DE2548843A1

DE2548843A1 - Scintillationskamera

Info

Publication number: DE2548843A1
Application number: DE19752548843
Authority: DE
Inventors: Roger Edward Arseneau
Original assignee: GD Searle LLC
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-27
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1976-08-12
Also published as: FR2292986A1; US3984689A; JPS6140581A; JPS5182690A; DE2548843C2; NL7513809A; CA1053386A; JPS623386B2; JPS6055781B2; GB1536126A; HU172420B

Description

PATENTANV/ALT
DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS 2548 8 43

8 MÖNCHEN 71, den 31. Okt. 1975

Melchiorstraße 42

G. D. Searle & Co. P.O. Box 5110 Chicago, Illinois 60680

USA

Eig. Z. : SR14P-1344

Scintillationskamera

Die Erfindung betrifft eine Scintillationskamera mit einem Feld von Fotodetektoren, die überlappende Bereiche des Scintillationskristalls erfassen und in Abhängigkeit von auf den Scintillationskristall auftreffenden Strahlungsquanten elektrische Impulse erzeugen, und mit einer Positionsberechnungsschaltung zur Verarbeitung der elektrischen Impulse, um die relative Position des vom Scintillationskristall innerhalb eines interessierenden Energiebereiches liegenden Strahlungsquantes festzustellen, wobei die Positionsberechnungsschaltung elektrische Einrichtungen aufweist, mit welchen die eigentliche maximale Annahmerate der zu verarbeitenden Impulse festgelegt wird.

Eine derartige Scintillationskamera ist vorwiegend im medizinischen Bereich für die klinische Diagnose biologischer Unregelmäßigkeiten im Einsatz. Tumore, Verletzungen sowie Knotenbildungen und Gerinnsel können damit in vielen Teilen des Körpers eines Patienten einfach lokalisiert und studiert werden. Die Wirkungsweise und der Einsatz einer Scintillationskamera für diesen Zweck ist durch das US-PS 3 011 057 bekannt. Die Vit-

Fs/niü Wendung

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wendung der Scintillationskamera hat sich sehr stark ausgebreitet, wobei zunehmend neue Anwendungsgebiete erschlossen wurden.

Bisher sind jedoch bestimmte Beschränkungen in Verbindung mit der Verwendung von Scintillationskameras noch vorhanden. Die Scintillationskamera verwendet ein Feld von Fotodetektoren, die überlappende Bereiche des Scintillationskristalls erfassen, der üblicherweise aus thallium-aktiviertem Jod-Natrium besteht. Die Fotodetektoren erzeugen elektrische Impulse in Abhängigkeit von diskreten Strahlungsquanten, welche auf den Scintillations kristall auftreffen. Diese Impulse werden mit Hilfe einer Positionsberechnungsschaltung weiterverarbeiten die die relative Lage der durch den Kristall festgestellten Strahlungsquanten registriert, wenn die Strahlung innerhalb eines spezifischen interessierenden Energiebereiches liegt. Diese Positionsberechnungsschaltung ist derart aufgebaut, daß die von den verschiedenen radioaktiven Ereignissen abgeleiteten Impulse notwendigerweise in einer Folge verarbeitet werden. Das heißt, für die Verarbeitung können jeweils nur Impulse von nur einem einzigen Strahlungsquant zu einem gegebenen Augenblick angenommen werden. Da jedoch die Verarbeitung der Impulse eine bestimmte Zeitdauer in Anspruch nimmt, gehen alle während dieser Zeitdauer erzeugten neuen Impulse verloren, da sie von der Positionsberechnungsschaltung nicht akzeptiert werden. Damit geht auch ein Teil der radioaktiven Ereignisse für die Auswertung unwiederbringlich verloren. In vielen Fällen wurde für diesen Verlust eine Kompensation dadurch geschaffen, daß die Zeitdauer des klinischen Studiums verlängert wurde. Der Informationsverlust steigt jedoch als Prozentsatz der gesamten empfangenen Strahlung, wobei der Anstieg mit dem Verhältnis erfolgt, mit welchem die Strahlenquanten von dem Scintillationskristall ermittelt werden, d. h. der prozentuale Informationsverlust steigt mit dem Grad der Radioaktivität an. Bei Zählverhältnissen von etwa 100 000 Zählungen pro Sekunde kommen herkömmliche Kamerasysteme in den Sättigungsbereich und hören auf, einwandfrei zu arbeiten. Das begrenzte Zeitintervall, während welchem die Positionsberechnungsschaltung für die

- 2 - Verar-

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Verarbeitung von weiteren Impulsen von neuen radioaktiven Ereignissen nicht zur Verfügung steht, wird als "Totzeit" bezeichnet. Diese Totzeit ist für alle festgestellten radioaktiven Ereignisse bei herkömmlichen kommerziellen Scintillationskameras die gleiche und liegt in der Größenordnung von etwa 2, 5 Mikrosekunden pro festgestelltem Ereignis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Mittel diese Totzeit merklich zu verringern.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Scintillationskamera wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Einrichtungen vorhanden sind, mit welchen die eigentliche maximale Annahmerate der zu verarbeitenden Impulse vergrößert wird.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß Impulse, welche möglicherweise nicht verarbeitet werden können, vorzeitig aus dem Verarbeitungsprozeß ausgeschaltet werden. Dies erfolgt mit vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtungen, die in einem verhältnismäßig frühen Verarbeitungszustand diejenigen Pulse ausscheiden, die für die Auflistung und die Auswertung nicht in Frage kommen. Durch das Verringern der Totzeit bezüglich der nicht auswertbaren Impulse läßt sich die maximale Annahmerate der zu verarbeitenden Impulse für eine Scintillationskamera vergrößern.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Anstieg der Radioaktivitätsrate aufgrund der statistischen Variation der Anzahl der durch den Scintillationskristall festgestellten Strahlungsquanten erzielt. Diese Verbesserung läßt sich ohne Verlust an Empfindlichkeit erreichen, indem eine Vielzahl von Pufferspeicherstufen für die elektrischen Impulse vorgesehen wird, die in Abhängigkeit von der festgestellten Strahlung erzeugt werden. Die Positionsberechnungsschaltung paßt die statistische

- 3 - Fluktuation

BQ9823/0tr^9 £ Vt

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Fluktuation der für die Verarbeitung empfangenen Impulsrate bzw. Impulsfolge an die gegebenen Verhältnisse an, selbst wenn das normale Strahlungsniveau die eigentliche maximale Annahmerate für die zu verarbeitenden Impulse erreicht hat.

Für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sind ferner Einrichtungen vorgesehen, um in der Positionsbestimmungsschaltung die Impulse festzustellen und abzugeben, welche in Abhängigkeit von verschiedenen Strahlungsquanten ermittelt werden. Die Abgabe der Impulse erfolgt in einem frühen Zustand der Impulsverarbeitung, um die Totzeit in den Schaltungsteilen zu verringern, für welche die gleichzeitige Existenz solcher elektrischer Impulse von Bedeutung ist. Di se gleichzeitige Existenz wird auch als das Sammeln von Impulsen bezeichnet. Ein derartiges Sammeln eines Impulses erfolgt, wenn der zweite Impuls auftritt, bevor die Rückflanke des ersten Impulses abgeklungen ist. Der zweite Impuls tritt während der Integrations zeit des ersten Impulses auf.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll auch eine Beeinträchtigung des Pulses bei hohem Radioaktivitätsniveau verhindert werden, welche aufgrund einer Basislinienverschiebung kapazitiv angekoppelter Schaltungsteile erfolgt, indem eine Gleichstromkopplung durch alle Schaltungen vorgesehen ist. Die Impulsbeeinträchtigung wird minimalisiert durch die Gleichstromkopplung der Fototdetektorverstärker, indem die Anoden der Fotodetektoren auf Massepotential gelegt werden und die Fotokathode an eine negative hohe Spannungsquelle angeschlossen wird. Die direkte Kopplung der Anoden an die Verstärker verhindert das Aufbauen einer Basislinienspannung, insbesondere wenn eine große Anzahl von Impulsen verarbeitet wird. Eine solche Basislinienspannung resultiert in einer Verschiebung der Impulse während der Impulsformgebung und der Integration, wodurch die Genauigkeit der interessierenden Impulse beeinträchtigt wird. Durch die Maßnahmen der Erfindung wird die Impuls-

- 4 - amplituden -

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amplitudenbeeinträchtigung verringert und eine größere Anzahl interessierender Impulse sowie eine größere Anzahl von Streuimpulsen verarbeitet und registriert.

