DE2745364A1

DE2745364A1 - Szintillationskamera mit verbesserten ausgabeeinrichtungen

Info

Publication number: DE2745364A1
Application number: DE19772745364
Authority: DE
Inventors: Kai Lange; Ernest Joseph Wiesen; Eric M Woronowicz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-10-08
Publication date: 1978-04-13
Also published as: JPS6220510B2; NL7710949A; FR2368045A1; IT1087919B; NL190032B; DK453277A; US4071762A; GB1593426A; DK151729B; NL190032C; JPS5384378A; FR2368045B1; DK151729C

Description

Szintillationskamera mit verbesserten Ausgabeeinrichtungen

Die Erfindung betrifft Szintillationskameras, die allgemein als Gammakameras bezeichnet sind. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verbesserung der Gleichförmigkeit und der Auflösung von Szintillationskameras. In der Nuklearmedizin werden Szintillationskameras verwendet, um Gammastrahlphotonen festzustellen oder wahrzunehmen, die von einem Körper emittiert werden, dem eine Radioisotop-Infusion gegeben wurde. Die Photonen werden entsprechend dem Umfang emittiert, gemäß dem das Isotop durch das zu untersuchende Gewebe absorbiert wird. Bei geeigneter Verarbeitung können den Photonen entsprechende Signale verwendet werden, um ein Punktebild auf einem Kathodenstrahloszilloskop zu erzeugen, das dem Emissionsmuster entspricht. Ein zur Zeit benutztes und verbreitetes Kamerasystem basiert auf der Kamera von Anger, die in der US-PS 3 011 0^I„>7 offenbart ist. Die Anger-Kamera enthält eine Gruppe von photoempfindlichen Einrichtungen, wie z.B. Photovervielfacherröhren, die gewöhnlicherweise hexagonal angeordnet sind,und deren Eingangs enden in der Nähe einer lichtleitenden Platte oder Scheibe angeordnet sind. Unterhalb der Scheibe befindet sich ein Szintillationskristall, der die einlaufenden Gammaphotonen

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in Lichtphotonen oder Szintillationen umwandelt. Zwischen dem Szintillator und dem Körper befindet sich ein Kollimator, so daß die vom Körper emittierten Photonen senkrecht auf dem ebenen Szintillationskristall auftreffen.

Die Szintillationen werden durch die Gruppe aus einzelnen Photovervielfacherröhren festgestellt, die überlappende Bereiche des Kristalls im Sichtfeld haben, und es werden bekannte elektronische Schaltungen verwendet, um die Ausgangssignale der Photovervielfacherröhren in x- und y-Koordinatensignale umzuwandeln, die verwendet werden, um ein Kathodenstrahloszilloskop derart zu steuern, daß jede auf der Oszilloskopröhre ausgebildete Punktlichtquelle einem Punkt an einer ähnlichen Stelle im Kristall oder auf dem Körper entspricht. Die Ausgangssignale werden ferner verwendet, um ein z-Signal zu entwickeln, welches die Oszilloskopröhre gemäß den berechneten Koordinaten einschaltet. Das z-Signal wird nur entwickelt, wenn die Energie des Szintillationsereignlsses in ein vorgegebenes Energiefenster fällt. Als Integrator für die große Anzahl von Lichtpunkten auf dem Schirm des Oszilloskops kann ein photographischer Film verwendet werden. Es wird eine große Anzahl von Szintillationsereignissen benötigt, um das Endbild der Radioaktivitätsverteilung im Körpergewebe aufzubauen.

Ein bei Szintillationskamers vorhandenes Problem besteht darin, daß, wenn eine Radioaktivitätsquelle mit gleichförmiger Verteilung in die Nähe der Kristallscheibe gebracht ist und eine Photographie vom Oszilloskop aufgenommen wurde, die Photographie Ungleichförmigkeit zeigt, die durch "heiße Stellen" unter jeder Photovervielfacherröhre und kalte Stellen zwischen den Röhren gekennzeichnet ist. In anderen Worten, wird

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eine Stelle oder Fleck (spot) oder Szintillationsereignis, das tatsächlich zwischen den Photovervielfacherröhren auftritt, derart wahrgenommen, als sei es teilweise unter die Röhren verschoben, wodurch eine Abnahme der Flecken-oder Punktdichte zwischen den Röhren und eine sichtbare Zunahme der Punktdichte unter den Röhren bewirkt wird. Diese Erscheinung kann dadurch gemildert werden, daß die Photovervielfacherröhren weiter von der Scheibe entfernt werden, wodurch jedoch die Fähigkeit der Kamera, kleine Einzelheiten aufzulösen, verringert wird. Wenn daher kleine Details oder Einzelheiten aufgelöst werden sollen, und wenn die Gleichförmigkeit oder Entsprechung zwischen erzeugten und angezeigten Bildmustern aufrechterhalten werden soll, so müssen die normalen elektrischen Signale, die im System vorhanden sind, modizifiziert oder korrigiert werden.

