn von den Schaltungen CA 2 bis
eingeliefert.
Auf diese Weise ist es möglich, zu untersuchen, ob sich
die 11 Verstärkeranordnungen CA 1 bis CAn im
Niillzustand befinden und diesen Wert am Anfang und am Ende des Synchronimpulses is erhaltet), wodurch
gewährleistet ist, daß kein einziges Gammateilchen das Szintillationskristall gerade vor oder wahrend der
Kalibrierungsperiode erregt hat.
leder Komparator Cl bzw. CS arbeitet mit je einem
bistabilen Element Wbzw. VSzusammen. die gleichfalls
vom Vernegelungs- I yp sind. Uie zwei Elemente V/und
VS werden unter der Steuerung eines monostabilen Elementes A/1 entriegelt, das bei der ansteigenden
Flanke des Impulses weinen Synchronimpuls liefert. Ist
der momentane Verstärkungswert kleiner als Il (V, -t) oder größer als /S C V, +f). wird somit das Element Vl
bzw. das Element VS »hoch« gesteuert, so wird die Richtung, d. h. Vorwärts- oder Rückwärtszählen der
Zählerschaltung CDI (im dargestellten Beispiel erfolgt
dies über oas Element VS, das die Bedingung de liefert),
festgelegt. Das Exclusiv-ODER-Gatter pll, das sich am
Ausgang der bistabilen Elemente Vl und VS befindet, liefert die letzte Auswertungsbedingung des Gatters
pv 1; diese Schaltung vermeidet so jeden Zählvorgang der Zählerschaltung CD 1, wenn keines der bistabilen
Elemente Vl und VS »hoch« gesteuert worden ist. d. h. wenn die Verstärkung richtig ist.
Die Steuerung des Vorwärts- oder Rückwärtszählens der Zählerschaltung CDI, wenn eines der zwei
bistabilen Elemente Vl oder VS »hoch« gesteuert ist. erfolgt also als Funktion der Bedingungen ν und de. Der
Impuls (Id-RO) bildet den Schaltimpuls für die Zählerschaltung CDI. Der Impuls (Id-RQ) wird vom
monostabilen Element Ml bei fallender Flanke des /s-lmpulses geliefert. Der erwähnte Impuls (Id-RO)
wird zur Nullrückstellung der vier bistabilen Elemente Vl. V2. V/und VSverwendet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Gammakamera mit einem Szintillationskristall, einem Lichtleiter, mehreren Photovervielfachern
und mit einem Generator zum Steuern einer im gleichen Spektralbereich wie der erregte Szintillationskristall
emittierenden Lichtquelle zum Zuführen eines impulsförmigen Normlichtsignals zu den
Photovervielfachern, wobei für jeden Photoverviel- ι ο fächer ein daran angeschlossener Verstärker und
eine von dem Generator über ein Gatter gesteuerte Anordnung zur Stabilisierung des Ausgangssignals
des Verstärkers vorgesehen sind und jede Anordnung eine Komparatorschaltung umfaßt, die mit dem
Ausgang des Verstärkers verbunden ist und deren Ausgänge anzeigen, ob das Ausgangssignal über
oder unter einem vorgebbaren Sollwertbereich liegt, wobei die Ausgänge mit Steuerelementen verbunden
sind, mit denen der Verstärkungsfaktor des Verstärkers zur Stabilisierung des Ausgangssignals
des Verstärkers steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) Impulse liefert,
deren Dauer kleiner ist als die Szintillationszeitkonstante des Szintillationskristalls (2) und daß jede
Anordnung weiter eine Sperr-Schaltung mit einem Komparator (CO) und zwei bistabile Elemente (VX,
V2) aufweist, wobei ein erster Eingang des !Comparators (CO) mit dem Ausgang des Verstärkers
(AX) verbunden ist, ein zweiter Eingang des !Comparators auf Null-Potential liegt und der
Ausgang de· Comparators mit je einem Eingang beider bistabilen Elemente (VX, V2) verbunden ist,
von denen das eine am Anfang und das andere am Ende der Impulse (is) aktiv.-ert verden und über das
Gatter (pv\) die Steuerelemente (ClI, RXX bis CXk, R 1 Ar,/sperren, wenn am Anfang oder am Ende
der Impulse das Ausgangssignal des Verstärkers (A X) einen von Null verschiedenen Wert aufweist.
2. Gammakamera nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Komparatorschaltung
(CI, CS) je mit einem bistabilen Element (Vl, VS) verbunden sind, wobei die Ausgänge diesebistabilen
Elemente mit einem Exclusiv-Oder-Gatter (p 11) verknüpft sind, daß die Ausgänge der beiden
bistabilen Elemente (VX, V2) der Sperrschaltung
mit einem Nicht-Oder-Gatter (p 10) verbunden sind und die Ausgänge beider Oder-Gatter (p 10, pll)
über das Gatter (pvX) auf die Steuerelemente einwirken.
3. Gammakamera nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Gatter ein Und-Gatter ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingänge des Gatters (pvX) jeder Anordnung mit den Eingängen des entsprechenden
Gatters jeder der weiteren Anordnungen verknüpft sind(F ig. 4).
4. Gammakamera nach Anspruch 3, bei der die Lichtquelle eine Elektrolumineszenz-Lichtquelle ist
und über einen langgestreckten Lichtleiter optisch an den Lichtleiter zwischen dem Szintillationskristall
und den PhotQYerYielfachern angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte
Lichtleiter von mehreren Lichtleiterfasern (f\ bis /"24) gebildet wird, wobei die Enden dieser
Lichtleiterfasern an den Lichtleiter (4) anschließend und zwischen den Photovervielfachern (P 1 bis P19)
angeordnet sind.
5. Gammakamera nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerelementen jeder Anordnung ein Zweirichtungszähler (CDX)
vorgeschaltet ist, dessen Ausgänge Schalter (C 11 bis
C Xk) zum Ein- oder Ausschalten von Widerständen (R XX bis R 1 Ansteuern, die den Verstärkungsfaktor
des Verstärkers (A 1) bestimmen.
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