Ferner läßt sich durch die Maßnahmen der Erfindung der interessierende Energiebereich weiter verbessern, indem eine automatische Amplitudenspitzenabstimmung der Diskriminatorniveaus der Scintillationskamera vorgesehen ist. Die interessierende Impulsenergiespitze kann dadurch besser auf die Mitte des Impulsenergiefensters abgestimmt werden. Die Abstimmung der Fensterbreite erfolgt in gleichen Teilen auf jeder Seite des Mittelbereiches .und nicht in einer Richtung von einer Basislinie des Diskriminatorniveaus aus.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Scintillationskamera, bei der

die Erfindung Verwendung findet;

Fig. 2A ein Prinzipschaltbild elektrischer Komponenten für die Durchführung der Erfindung;

Fig. 2B eine Fortführung der Schaltung gemäß Fig. 2A im Anschluß an die rechte Seite;

Fig. 2C eine weitere Fortführung der Schaltung gemäß Fig. 2B in Fortführung der rechten Seite;

Fig. 3A ein Schaltbild eines Hochspannungsanschlussea an einen Fotodetektor in herkömmlicher Weise

- 5 - Fig. 3B

β u y y y ~^x> /.ο β ι s

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Fig. 3B ein Schaltbild eines Hochspannungs anschluss es an einen Fotodetektor nach der Erfindung und insbesondere an einen Fotodetektor PM gemäß Fig. 2A,

Fig. 4A die Aus gangs spannung am Punkt C der Schaltung gemäß Fig. 3A; Fig. 4B die Ausgangsschaltung am Punkt C gemäß Fig. 3B;

Fig. 5 ein Diagramm, anhand dessen der vorläufige Differenz-Diskriminator gemäß der Erfindung erläutert wird;

Fig. 5A eine Vielzahl von Energiebändern, zwischen welchen Impulse abgewiesen werden aufgrund einer modifizierten vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtung;

Fig. 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Sammelschaltung gemäß Fig. 2B;

Fig. 6A den Verlauf der Integrationsspannung bei bekannten Systemen im Vergleich mit dem bei der Erfindung;

Fig. 7 ein Schaltbild eines Analysators gemäß Fig. 2B.

- 6 - In Fig.

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In Fig. 1 ist eine Scintillationskamera dargestellt, welche aus einem Detektorteil 10 und einem Apparateteil 60 besteht. Der Detektorteil 10 umfaßt einen senkrecht stehenden Ständer 71 mit einer daran befestigten Gabelhalterung 72, die einen Detektorkopf 50 trägt. Ein Kollimator 75 ist typischerweise an der Stirnfläche des Detektorkopfes 50, wie in dor Zeichnung dargestellt, montiert. Der Detektorkopf 50 ist mit dem Apparateteil 60 über einen Kabelbaum bzw. ein Mehrfachkabel 47 verbunden. Im Apparateteil 60 sind zwei Kathodenstrahloscillographen 70, eine Überwachungstafel 11, eine Anzeigetafel 12 sowie Positionsberechnungsschaltungen angeordnet, wie sie in den Fig. 2A, 2B und 2C dargestellt sind. Die Photodetektoren, die Vorverstärkerschaltungen und die Schwellwertschaltungen gemäß Fig. 2A sowie die Orientierungsschaltcr gemäß Fig. 2C sind im Detektorkopf 50 gemäß Fig. 1 angeordnet. Die übrigen Schaltungsteile der Fig. 2A, 2B und 2C sind in dem Apparateteil 60 untergebracht.

Es können unterschiedliche Konfigurationen für die Photozellen verwendet werden, jedoch ist die zweckmäßigste und am meisten bevorzugte Anordnung derart, daß die Fotozellen PM-I, PM-2, PM-3 usw. in einer dicht gepackten und hexagonalen Feldanordnung im Detektorkopf 50 untergebracht sind. Typischerweise umfaßt ein Detektorkopf 50 etwa 19 bis Fotozellen. Aus diesem Grund würde eine mit PM-N bezeichnete Fotozelle entweder die Fotozelle PM-19 oder PM-37 sein. Der Einfachheit haibor wird nur die Schaltung beschrieben, welche den ersten drei in Fig. 2A dargestellten Fotozellen zugeordnet ist. Auch die Schaltung für die Stromversorgung der Fotozellen ist in Fig. 2A nicht dargestellt. Dagegen geht aus Fig. 3B die Stromversorgungsanordnung für eine einzige Fotozelle hervor.

In Fig. 3A ist eine herkömmliche Stromversorgungsanordnung dargestellt, bei der eine Hochspannungsquelle HV von etwa 1300 V bis etwa 1500 V

- 7 - zwischen

B U 9 8 2 3 / U ti 2 9

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zwischen eine Fotoanode 89 und eine Fotokathode 88 geschaltet ist. Die Hochspannungsquelle liegt auch an einer Dynodenstrecke bzw. einer Sekundäremissionskathodenstrecke, welche die Dynodenstufen Dl bis DlO umfaßt, denen Widerstände R91 bis RlOO zugeordnet sind. Ein Widerstand R65 liegt zwischen der Hochspannungsquelle und der Fotoanode 89. Bei dem bekannten System gemäß Fig. 3A ist die Fotokathode 28 mit Masse im Punkt B verbunden. Diese Anordnung führt jedoch zu einer Basislinienvorspannung. Gemäß Fig. 4A erreichen die verstärkten Impulse von der Fotoanode 89 im Punkt C eine Amplitude H und kehren zu der Basislinie zurück, jedoch nimmt mit einem ansteigenden Anteil der einfallenden Strahlung die Impulsfrequenz zu. Bei der vorliegenden Erfindunaliegt die Fotoanode 89 an Masse, d. k. der Punkt A ist mit Masse verbunden, wogegen die Fotokathode 88 an der negativen Klemme der Hochspannungsversorgung liegt. Bei einer solchen Anordnung wird die Notwendigkeit für den Kondensator C81 gemäß Fig. 3A eliminiert, womit auch die Basislinienvorspannung entfällt, die bei einer hohen Zählgeschwindigkeit gemäß Fig. 4A auftritt, bei der für eine Entladung des Kondensators C81 über den Widerstand R62 nicht genügend Zeit zur Verfügung steht. Dadurch arbeitet der Verstärker Al mit einer zusätzlichen positiven Komponente bzw. der Basislinienvorspannung, so daß die in Abhängigkeit von der festgestellten Strahlung erzeugten negativen Impulse im Punkt C nicht mehr die Amplitudenspitzen H, sondern vielmehr nur eine Amplitudenspitze H^J verursachen. Diese Beeinträchtigung der Amplitude wird fortgeführt und in der Summierungsstufe durch die integrierten Verstärker A4 bis A8 weiter vergrößert. Überdies wird das Hintergrundgeräusch bzw. andere Rauscheinflüsse, z. B. durch die Welligkeit der Stromversorgung, auf das Fotovervielfachersystem, bezogen auf den Massepunkt B, übertragen und mit den Signalimpulsen infolge der engen Ankopplung der Stromversorgung an den Verstärkereingang mit verstärkt. Dies entfällt jedoch bei der vorliegenden Erfindung.

- 8 - Bei

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Bei der Anordnung gemäß Fig. 3B, bei der der anodenseitige Punkt A an Masse liegt,ergeben sich im Punkt C gemäß Fig. 4B Spannungsspitzen gleicher Amplitude H bei hohen Zählgeschwindigkeiten. Bei dieser Ausführung gemäß Fig. 3B baut sich im Verstärker Al keine Impuls amplitude aufgrund einer verschobenen Basislinie auf. Das heißt, Signale mit einer gegebenen Amplitudenenergie können keinen Spannungsaufbau wie in Fig. 4 A auslösen, vielmehr behalten die Impulse eine Spannungsspitze mit der Amplitude H entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 4B. Auch werden Rauschsignale, bezogen auf das Massepotential im Punkt A nicht durch die Dynodenstufen verstärkt, vielmehr werden diese Rauschsignale über das System ohne Verstärkung im Fotodetektor weitergeleitet.

Aus Fig. 2A kann man entnehmen, daß die Ausgänge der Vorverstärker Al mit einer Positionsmatrix aus einer Vielzahl von Widerständen verbunden sind. Ferner sind die Ausgänge der Vorverstärker Al jeweils an eine Schwellwertschaltung bzw. einen nicht linearen Verstärker angeschlossen, welcher mit A2 bezeichnet ist. Das Ausgangssignal der Fotozelle PM-I wird in einem zweidimensionalen geradlinigen Koordinatensystem mit Hilfe von Widerständen RH bis R14 sowie dem Widerstand R15 gewichtet. In entsprechender Weise wird das Ausgangssignal der Fotozelle PM-2 über die Widerstände R21 bis R23 und das Ausgangssignal der Fotozelle PM-3 unter Verwendung der Matrixwiderstände R31 bis R35 gewichtet. Diese Matrixwiderstände liefern Positionssignale in einer in dem US-PS 3 011 057 beschriebenen Weise, jedoch werden diese Positionssignale nach der Matrix und nicht nach den Vorverstärkern Al integriert. Die Schwellwertverstärker A2 ziehen jeweils eine notwendige Schwellwertspannung von dem Ausgangssignal der zugeordneten Fotoelektronen-Vervielfacherröhre ab. Diese Schwellwertspannung wird mit Hilfe eines verstellbaren Abgriffes am Widerstand R48 festgelegt. Ein Verstärker A23 mit einem Widerstand R46 in der Rückkopplungsschleife liefert die Schwellvorspannung für die Schwellwertverstärker A2.