Ein Verfahren zur Durchführung einer Korrektur mit nichtelektrischen Mitteln ist aus der US-PS 3 774 032 bekannt. Gemäß diesem Patent wird die von den Photovervielfacherröhren wahrgenommene Lichtverteilung dadurch verändert, daß Masken zwischen den Kristall- und den Photovervielfacherröhren derart angeordnet werden, daß Licht von bestimmten Bereichen des Szintillatorkristalls nicht direkt zu den Photovervielfacherröhren gelangen kann. Dadurch werden die Ausgangssignale der Röhren für Szintillationen, die unmittelbar unter den Röhren auftreten, reduziert, während Licht von anderen Bereichen, d.h. von zwischen den Röhren direkt zu den Röhren gelangen kann. Dadurch ergibt sich eine bessere Auflösung und Gleichförmigkeit des Bildes.

Es wurde seither vorgeschlagen, das in der genannten Patentschrift erzielte Ergebnis durch Verwendung elektronischer Korrektureinrichtungen zu erzielen. Ohne elektronische oder andere Korrektur erscheinen Szintillationen, die in den Be-

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reichen zwischen den Röhren auftreten, durch innewohnende geometrische Phänomene näher an den Röhren zu sein. Dies äußert sich durch die sogenannte Ungleichförmigkeit des angezeigten Bilds. Insbesondere ist das von einer gleichförmig verteilten Isotopenquelle abgeleitete Bild unmittelbar unter und in der Nähe der Röhren dichter oder konzentrierter als zwischen den Röhren. Die elektronische Korrektur ist ferner auf die Erkenntnis gegründet, daß bei linearer Beziehung der Eingangs- und Ausgangssignale der Vorverstärker die Disproportionalität zwischen Helligkeit und Abstand erhalten bleibt, daß jedoch eine gleichförmigere Verteilung der Lichtpunkte auf der Anzeige verwirklicht wird, wenn die Ausgangssignale derart abgewandelt werden, daß Signale mit kleinen Pegeln, die dem Rauschen entsprechen, eliminiert werden, und daß Signale mit hohen Pegeln, die den Szintillationsereignissen im oder in der Nähe des Zentrums der Röhre entsprechen, unterdrückt v/erden. Es wurde vorgeschlagen und nachgewiesen, daß bei geeigneter Vorspannung des Ausgangs der Vorverstärker Signale mit hohem Pegel abgeschnitten oder unterdrückt werden können, wodurch sich tatsächlich eine Verringerung der Verstärkung der Vorverstärker für Signale mit hohen Amplituden oder Signalen über einer vorgegebenen Amplitude einstellt. Die Darstellung des Eingangssignals des Vorverstärkers, die gegen das Ausgangssignal des Vorverstärkers aufgetragen ist, ist daher für einen ersten Signalbereich mit vergleichsweise niedrigem Pegel linear und besitzt einen Knickpunkt, nach welchem die Verstärkung für Eingangssignale mit höherem Pegel reduziert ist.

Es wurde ein System aufgebaut und getestet, welches nach dem Konzept mit einem Knickpunkt arbeitet, und es hat sich heraus-

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gestellt, daß bessere Ergebnisse erzielbar sind als bei linearer Verstärkung über den gesamten Bereich des Eingangssignals. Die Gleichförmigkeit und die Auflösung waren jedoch trotzdem nicht optimiert, da trotzdem Ungleichförmigkeit oder Konzentration von Lichtpunkten dort erkennbar war, wo eine gleichförmige Verteilung vorliegen sollte. Mit anderen Worten, es waren immer noch "heiße" und "kalte" Punkte oder Stellen vorhanden, die in einer Zufallsverteilung über dem gesamten Kristall auftraten und von System zu System je nach den individuellen Eigenschaften der Komponenten des Systems variierten.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mehr als eine Änderung der Steigung der Eingangs/Ausgangstransfercharakteristlk der Vorverstärker die kleinen lokalisierten heißen und kalten Punkte eliminieren kann, die bei Verwendung bekannter Verfahren zur Eliminierung dieser heißen und kalten Punkte noch vorhanden waren. Gemäß der Erfindung werden daher zwei oder mehr ausgewählte Vorspannungen an die Ausgänge ausgewählter Vorverstärker angelegt, um die Gleichförmigkeit und Auflösung zu optimieren.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Szintillationskamerasystems, bei dem die Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer hexagonal angeordneten Gruppe von Photovervielfacherröhren in einer Szintillationskamera;