- 9 - Während

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Während die von den Schwellwertverstärkern A2 abgeleiteten Ausgangssignale für die tatsächliche Auslenkung des Elektronenstrahls auf der Kathodenbildröhre verwendet werden, liefern die Vorverstärker Al direkte Eingangssignale an eine Summiermatrix bzw. eine Summierleitung, welche mit Z bezeichnet ist und ein Signal ohne Beeinflussung durch einen Schwellwert liefert. Das Ausgangssignal dieser Summierleitung wird für mehrere Zwecke verwendet und wirkt mit der gesamten Impulsenergie, ohne daß davon ein Schwellwert abgezogen ist. Dies hat mehrere Vorteile. Zunächst wird dadurch ein Bezugssignal für den gesamten Energieausgang geschaffen, so daß die Abstimmung auf die Positionsinformation unabhängig von der tatsächlichen Impülsamplitude erhalten wird. Die Abstimmung auf die Schwellwertverstärker A2 mit Hilfe der am Widerstand R48 durch den Abgriff abgeleiteten Spannung hat keinen Einfluß auf die Abstimmung der Scintillationskamera, da die grundsätzliche Abstimmung auf der Basis der Z -Werte erfolgt. Damit ist es möglich, den prozentualen Wert des Z-Schwellwertes bzw. von Z zu verändern, um die Positionsgenauigkeit der Matrix ohne eine Verstimmung der Scintillationskamera zu verbessern. Auf diese Weise läßt sich die Linearität der Scintillationskamera sehr leicht beibehalten.

Von den Matrixwiderständen werden Spannungen neben der Einspeisung in die Summierleitung Z und die Summierleitung Z auch auf die Vorspannungsleitung und die -x, +x, -y, +y-Leitungen gegeben. Die Vorspannungsleitungen halten das Vorspannungsniveau bei und liefern die Arbeitspunkteinstellung für die Schwellwertausgangssignale der Vorverstärkereinrichtungen einer Spannungsquelle, welche über Widerstände R19 und R20 und Verstärker A3, A4, A5, A6, A7 und A8 wirksam ist, wobei diese Verstärker jeweils eine Rückkopplungsschleife über die Widerstände R18, R16, R17, R24, R25 und R36 aufweisen.

Die Informationen von den Matrixwiderständen werden an eine Vielzahl von Stufen eines Pufferspeichers übertragen, um elektrische Impulse in Ab _

- JO - hängigkeit

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hängigkeit von der festgestellten Strahlung zu erzeugen. Auf diese Weise werden statistisch verteilte Fluktuationen bezüglich der Geschwindigkeit, mit welcher Impulse für die Weiterverarbeitung empfangen werden, durch die Positionsberechnungsschaltung ausgeglichen. Auf dem Weg zu den Stufen des Pufferspeichers passieren die von den Matrixwiderständen ausgehenden elektrischen Impulse eine Serie von Summierverstärkern A4 bis A8 mit jeweils zugeordneten Rückkopplungskondensatoren R16, Rl7, R24, R25 und F 36. Diese Summierverstärker konsolidieren die Positions information. Der Summierverstärker A4 summiert die +y-Impulse, der Summierverstärker A5 summiert die -y-Impulse, der Summierverstärker A6 summiert die +y-Impulse und der Summierverstärker A7 summiert die -x-Impulse. Der Summierverstärker A8 summiert die Z-Schwellwerte. Die +y und -y-Aus gangs signale der Verstärker A4 und A5 werden in einem Verstärker A9 summiert, wogegen die +x und -x-Ausgangs signale der Verstärker A6 und A7 in einem Verstärker AlO summiert werden. Die Signale für das Vorspannungsniveau sowie die Z -Signale werden im Verstärker All summiert.

Die Vorspannung, welche durch die Schaltung mit dem Verstärker A3 aufgebaut wird, ist so ausgelegt, daß überschüssiger Strom aufgenommen werden kann. Die Schwellwertschaltung mit den Verstärkern A23 und A2 ist in der Tat eine Spannungsquelle. Unabhängig von der Position eines Strahlungsquantes wird in der Widerstandsmatrix nach dem Empfang eines jeden elektrischen Impulses, der den Schwellwert übersteigt, eine identische Strommenge erzeugt, wobei die Strommenge, welche für die Z , -x, +x, -y und +y-Schaltkreise nicht benötigt wird, über den Vorspannungswiderstand R20 abgeleitet werden kann. Dieser Widerstand R20 ist derart ausgewählt, daß eine Gesamtimpedanz von etwa 500 Ohm am Ausgang der Schwellwert-Verstärkerschaltung wirksam ist. Das heißt, die Summe aller Widerstände am Ausgang jedes der Schwellwertbeeinflussung unterworfenen Vorverstärkerteils addiert sich in Parallelschaltung auf etwa 500 Ohm. Dadurch wird bewirkt, daß der Ausgang des Vorverstärkerteils

r. 11 - als

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als Spannungsquelle und nicht als Stromquelle in Erscheinung tritt. Damit ist es auch möglich, mit Hilfe der Matrixwiderstände RIl, Rl2 usw. den Stromanteil zu bestimmen, der über jeden dieser Widerstände fließt.

Wie bereits bemerkt, werden hinter den Summierstufen die +y und -y-Ausgangssignale und die +x und -x-Ausgangssignale mit Hilfe der Verstärker A9 und AlO zusammengeführt. Am Ausgang des Verstärkers A9 entsteht ein bipolares y-Signal, wogegen am Ausgang des Verstärkers AlO ein entsprechendes bipolares x-Signal zur Verfügung steht. Am Ausgang des Verstärkers All steht das Z-Signal zur Verfügung. Die Verstärker A9, AlO und All beseitigen aufgrund der Gleichtaktunterdrückung ihre Vorspannung am Eingang infolge der Widerstände Rl 9 und R20. Die Ausgangssignale der Verstärker A9, AlO und All werden zu der ersten Stufe des Pufferspeichers übertragen. Diese erste Stufe des Pufferspeichers hat die Form einer Integrations schaltung, um die von den Fotodetektoren gelieferten Impulse zu integrieren. Die Integrations schaltung für die y-Impulse umfaßt einen Verstärker Al2, zu dem ein Kondensator C2 parallelgeschaltet ist. Entsprechend enthält die Integrations schaltung für die x-Impulse einen Verstärker A13 und einen Kondensator C3 und die Integrationsschaltung für die Z-Impulse einen Verstärker A14 und einen Kondensator C4. Zur Rückstellung der Integratoren sind Schalter S4, S5 und S6 vorgesehen, mit denen die Rückstellung der Integrations schaltung zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Feststellung des zugeordneten Strahlungsquantes durch den Scintillationskristall erfolgt. Ferner sind eingangs seitig Schalter Sl , S2, S3 vorgesehen, um die Integrationsschaltungen von den Fotodetektoren abzuschalten, während die Integrationsschaltungen der ersten Stufe des Pufferspeichers mit Signalen belegt sind.

Eine zweite Stufe des Pufferspeichers umfaßt Abtast- und Festhalteschaltungen Bl, B2, B3, die an die Ausgänge der Integrations schaltungen angeschlossen sind. Diese Abtast- und Festhalteschaltungen sind mit ge-

- 12 - takteten

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takteten Gattereinrichtungen versehen und werden von den Verstärkern A12 A13 und A14 mit den integrierten Signalen vor der Betätigung der Rückstellschalter S4, S5 und S6 beaufschlagt. Die Schaltungen Bl, B2 und B3 halten die von den Integrationsschaltungen empfangenen Signale für eine bestimmte Zeitdauer fest, die ausreichend lang ist, um mit Hilfe der Positionsborechnungsschaltungen die endgültigen Werte festlegen zu können. Diese Positionsberechnungsschaltungen errechnen das Verhältnis von Y/Z und Χ/Ζ , wobei die Eingangssignale über Widerstände R26 und R27 von den Schaltungen Bl, B2 und B3 empfangen werden, um entsprechende Positionssignale zu erzeugen. Die Positionsberechnungsschaltung für die Bestimmung des Verhältnisses Y/ Z umfaßt eine Multiplikation schaltung 17, die in dem Rückkopplungszweig eines Verstärkers A15 angeordnet ist. Die Positionsberechnungsschaltung für die Bestimmung des Verhältnisses X/Z. umfaßt eine Multiplikationsschaltung 18, welche in der Rückkopplungsstrecke des Verstärkers Al 6 liegt. Die Ausgangs signale der Positionsberechnungsschaltungen werden einer dritten Pufferstufe zugeführt, welche aus Speicherschaltungen B4 und B5 besteht. Diese Speicherschaltungen B4 und B5 aktivieren nach dem Empfang der Positionssignale Registrationsvorrichtungen, mit welchen die relative Lage des von der Scintillationskamera festgestellten Strahlungsquantes graphisch festgehalten werden kann. Diese Positionsregistrierungseinrichtungen können iypischerweise die Form eines Kathodenstrahloscillographen 70 aufweisen, dessen Bildscheibe den Scintillationskristall des Detektorkopfes 10 repräsentiert.

Mit Hilfe der Schalter Sl, S2 und S3 der ersten Pufferstufe können die Integrationsschaltungen von den Fotodetektoren des Detektorkopfes 50 von dem Augenblick an abgeschaltet werden, zu welchem eine einzige Scintillation im Kristall festgestellt wird, wobei die Abschaltung für die Zeit der Verarbeitung des daraus resultierenden Impulses aufrechterhalten bleibt. Wenn eine weitere Scintillation auftritt, während die Information

-13 - von

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von der vorhergehenden Scintillation in der Integrationsschaltung noch verarbeitet wird, erfolgt durch dieses zweite Ereignis keine Änderung der Werte in den Integrations schaltungen. Dies würde jedoch trotz der Sammelschaltung 15 für die Impulse der Fall sein, wenn die Impulse durch ein solches Zeitintervall voneinander getrennt sind, daß sie die Sammelschaltung 15 nicht betätigen würden, jedoch auf der anderen Seite genügend kurzzeitig aufeinanderfolgen würden, um die Ladung in den Integrations schaltungen zu ändern. Ein Beispiel für die Veränderung, wie sie sich bei einer herkömmlichen Integrationsschaltung aus einem RC-Netzwerk einstellen würde, ist in Fig. 6A angedeutet. Eine Ladung 114 in einer der Integrations stufen der ersten Pufferstufe beginnt sich zum Zeitpunkt Null aufzubauen. Nach einem Zeitintervall T ist die Ladung unter ein Niveau PDT abgesunken, so daß ein zweiter Impuls durch die Sammelschaltung 15 nicht mehr zurückgewiesen wird. Jedoch unmittelbar darauf beginnt der zweite Impuls eine Ladung in der konventionellen Integrations schaltung aufzubauen. Dieser Aufbau erfolgt entsprechend der mit 115 gekennzeichneten Kurve bei einer konventionellen Integrationsschaltung. Diese Kurve ist von der Kurve 115' verschieden, welche sich einstellen würde, wenn die auslaufende Rückflanke des vom ersten Impuls ausgelösten Ladungsaufbaus nach der Kurve 114 nicht vorhanden wäre. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Integrations schaltung vom Fotodetektor abgeschaltet, so daß die Ladung nach dem Kurvenverlauf 117 des zweiten Impulses nicht aufgebaut werden kann, bevor nicht einer der Schalter Sl, S2 oder S3 die Integrationsschaltung mit dem Fotodetektor verbindet. Dies tritt jedoch zum Zeitpunkt Tl ein, d.h. zu einem Zeitpunkt, zu welchem die in der Integrationsschaltung zuvor wirksame Ladung abgebaut ist, so daß sich kein Einfluß auf den zweiten Ladungsaufbau nach dem Kurvenverlauf 117 durch die zuvor wirksame Ladung nach dem Kurvenverlauf 116 ergibt. Bei RC-Integrationsschaltungen, wie sie konventionell für Scintillationskamerasiverwendet werden, sind diese Integrationsschaltungen von den Fotodetektoren nicht abschaltbar,

-14- so daß sich

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so daß sich Ladungsänderungen in den Integrationsschaltungen ergeben aufgrund nachfolgender Impulse. Die Schalter S4, S5 und S6 bewirken einen weiteren Vorteil für die Integrations schaltungen, da sie gegenüber konventionellen RC-Integrations schaltungen die einzelne Integrations schaltung schneller für den Empfang neuer Impulse bereit machen. Bei RC-Integrationsschaltungen muß die Entladezeit verhältnismäßig groß sein, so daß die Impulse während der für die Analyse benötigten Zeit keine zu große Änderung erfahren. Daraus resultiert eine vergrößerte Totzeit beim Betrieb des Systems.

Für konventionelle Scintillationskameras würde, falls die Integration in den Vorverstärkern des Detektorkopfes 50 erfolgen soll, die Verwendung eines Schalters pro Vorverstärker notwendig werden, was als unzweckmäßig und unpraktisch angesehen wird. Durch die Verarbeitung der Stromsignale in einer Matrix und die anschließende Integration läßt sich die Anzahl der Integrations schaltungen wesentlich verringern, womit auch eine wesentlich geringere Anzahl von Schaltern S4, S5 und S6 benötigt wird. Das Aus gangs signal von der Matrix und den Integrations schaltungen ist in beiden Fällen das gleiche, da die Signalsumme (£( J*fx + J"fx_?) ), welche in einem System mit integrierenden Vorverstärkern erzeugt wird, gleich der Signalsumme (fe (fx₁ + fχ ) ), welche mit der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.

Die von den Verstärkern A9, AlO und All erzeugten Signale werden über die Schalter Sl, S2, S3 an die zugeordneten Integrations schaltungen angelegt. Dabeiifließt ein Strom in die Verstärker A12, Al3 und A14. Diese Verstärker erzeugen eine Schwingungsform und halten diese flach, so daß sie nötigenfalls analysiert werden kann. Zusätzlich dazu betätigen die Schalter Sl, S2 und S3 den Zeitmechanismus für die Rückstellung der Schalter S4, S5 und S6. Nach dem Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls nach der Feststellung des zugeordneten Strahlungsquants durch den

-15- Scintillations-

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Scintillationskristall erfolgt über die Schalter S4, S5 und S6 die Entladung der KondensatorenC2, C3 und C4, womit das Signalniveau der zugeordneten Integrationsschaltung auf Null zurückgebracht wird. Eine äquivalente Integrationsschaltung mit einem Schalter wird in Verbindung mit einem Analysator 21 betrieben. Dabei wird ein Schalter Sl 6 am Eingang des Integrationsverstärkers A26 geöffnet, der parallel zum Integrationskondensator C8 liegt. Nach einem festgelegten Zeitintervall wird über den Rückstellschalter S7, der über den Schalter S16 betätigt wird, der Kondensator C8 entladen und auf das Ladungsniveau Null zurückgebracht. Dieser Integrationsverstärker arbeitet aufgrund des ohne Berücksichtigung des Schwellwertes gemessenen Wertes des Z-Impulses. Der Schalter S16 steuert auch den Betrieb der Schalter Sl, S2 und S3.

Die Entscheidung, ob ein Signal von den Integrationsschaltungen zu den Pufferstufen Bl, B2 und B3 übertragen wird, gibt der Analysator 21. Dieser Analysator 21 wird mit dem integrierten Wert Z des nicht vom Schwellwert beeinflußten Z-Signals über den Integrations verstärker 26 beaufschlagt und stellt fest, ob dieser Wert Z innerhalb des Energiefensters liegt, welches vom Benutzer als akzeptierbar festgelegt wurde. Wenn der Wert Z im annehmbaren Bereich liegt, betätigt der Analysator eine Steuerschaltung 16, welche ihrerseits über Gatter die Proben- und Festhalteschaltungen Bl, B2 und B3 anschließt. Wenn von dem Analysator 21 kein Aktivierungssignal empfangen wird, bleiben die Gatter der Schaltungen Bl, B2 und B3 geschlossen, d. h. eine Signalübertragung findet nicht statt, und über die Schalter S4, S5 und S6 wird die in den Integrationsschaltungen befindliche Information bezüglich der y, x, und Z -Impulse gelöscht. Wenn vom Analysator 21 ein Aktivierungssignal empfangen wird, werden entsprechend die y, χ und Z Signale in die Schaltungen Bl, B2 und B3 der zweiten Speicherstufe eingespeist. In diesem Fall werden über die Schalter S4, S5 und S6 Entladesignale an die Integrationsschaltungen angelegt und die Integrationsschaltungen durch Entladen für die Verarbeitung einer neuen Folge von Eingangsimpulsen vorbe-

-16- reitet.

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reitet.

Die Proben- und Festhalteschaltungen Bl, B2 und B3 halten die entsprechenden Signale für eine Zeitdauer, wie sie für die Positionsberechnungsschaltung erforderlich ist, um die notwendigen Korrekturen der eingangsseitigen Positionsinformation vornehmen zu können. In den Positionsberechnungsschaltungen wird das Z -Signal, das der Impulsenergie proportional ϊ-...'-, als Eingangssignal den Multiplikationsschaltungen 17 und 18 zugeführt, ti. ο in; Rückkopplungsweg der Verstärker Al5 und A16 angeordnet sind und damit ein duales Teiler netzwerk bilden. Das y-Signal von der Schaltung 151 und das x-Signal von der Schaltung B2 werden somit an die entsprechende Multiplikationsschaltung 17 bzw. 18 als Eingangssignal angelegt. Die Ausgangssignale dieser Multiplikationsschaltungen 17 und 18 stellen dann den Quotienten aus dem Eingangssignal und dem C,-Signal unabhängig von dem Energieinhalt dar. Die Multiplikationsschaltungen 17 und 18 arbeiten über die volle Breite des dynamischen Bereichs der Eingangsenergien von etwa 500-keV bis etwa 680 keV. Die korrigierten y- und x-Signale werden von der entsprechenden Positionsberechnungsschaltung an die Pufferspeichor B4 und B5 übertragen, womit die Positionsberechnungsschaltungen für die Verarbeitung weiterer Signale frei werden. In diese Speicherschaltungen B4 und B5 werden die korrigierten y- und x-Signale für die weitere Verarbeitung mit Hilfe der Orientierungsschaltungen Pl bis P8 bereitgehalten. Diese Orientierungsschaltungen Pl bis P8 speisen die korrigierten x- und y-Signale in die horizontale und vertikale Ablenksteuerung der Kathoden bildrühre ein, nachdem diese mit der Orientierung des Patienten bezüglich des Scintillationskristalls im Detektorkopf koordiniert worden sind. Diese Orientierungsschaltungen Pl bis P8 umfassen Druckknopfschalter, die räumlich um die Peripherie des Scintillationskristalls herum am Detektorkopf 50 angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine Koordination der Orientierung des Patienten und der Orientierung auf dem Bildschirm des Kathodenstrahloscillographen 70 in einwandfreier Weise ermöglicht. Für die Anzeige werden etwa 2 ,um Sekunden benötigt, während welchen die