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Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Detektorkopfes einer Szintillationskamera;

Fig. A ein Schaltbild, bei dem die erfindungsgemäßen Merkmale verwendet sind; und

Fig. 5 eine Darstellung, die den Zusammenhang zwischen den Ausgangssignalen der Vorverstärker für die Photovervielfachersignale und den Eingangssignalen gemäß der Erfindung wiedergibt.

Die Figuren 2 und 3 zeigen einen schematischen Uuerschnitt und eine Aufsicht auf eine Szintillationskamera, bei der die neue Schaltung verwendet werden kann. Die Szintillationskamera in Fig. 3 wird allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Sie befindet sich über einem Körper 21. Es wird angenommen, daß der Körper oder ein Organ des Körpers ein radioaktives Isotop absorbiert haben und daß die Verteilung des Isotops, und damit der Aufbau des Gewebes, der das Isotop absorbiert hat, abgebildet werden soll. Das Isotop emittiert Gammastrahlenphotonen, die durch die Gammakamera 20 wahrgenommen werden. Die Kamera enthält ein strahlungsundurchlässiges Gehäuse 22. Am Boden des Gehäuses ist ein Kollimator 23 befestigt, der aus einer Gruppe von Röhren besteht, die bezüglich Gammastrahlung durchlässig sind, wobei zwischen diesen Röhren undurchlässiges Material angeordnet ist. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein geschlossener Behälter 2k, der einen für Gammastrahlenphotonen durchlässigen Boden 25 besitzt. Unmittelbar über dem Boden 25 befindet sich eine ebene Scheibe 26 aus kristallinem Material, wie z.B. mit Thallium aktiviertem Natriumjodid, welches an jedem beliebigen Punkt, an dem es ein Gammastrahlenphoton absorbiert, eine Szintillation erzeugt. Eine Gruppe von photoempfindlichen Einrichtungen, wie z.B. Photovervielfacherröhren 1 bis

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19 ist über dem Szintillatorkristall 26 angeordnet. Die Photovervielfacherröhren werden über einen Lichtleiter 27, der aus einer Glasplatte bestehen kann, an den Kristall angekoppelt. Szintillationen im Kristall 26 werden durch die Röhren festgestellt, die Impulsausgangssignale für jedes Szintillationsereignis erzeugen.

Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, wird in diesem Beispiel eine Gruppe aus 19 Photovervielfacherröhren verwendet, die hexagonal um eine zentrale Röhre 10 angeordnet sind. Bekanntlich stellt die Zahl 19 eine üblicherweise in Szintillationskameras verwendete Anzahl von Röhren dar, aber es werden auch Kameras mit 37 Photovervielfacherröhren verwendet. Die vorliegende Erfindung läßt sich auf Systeme anwenden, bei denen 19 oder 37 oder eine andere Zahl von Röhren benutzt wird.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild der Hauptkomponenten eines Szintillationskamerasystems dar, bei dem die Erfindung verwendbar ist. Die 19 Photovervielfacherröhren, die in dieser Figur kollektiv mit dem Bezugszeichen 30 versehen sind, arbeiten zusammen, um alle Szintillationen festzustellen und wahrzunehmen, und ihre 19 Ausgänge 31 sind getrennt an einzelne Vorverstärkerschaltungen 32 angekoppelt. Die 19 Vorverstärkerausgänge 33 werden an eine Widerstandsmatrix und eine Summierverstärkerschaltung 34 angekoppelt, die von den Vorverstärkerausgängen 4 Koordinatenausgangssignale +x, -x, +y und -y auf den Leitungen 35 bis 38 erzeugt. Diese vier Ausgangssignale werden Leitungsverstärkern und getorten Dehneinrichtungen 39 und einem z-Impulsformer und ImpulshÖhenanalysierer (PHA) 40 zugeführt. Der z-Impulsformer kombiniert die 4 Eingangssignale zu einem z-Signal, welches der Energie eines Szintillationsereignisses entspricht. Das z-Signal wird mittels der Leitung 41