l 7 Positionsberechnungs-

Ö ü y iS 2 3 I U b 2 9

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Positionsberechnungsschältungen einen weiteren Impuls für die Anzeige aufnehmen können. Der dargestellte Pufferspeicher besteht somit aus drei Pufferspeicherstufen. Die Integrations schaltungen mit den Verstärkern Al2, Al3, A14 wirken dabei als eine der Speicherstufen. Die Abtast- und Festhalteschaltungen Bl, B2 und B3 stellen die zweite Pufferspeicherstufe dar und die dritte Pufferspeicherstufe wird von den Speicherschaltungen B4 und B5 gebildet. Auf diese Weise kann das System Impulse von mehreren Strahlungsquanten aufnehmen, die in rascher Folge nacheinander festgestellt wurden. Die rasche Folge der Feststellung ergibt sich nicht nur, wenn die Strahlung von einer Quelle mit hoher Aktivität gemessen wird, sondern auch aufgrund statistischer Schwankungen im Auftreten radioaktiver Ereignisse bei Quellen geringer Aktivität. Das bedeutet, daß, obwohl verhältnismäßig lange Zeitintervalle im Mittel zwischen den radioaktiven Emissionen einer Strahlungsquelle vorhanden sein können, die Länge der Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Emissionen unterschiedlich ist und damit infolge der statistischen Schwankungen radioaktive Emissionen auftreten können, die sehr rasch aufeinanderfolgen. Die Vielzahl der Pufferstufen, wie sie die Erfindung vorsieht, stellt einen Puffer zur Unterdrückung zufälliger Verteilungen dar, indem die Eingangssignale, welche in zufälliger Verteilung ankommen, an ein Anzeigesystem weitergegeben werden, das eine Totzeit bzw. eine Verarbeitungszeit hat, welche von der Verarbeitungszeit der Positionsberechnungsschaltung verschieden ist.

Der Teil der Positionsberechnungsschaltung im unteren Teil der Fig. 2B wird durch den Analysator 21 und die ihm zugeordnete Schaltung gebildet. Der Analysator 21 umfaßt Diskriminatoreinrichtungen, um den spezifischen für den Benutzer der Scintillationskamera interessierenden Energiebereich festzulegen. Diese Diskriminatoreinrichtungen sprechen auf die Spitzenamplitude der Impulse an, die in Abhängigkeit von den durch den Scintillationskristall festgestellten Strahlungsquanten erzeugt werden. Der Analysator 21

-18- umfaßt

6 U 9 B 2 3 / U ö 2 9

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umfaßt ferner vorläufige Diskriminatoreinrichtungen, ura einerseits Impulse zurückzuweisen und andererseits provisorisch zu akzeptieren, und zwar auf der Basis der Impulsamplitude, die vor der Impulsspitze gemessen wird. Der Analysator 21 ist in Fig. 7 im Detail dargestellt. Die Wirkungsweise der vorläufigen Diskriminatoreinrichtungen wird anhand de'r Fig. 5 erläutert. Die Schaltung der Diskriminatoreinrichtungen , um den spezifischen interessierenden Energiebereich zu definieren, umfassen einen Mittelbereich-Energieselektor und die zugehörige Schaltung für die Auswahl einer mittleren Energieeinstellung. Die Schaltung des Mittelbereich-Energieselektors besteht aus einem Widerstand 58 mit einem verstellbaren Spannungsabgriff, wie er in Fig. 7 in Verbindung mit dem Verstärker A23 dargestellt ist. Der Ausgang des Verstärkers A23 liegt einerseits an einem ausgangsseitigen Vergleichsverstärker A22 und einer Auswahlschaltung für die Fensterbreite. Diese Auswahlschaltung für die Fensterbreite umfaßt einen Widerstand R61 mit einem verstellbaren Abgriff, der mit einer Proportionalverstärkerschaltung verbunden ist. Die Proportionalverstärkerschaltung enthält eine Multiplikations schaltung 23, die eingangsseitig einerseits am Spannungsabgriff des Verstärkers R61 und andererseits am Ausgang des Verstärkers A23 liegt. Das Au s gangs signal der Multiplikations schaltung 23 wird dadurch gleich einem bestimmten Prozentsatz des Aus gangs signals des Mittelbereich-Energieselektors und wird von dem Benutzer durch die Einstellung der Auswahlschaltung für die Fensterbreite bestimmt. Die mittlere Energie einstellung für den interessierenden Energiebereich wird vom Benutzer durch eine entsprechende Einstellung des Mittelbereich- Energieselektors festgelegt.

Das Ausgangssignal der Multiplikations schaltung 23 wird an einen Verstärker A25 übertragen, in dessen Rückkopplungsschleife ein Widerstand R 51 liegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers A25 wird aufgeteilt, wovon der eine Teil an einen Umkehrverstärker A36 mit der Verstärkung

-19- angelegt wird.

Ö09823/Ub2 9

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angelegt wird. Die Widerstände R56 und R57 stellen sicher, daß Ausgangssignale gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Polarität am Eingang der Verstärker A27 und A29 wirksam sind. Mit Hilfe des Verstärkers A27 wird das obere Diskriminatorniveau und mit Hilfe des Verstärkers 29 das untere Diskriminatorniveau des interessierenden Energiebereiches festgelegt. Auf diese Weise wird der Mittelpunkt des interessierenden Energiebereiches ausgewählt, indem nämlich das obere und das untere Diskriminatorniveau auf gleiche prozentuale Abstände vom eingestellten mittleren Energieniveau festgelegt werden, das mit Hilfe der Auswahlschaltung für die Fensterbreite bezüglich Masse festgelegt ist.

Die Auswahlschaltung für die Fensterbreite ist dabei derart einstellbar, da/3 das untere und obere Diskriminatorniveau um etwa gleiche Prozentwerte gegenüber dem mittleren Energieniveau verschoben ist, wobei dieses mittlere Energieniveau bezüglich eines Basisbezugsniveaus ausgemessen wird.

Die Z -Impulse werden von der Widerstandsmatrix gemäß Fig. 2A abgeleitet und über die Verstärker A24, A25 an einen Schalter Sl6 übertragen. Im Rückkopplungszweig des Verstärkers A24 liegt ein Widerstand R52. Die verstärkten Z -Impulse werden an eine Integrationsschaltung mit dem Verstärker A26 weitergeleitet, in dessen Rückkopplungs zweig der Integrationskondensator C8 liegt. Das Ausgangssignal dieser Integrationsschaltung ist mit Z bezeichnet und wird sowohl zur Steuerschaltung 20 für die Z-Anzeige als auch an den Analysator 21 und an ein Bildröhrengatter gemäß Fig. 2C übertragen. Um das Bildröhrengatter zu betätigen, wird das Ausgangssignal des Verstärkers A26 über einen Widerstand R24 und eine weitere Integrationsschaltung geführt, welche einen Verstärker A21, einen Widerstand R43 und einen Kondensator C7 umfaßt. Bevor nicht durch den Analysator 21 eine Impulsabweisung er-

-20-

6U 98 2

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folgt, wird das integrierte Ausgangssignal des Verstärkers A21 einen Elektronenstrahl in der Bildröhre auslösen, wenn Positionssignale von den Speicherschaltungen B4 und B5 empfangen worden sind. Das vom Verstärker A26 an die Steuerschaltung 20 für die Z-Anzeige übertragene Ausgangssignal löst die Erzeugung von Steuersignalen aus, welche an die Eingänge der rückgekoppelten Verstärker Al7 und A18 weiter übertragen werden. Widerstände R28 und R29 liegen zwischen den Eingängen des Verstärkers Al7 und den Orientierungsschaltungen. Entsprechend liegen Widerstände R37 und R38 zwischen den Eingängen des Verstärkers A18 und den zugeordneten Orientierungsschaltungen. Die Verstärker A17 und Al8 sind jeweils über Widerstände R30 bzw. R39 rückgekoppelt. Eine an den Ausgang d«s Verstärkers Al7 angeschlossene Integrationsschaltung komplettiert die horizontale Ablenkschaltung und besteht aus einem Verstärker A19 sowie Widerständen R40 und R70 und einem Kondensator Ci5. Die X-Ablenkung wird hiermit am Kathodenstrahl mit Hilfe des Inhalts der Speicherschaltung B5 nach dem Empfang eines Steuersignals von der Steuerschaltung für die Z-Anzeige ausgelöst, wobei diese einer Korrektur durch die Orientierungsschaltungen Pl bis P4 unterliegt. Eine entsprechende analoge Integrationsschaltung wird vom Verstärker A20 in Verbindung mit den Widerständen R71 und R41 sowie dem Kondensator C6 gebildet. Diese Integrations schaltung liefert die Y-Ablenkung für den Elektronenstrahl in Abhängigkeit von dem Inhalt der Speicherschaltung B4. Die Orientierungsschaltungen P5 bis P8 stellen sicher, daß eine korrekte Orientierung bezüglich des Signals für die Y-Ablenkung existiert. Die Zeitschalter S14 und Sl5 unterbrechen nach einem bestimmten Zeitintervall die Ausgangsleitungen der Steuerschaltung 20 für die Z-Anzeige, womit die Elektronenstrahlaussteuerung unterbrochen wird.

Wie bereits zuvor erwähnt, wird das Z -Ausgangssignal vom Verstärker A26 zum Verstärker A21 übertragen. Die Z -Impulse vom Ausgang des Verstärkers A26 werden ferner über den Widerstand R53 zum Verstärker A22 gemäß Fig. 7 übertragen, bei dem der invertierende Eingang über

-21- einen Wider-

Ü U y 8 2 3 / U fc> i 9

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25488^3

einen Widerstand R55 an Masse angeschlossen ist. Das Z -Signal ist kein Impuls mehr, sondern vielmehr ein eingeschwungenes negatives Spannungssignal. An denselben Eingang des Verstärkers A22 ist ein positives Spannungssignal vom Verstärker A23 aus angelegt, mit welchem der mittlere Energiebereich festgelegt ist. Dieses Spannungs signal wirkt über den Widerstand R59 und dient als Signal zur Festlegung des Basisniveaus. Wenn das Spannungsniveau des Z -Signals gleich dem Basissignalniveau ist, ergibt sich am Ausgang des Verstärkers A22 ein Signal Null. Wenn jedoch das Niveau des Z -Signals über bzw. unter dem Basisniveausignal liegt, ergibt sich ein positives bzw. ein negatives Ausgangssignal am Verstärker A22. Im Rückkopplungszweig dieses Verstärkers liegt der Widerstand R54. Das Ausgangs signal des Verstärkers A22 wird, wenn es anliegt, an jeweils einen Eingang der Verstärker A27, A28, A29 und A30 übertragen. Wenn jedoch der Impuls ein Z -Signal auslöst, dessen Energieniveau zwischen dem interessierenden mittleren Energieniveau und dem oberen Diskriminatorniveau liegt, ergibt sich am Ausgang des Verstärkers A27 ein Signal, welches an ein invertierendes UND-Gatter 1 und an einen Umkehrverstärker A31 übertragen wird. Der Verstärker A29 erzeugt ebenfalls ein Ausgangssignal, das zusammen mit dem Ausgangssignal des Umkehrverstärkers A31 auf ein UND-Gatter 2 wirkt, das seinerseits die Schaltung 22 für die automatische Verstärkungseinstellung triggert. Wenn das Niveau des Ausgangssignals des Verstärkers A22 über dem oberen Diskriminatorniveau oder unter dem unteren Diskriminatorniveau liegt, ergeben sich an den Ausgängen der Verstärker A27 und A29 keine Ausgangssignale. Das bedeutet, daß auch kein Impuls an die Steuerschaltung 19 für die Anzeige übertragen wird, womit die Austastung der Bildröhre unterbleibt. Weitere UND-Gatter 4 und 5 lassen erkennen, daß das Niveau des Z -Signals zwischen dem Energiemittelwert und dem oberen oder unteren Diskriminatorniveau liegt, wobei die UND-Gatter 4 und 5 vom UND-Gatter in Verbindung mit einem Ausgangssignal entweder vom Umkehrverstärker A32 oder vom Verstärker A28 betätigt werden. Wenn der verarbeitete

-22- Impuls

B U 9 9 2 3 / U b 2 9

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Impuls innerhalb des Energiefensters liegt, jedoch nicht exakt gleich dem Mittelwert des interessierenden Energiebereiches ist, erzeugt der Verstärker A28 ein Ausgangssignal, das eine automatische Abstimmung über die Schaltung 22 auslöst, um den Verstärker für den mittleren Energiebereich auf seiner Mitteleinstellung zu halten und das Verhältnis zwischen dieser Einstellung und dem oberen Diskriminatorniveau sowie dem unteren Diskriminatorniveau aufrechtzuerhalten. Dies wird mit Hilfe von Vorwärts Rückwärts zählern innerhalb der Schaltung 22 für die automatische Verstärkungseinstellung nach einer vorgeschriebenen Anzahl von Zählschritten in der einen oder anderen Richtung bewirkt, womit ein Ausgangssignal erzeugt wird, das auf die Verstärker A23, A22 und A24 zur Abstimmung übertragen wird. Auf diese. Weise kann die Energiespitze der festgestellten Strahlungsquelle auf dem Niveau festgehalten werden, welches durch den Mittelbereich-Energieselektor bestimmt wird, so daß die Verteilung der Impulse um diesen spitzen Wert im Energiefenster zentriert werden kann.

Neben der Eigenschaft des Systems gemäß Fig. 7 zur Einstellung der Energiespitze dient diese Schaltung auch zur frühen Bestimmung der Annehmbarkeit von durch die Fotodetektoren festgestellten Impulsen. Im speziellen sind vorläufige Diskriminatoreinrichtungen vorgesehen, die den Verstärker A30 umfassen, der mit Impulsen von den Fotodetektoren beaufschlagt wird, um ein Steuersignal an die Abtast- und Festhalteschaltungen Bl, B2 und B3 anzulegen. Dieses Steuersignal wird nur unter bestimmten Bedingungen erzeugt, und zwar, wenn die Summe der Impulse von den Fotodetektoren, gemessen zu einer bestimmten Zeit nach der Feststellung der zugeordneten Strahlungsquante und bevor die Summe ihre Spitzenamplitude erreicht, innerhalb eines annehmbaren Energie bereiches liegt, der für die Zwecke einer vorläufigen Amplitudenbestimmung ausgewählt wurde. In der Schaltung gemäß Fig. 7 empfängt der Verstärker A30 ein Eingangssignal vom Verstärker A24 über die Widerstände R59 und R60. Das Ausgangssignal des Verstärkers A30 wird festgelegt durch

_23- einen

b U 9 8 7. 3 / ü fc» 2 9

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einen Vergleich dieses Eingangssignals mit dem Ausgangssignal des Verstärkers A22. Damit macht der Verstärker A30 eine vorläufige Bestimmung, um festzustellen, ob das Signal eventuell in den Fensterbereich zwischen dem oberen Diskriminatorniveau UL und dem unteren Diskriminatorniveau LL gemäß Fig. 5 fällt. Die Integrationsschaltung mit dem Verstarker A26 und dem Kondensator C8 gemäß Fig. 2B ist für eine bestimmte Zeitdauer, die üblicherweise etwa 0, 8 Mikrosekunden beträgt, offen, während welcher Zeitdauer die Ladung etwa auf 99 % des gesamten von den Fotodetektoren verfügbaren Signales liegt. Während einem Teil dieser Zeit, z. B. während 0, 25 Mikrosekunden, hat sich die Ladung in der Integrations schaltung auf etwa 50 % des Gesamtwertes aufgrund eines Signals von den Fotodetektoren aufgebaut. Während dieser Zeit findet ein Vergleich mit einem Wert statt, der gleich einem bestimmten Teil des Niveaus LL ist. Das Niveau LL entspricht der minimalen Impulslast, die letztlich für das System als innerhalb des interessierenden Energiebereiches liegend akzeptierbar sein wird. Wenn das Signal am Verstärker A30 geringfügig unter diesem vorherbestimmten Wert liegt, der z. B. 50 % der unteren Diskriminatoreinstellung beträgt, besteht keine Möglichkeit, daß das Ausgangssignal der Integrationsschaltung auf das untere Niveau des interessierenden Energiebereiches am Ende der vollen Integrationsperiode ansteigen wird. Es ist deshalb zweckmäßig, sofort diesen Impuls auszuscheiden und die Integrationsschaltungen zurückzustellen, so daß das System für den Empfang und die weitere Verarbeitung eines neuen Impulses bereit ist. Dies wird mit Hilfe des Verstärkers A30,des Umkehrverstärkers A33, des invertierenden UND-Gatters 3 und der Zeitschaltung 24 bewirkt, die ein Ausgangssignal an ein ODER-Gatter 1 anlegt, wenn die Amplitude des integrierten Impuls wertes etwa 50 % des unteren Diskriminatorniveaus LL nicht erreicht. Auch wenn während der Integrations zeit das obere Diskrinainatorniveau UL des Energiefensters überschritten wird, besteht kein Interesse einer Integration über die gesamte Integrations zeit, da der Impuls in jedem Fall über dem interessierenden Energiebereich liegt. Für diesen Fall erreicht ein Signal

-24- von

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von dem invertierenden UND-Gatter 1 das ODER-Gatter 1 und bewirkt, daß der Impuls augenblicklich abgeleitet und die Positionsberechnungs schaltung zurückgestellt wird.

Für diejenigen Impulse, welche das obere Diskriminatorniveau UL nicht übersteigen, aber zumindest einen bestimmten Prozentsatz PLL₁ z. B. 50 % des unteren Diskriminatorniveaus LL, nach einer bestimmten Zeit, z.B. 30 % der gesamten Integrationszeit, erreicht haben, wird die gesamte Integration über die volle Integrationsdauer ausgeführt. Damit wird für die Integrationsschaltungen eine kurze Zeitdauer ermöglicht, während welcher ein Vergleich mit den Diskriminatoren möglich ist, um festzustellen, ob die empfangenen Werte in dem vorgesehenen Energiefenster liegen.

Die Wirkungsweise dieser vorläufigen Diskriminatoreinrichtungen wird anhand eines in Fig. 5 dargestellten Beispieles erläutert. Der integrierte Wert eines Impulses in der Integrations schaltung mit dem Verstärker A26 und dem Kondensator C8 ist in Fig. 5 mit 25 gekennzeichnet. Die vorläufigen Diskriminatoreinrichtungen bewirken eine Amplitudenmessung nach ungefähr 0, 25 Mikrosekunden, was etwa 30 % der Zeitdauer von 0, 8 Mikrosekunden ausmacht, welche das Zeitintervall darstellt, das zwischen dem Zeitpunkt der Feststellung eines Strahlungsquantes und dem Zeitpunkt der Integration des gesamten zur Verfügung stehenden Impulssignals liegt, bei welchem die Integration zu etwa 99 % der Spitzenamplitude führt. Diese Amplitudenmessung zeigt, daß das Niveau des Impulses 25 das Energieniveau PLL erreicht, was ungefähr 50 % des unteren Diskriminatorniveaus LL entsprechend der Einstellung der Diskriminatoreinrichtung für den interessierenden Energiebereich ausmacht. Aus dieser Feststellung ist bekannt, daß der Impuls 25 höchstwahrscheinlich eine Größe hat, die in den interessierenden Energiebereich fällt. Aus diesem Grund wird die Integration über die volle Integrations zeit durchgeführt.

_25- Wenn

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Wenn jedoch ein kleiner Impuls auftritt, wie z. B. der Impuls 27 gemäß Fig. 5, zeigt die Messung nach 0, 25 Mikrosekunden, daß dieser Impuls nur die Amplitude D erreicht, die kleiner als das geforderte vorläufige Amplitudenniveau PLL ist. Damit wird die weitere Verarbeitung dieses Impulses sofort beendet und der Impuls abgeleitet, so daß die Schaltung für eine Verarbeitung des nachfolgenden Impulses bereit ist. Wenn entsprechend die Messung des Impulses 28 gemäß Fig. 5 nach 0, 25 Mikrosekunden zeigt, daß dieser Impuls einerseits das Niveau PLL übersteigt und andererseits auch über dem oberen Diskriminatorniveau UL liegt, dann ergibt sich, daß der Impuls außerhalb des interessierenden Energiebereiches liegt und damit sofort abgeleitet werden kann, um die Schaltung für die Weiterverarbeitung des nächstfolgendes Impulses bereit zu machen. Während Impulse voll weiterverarbeitet werden, wenn die vorläufige Messung zeigt, daß eine Amplitude innerhalb des festgelegten Bereiches zwischen dem unteren Energieniveau UL und dem Energieniveau PLL gemäß Fig. 5 liegt, kann es gelegentlich vorteilhaft sein, nicht kontinuierliche Energiebänder für eine vorläufige Amplitudenmessung festzulegen. Ein spezifisches Beispiel würde der Fall der dualen Isotopenmessung sein. Für diesen Fall würde es von Vorteil sein, eine Vielzahl von vorläufigen Diskriminatoreinrichtungen vorzusehen, welche unterschiedliche obere und untere Diskriminatorniveaus aufweisen, um Energiebänder abzugrenzen, innerhalb welcher Impulse zurückgewiesen werden. Zum Beispiel werden gemäß Fig. 5A Impulse zurückgewiesen, wenn sie unterhalb des Energieniveaus PLL,zwischen dem Energieniveau PLL' und ULL und über dem oberen Energieniveau UL^J liegen. Dagegen werden Impulse für die volle Verarbeitung zu dem Zeitpunkt der vorläufigen Messung nur dann akzeptiert, wenn ihre Amplituden zwischen den Energiebändern liegen, die durch die Energieniveaus PLL und UL einerseits, bzw. PLL' und UL' andererseits begrenzt sind.

Die Positionsberechnungsschaltung gemäß Fig. 2A, 2B und 2C enthält auch

-26- Ein-

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Einrichtungen zum Feststellen der gleichzeitig existierenden elektrischen Impulse, die von verschiedenen Strahlungsquanten abgeleitet sind. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um die Registration von Positionen dieser verschiedenen Strahlungsquanten zu verhindern. Diese Situation wird mit Sammeln von Impulsen bezeichnet und ist in Fig. 6 graphisch dargestellt. Die Kurve 30 kennzeichnet einen von den Fotodetektoren festgestellten und mittels den Indikationsschaltungen integrierten Impuls. Die Kurve 30 repräsentiert diesen Impuls in der Form, in der er für die Verarbeitung festgehalten wird und anschließend durch die Betätigung von einem der Schalter S4, S5, S6 oder S7 ausklingt. Es treten jedoch Situationen auf, in denen ein Impuls entsprechend der Kurve 31 noch nicht abgeklungen ist, bevor der nachfolgende Impuls entsprechend der Kurve 32 eintrifft. In diesem Fall überlagert sich der Impuls 32 mit der Rückflanke des ausschwingenden Impulses 31 und erscheint dadurch mit größerer Amplitude und in seinem Abklingen stärker verzerrt,als dies bei Alleinstellung gemäß dem gestrichelten Kurvenverlauf 32' der Fall sein würde. Als Ergebnis kann sich eine solche Überlagerung des Impulses 32 über den Impuls 31 als fehlerhaftes Signal auf dem Bildschirm darstellen. Um dies zu vermeiden ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, um die Ausgangsamplitude der Integrations schaltung mit einem akzeptablen Amplitudenniveau zu vergleichen, das mit dem vorhersagbaren Impulsabfall in Beziehung steht. Diese Vergleichsschaltung ist in Fig. 2A und 2B als Sammelschaltung angegeben, die von den Differenzverstärkern A34 und A35 beaufschlagt wird. Der Z -Impuls wird als Triggersignal für jeden dieser Verstärker benutzt. Das Ausgangssignal der vom Verstärker A26 und dem Kondensator C8 gebildeten Integrationsschaltung wird in den Verstärker A35 zusammen mit dem Z -Impuls eingespeist, wobei der andere Eingang dieses Verstärkers am Abgriff eines Widerstandes R45 liegt, mit dem das akzeptierbare Amplitudenniveau PDT gemäß Fig. 6 festgelegt wird. Das Amplitudenniveau PDT ist auf die dargestellte Impulsausschwingzeit bezogen. Das Aus-

-27- gangs-

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gangssignal von der Zeitschaltung 24 des Analysators 21 bestimmt die Zeit T, zu welcher die Amplitude des Signals vom Verstärker A35 mit dem akzeptierten Amplitudenniveau PDT verglichen wird. Wenn der Impuls abgeklungen ist und kein Aufsammeln von Impulsen erfolgt, ist das Signal vom Verstärker A35 kleiner als das vom Verstärker A34 , so daß die Weiterverarbeitung des Impulses zugelassen wird. Wenn sich jedoch eine Situation ergibt, in welcher sich ein Impuls 32 über einen vorausgehenden Impuls 31 überlagert, übersteigt das Ausgangssignal vom Verstärker A35 den Wert des Ausgangssignals vom Verstärker A34, da die Impulsamplitude den Niveauwert PDT übersteigt. In diesem Augenblick werden die in der Positionsberechnungsschaltung befindlichen Impulse durch die Sammelschaltung 15 unterdrückt, welche als Pulsunterdrückungseinrichtung wirksam ist. Diese Unterdrückung der Impulse erfolgt durch die Erzeugung von Rückstellsignalen für die Steuerschaltung 16 und die Schalter Sl, S2 und S3, die ihrerseits in Abhängigkeit davon die Schalter S4, S5 und S6 betätigen. Über die Steuerschaltung 16 werden die Abtast- und Festhalteschaltungen Bl, B2 und B3 ebenfalls zurückgestellt.

In der vorausgehenden Beschreibung wurde ein bevorzugtes Beispiel für die Verwirklichung der Erfindung dargestellt, wobei jedoch auch abgewandelte Schaltungen für denselben Zweck verwendet werden können, um das Annahme verhalten für Impulse im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.

-28- Patentansprüche

Claims

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Patentansprüche

11. /Scintillationskamera mit einem Feld von Fotodetektoren, die überlappende Bereiche des Scintillationskristalls erfassen und in Abhängigkeit von auf den Scintillationskristall auftreffenden Strahlungsquanten elektrische Impulse erzeugen,und mit einer Positionsberechnungsschaltung zur Verarbeitung der elektrischen Impulse, um die relative Position des vom Scintillationskristall innerhalb eines interessierenden Energiebereiches liegenden Strahlungsquantes festzustellen, wobei die Positionsberechnungsschaltung elektrische Einrichtungen aufweist, mit welchen die eigentliche maximale Annahmerate der zu verarbeitenden Impulse festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, mit welchen die eigentliche maximale Annahtnerate der zu verarbeitenden Impulse vergrößert wird.
2. Scintillationskamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die maximale Annahmerate der zu verarbeitenden Impulse vergrößernden Einrichtungen eine Vielzahl von Pufferspeicherstufen umfassen, und daß die Positionsberechnungsschaltung zur Vergrößerung der maximalen Annahmerate sich auf die statistische Änderung der Impulsfolgenänderung, mit welcher die zu verarbeitenden Impulse empfangen werden, einstellt.
3. Scintillationskamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Integrationsschaltungen vorhanden sind, welche die von den Fotodetektoren empfangenen Impulse integrieren, daß Einrichtungen vorhanden sind, mit welchen jede Integrations schaltung von den zugeordneten Fotodetektoren abschaltbar ist, während die integrierten Signale festgehalten werden, daß Rückstelleinrichtungtm

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für die Integrations schaltungen vorhanden sind, mit welchen diese zurückstellbar sind, nachdem ein bestimmtes Zeitintervall nach der Feststellung des zugeordneten Strahlungsquantes durch den Scintillations kristall abgelaufen ist, daß Abtast- und Festhalteschaltungen mit zeitgesteuerten Gattereinrichtungen vorhanden sind, welche mit den Integrationsschaltungen verbunden sind, um ein integriertes Signal vor der Betätigung der Integratorrückstelleinrichtungen zu empfangen und dieses Signal für ein voreingestelltes Zeitintervall festzuhalten, wobei das Zeitintervall für die Signalverarbeitung in den elektrischen Komponenten genügend lang ist, daß Berechnungsschaltungen vorhanden sind, welche von den Abtast- und Festhalteschaltungen beaufschlagt werden, um Positionsregistrationssignale in Abhängigkeit davon innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zu erzeugen, daß Registrationseinrichtungen vorhanden sind, um die relative Position des durch den Scintillations kristall festgestellten Strahlungsquantes graphisch festzuhalten, und daß Signalspeichereinrichtungen vorhanden sind, in welchen die Positions· registrationssignale von der Berechnungsschaltung gespeichert werden, damit sie für die Darstellung abgerufen werden können.
4. Scintillationskamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsberechnungsschaltung Differenz-Diskriminatoreinrichtungen umfaßt, um einen spezifischen interessierenden Energie bereich basierend auf den Impulsamplitudenspitzen der in Abhängigkeit von Strahlungsquanten im Kristall erzeugten Impulse festzulegen, und daß ferner vorläufige Differenz-Diskriminatoreinrichtungen vorhanden sind, um vorläufig Impulse auf der Basis gemessener Impulsamplituden vor dem Erreichen der Impulsspitze zu akzeptieren und gegebenenfalls zurückzuweisen.
5. Scintillationskamera nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Integrationsschaltungen verbundene Abtast-

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und Festhalteschaltung bei einer Ansteuerung des Eingangsgatters die integrierten Signale für eine Zeitdauer nach dem Empfang und vor der Betätigung der Integratorrückstelleinrichtungen festhält, daß die vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtungen von den Fotodetektoren Impulse empfangen, um ein Gattersignal an die Abtast- und Festhalteschaltung nur dann abzugeben, wenn die Summe der Impulse von den Fotodetektoren innerhalb eines akzeptierbaren Amplitudenbereiches liegt, welcher für den Zweck einer vorläufigen Amplitudenbestimmung ausgewählt wurde, wobei die Impulse zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Feststellung der zugeordneten Strahlungsquanten und bevor die Summe die Amplitudenspitze erreicht, gemessen werden.
6. Scintillationskamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtungen derart eingestellt sind, daß eine Amplitudenmessung erfolgt, wenn etwa 30 % des Zeitintervalles zwischen dem Zeitpunkt der Feststellung der Strahlungsquanten und dem getakteten Zeitintervall abgelaufen ist, welches der Abtast- und Festhalteschaltung zugeordnet ist.

7. Scintillationskamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtungen derart eingestellt sind, daß ein Gattersignal an die Abtast- und Festhalteschaltung nur dann abgegeben wird, wenn die Amplitude der Summe der Impulse etwa 50 % der Einstellung des unteren Diskriminatorniveaüs übersteigt und kleiner als die Einstellung des oberen Diskriminator niveaus ist.

8. Scintillationskamera nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtungen vorhanden sind, die auf unterschiedliche obere und untere

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Diskriminatorniveaus eingestellt sind, wodurch Energiebänder abgegrenzt werden, innerhalb derer Impulse durch die Vielzahl der vorläufigen Differenz-Diskriminatoreinrichtungen zurückgewiesen werden.

9. Scintillationskamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Vergrößern der maximalen Annahmerate der zu verarbeitenden Impulse mit Detektoreinrichtungen versehen sind, die das gleichzeitige Auftreten elektrischer, von der Feststellung verschiedener Strahlungsquanten abgeleiteter Impulse in der Positions berechnungsschaltung feststellen, und daß Einrichtungen vorhanden sind, um das Registrieren von Positionen in Abhängigkeit dieser von verschiedenen Strahlungsquanten abgeleiteten Signalen zu verhindern.

10. Scintillationskamera nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Ausgangssignals der Integrationsschaltungen aufgrund von in Abhängigkeit von einem einzigen festgestellten Strahlungsquant integrierten Impulsen nach der Betätigung der Integratorrückstelleinrichtungen mit einem vorhersagbaren Verhältnis abnimmt, daß die Amplitude des Ausgangssignals der Integrationseinrichtungen in einer Vergleichsschaltung mit einem akzeptierbaren Amplitudenniveau verglichen wird, das zu dem vorhersagbaren Verhältnis des Signalabfalls in Beziehung steht, und daß Einrichtungen vorhanden sind, um in der Positionsberechnungsschaltung vorhandene Impulse auszuscheiden, wenn die Amplitude des von den Integrations-Schaltungen abgegebenen Ausgangssignals ein bestimmtes akzeptierbares Amplitudenniveau übersteigt.

11. Scintillationskamera nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Fotodetektor ein gleichstrom gekoppelter Fotodetektor-Verstärker zugeordnet ist, wobei jeder Foto-

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detektor eine auf Massepotential liegende Fotoanode aufweist und die Fotokathode mit dem negativen Anschluß der Hochspannungsquelle verbunden ist.

12. Scintillationskamera nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische interessierende Energiebereich durch eine Differenz-Diskriminatoreinrichtung festgelegt wird, die eine Mittelbereich-Markierungsvorrichtung mit einem Diskriminator für das obere und das untere Diskriminatorniveau aufweist, daß die Markierungsvorrichtung durch einen Mittelbereich Energieselektor von Hand auf den Energiemittelbereich einstellbar ist, und daß eine Auswahlschaltung für die Fensterbreite des Energiebereichs vorhanden ist, mit welcher das obere und das untere Diskriminatorniveau gegenüber dem Mittelbereich auf gleiche prozentuale Abstände, bezogen auf ein Bezugsniveau einstellbar ist, und daß Rückkopplungseinrichtungen vorhanden sind, um die Markierungsvorrichtung auf der mittleren Energieeinstellung festzuhalten, und das Abstandsverhältni.s zum oberen und unteren Diskriminatorniveau aufrechtzuerhalten.

13. Scintillationskamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsvorrichtung eine das integrierte Ausgangssignal aufgrund eines Strahlungsquantes erzeugte elektrische Impulse liefernde Integrationsschaltung umfaßt, welche in entgegengesetzter Polarität mit dem Mittelbereich-Energieselektor an den einen Eingang eines ausgangsseitigen Vergleichsverstärkers angeschlossen ist, dessen anderer Eingang an Masse liegt, daß die Diskriminatoren für das obere und das untere Diskriminatorniveau einen Proportionalverstärker umfassen, der eingangsseitig die Signale vom Mittelbereich-Energieselektor sowie der Auswahlschaltung für die Fensterbreite empfängt und zwei Ausgangssignale liefert, von denen das eine an einen Umkehrverstärker mit der Verstärkung 1 übertragen wird, um das obere und das untere Diskriminatorniveau zu erzeugen, daß die Ausgangssignale von der

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SR14P-1344

Markierungsvorrichtung als Eingangssignale in entsprechender Gegenüberstellung zu den oberen und unteren Diskriminatorniveaus an separate Differenzverstärker und an den ausgangsseitigen Vergleichsverstärker anlegbar sind, und daß der ausgangsseitige Vergleichsverstärker mit einer automatischen Verstärkungsregelungsschaltung in Rückkopplung beziehung zur Markierungsvorrichtung verbunden ist.

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