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Differenzverstärker- und Verhältniskreisen 42 zugeführt. Der Impulshöhenanalysierer steuert die durch Torschaltungen
steuerbaren Dehneinrichtungen aus, sofern die Energie eines Szintillationsereignisses in ein gewähltes Energiefenster fällt, so daß gedehnte +x, -x, +y- und -y-Signale auf den Leitungen 43 bis 46 den Differenzverstärker- und Verhältnisschaltkreisen 42 zugeführt werden können, wo die
+x und -x-Signale und die +y, und -y-Signale subtrahiert werden, und mit den Ergebnissen Verhältnisse gebildet werden, wobei die z-Impulse als Nenner dienen, um x- und y-Koordinatensignale auf den Leitungen 4? und 48 zu erzeugen. Der Impulshöhenanalysierer 40 erzeugt ferner ein Helltastsignal auf der Leitung 50, das einem Anzeige-Kathodenstrahloszilloskop 51 zugeführt wird, wenn der Analysierer festgestellt hat, daß ein Szintillationsereignis in das
ausgewählte Energiefenster fällt, und das Anzeigeoszilloskop erzeugt dann einen Lichtpunkt auf seinem Schirm 52 an den x- und y-Koordinaten, die berechnet wurden.

Das gerade beschriebene System ist in den Grundlagen den
mit dem Entwurf und der Verwendung von Szintillationskamerasystemen vertrauten Fachleuten bekannt.

Ein Kanal zur Erzeugung von Signalen, die den x- und y-Koordinaten von Szintillationen entsprechen, die durch eine Fotovervielfacherröhre festgestellt werden, ist in Fig. 4 dargestellt. Einige Teile dieser Schaltung sind bekannt. Typischerweise enthält ein Kanal eine Eingangsphotovervielfacherröhre 30 vom bekannten Mehrfach-Dynodentyp. Die Anode der Photovervielfacherröhre 30 ist über einen Widerstand 53 mit einem

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Anschluß 55 einer Hochspannungsquelle verbunden, die außerdem anderen Photovervielfacherröhren der Gruppe 30 aus 19 Röhren verbunden ist, wie durch die mit einem Pfeil versehene Leitung 56 angezeigt ist. Die Ausgangsimpulssignale von den Photovervielfacherröhren werden dem nichtinvertierenden Eingang einer Signalwandlereinrichtung zugeführt, die einen Operationsverstärker 57 enthält, der als Vorverstärker dient. Die Signale werden dem Vorverstärker 57 vom Zwischenpunkt 58 eines kapazitiven Spannungsteilers zugeführt, der aus den Kondensatoren 59 und 60 aufgebaut ist. Der Eingang des Verstärkers 57 wird durch eine Diode gegenüber Spannungen geschützt. Vorgesehen ist ebenfalls ein Vorspannwiderstand zur Verwirklichung des Nullabgleichs (Null-Offset). Der Vorverstärker besitzt eine Rückkopplungsschaltung, die aus dem Widerstand R2 und dem Eingangswiderstand R1 besteht und ist über einen Kondensator 63 wechselstrommäßig an Masse gelegt.

Wie bekannt, hängen die Amplituden der Impulssignale von den Photovervielfachern 30 vom Abstand eines speziellen Szintillationsereignisses im Szintillationskristall 26 von der betrachteten Photovervielfacherröhre ab. Ohne die erfindungsgemäßen Merkmale der Schaltung werden die Eingangssignale des Verstärkers 57 linear verstärkt, wodurch, wie schon erläutert, das Signal entsprechend der scheinbaren Entfernung des Szintillationsereignisses von der Photovervielfacherröhre gewichtet wird, wobei dies nicht der wirklichen Entfernung entspricht und zu Fehlern führt. Wie schon erläutert, ist ein Bündelungseffekt in direkter Fluchtung mit den Photovervielfacherröhren vorhanden, der sich in heißen Punkten auf einer Oszilloskop-Anzeigeeinrichtung äußert, selbst wenn die Isotopenquelle gleichförmig ist. Heiße Punkte treten auch auf, wenn die Signale mit den größten Amplituden unter Verwendung der einschritt igen Unterdrückungsffahren unterdrückt

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Gleichgültig, ob die erfindungsgemäßen Merkmale der Schaltung, die später erläutert werden, benutzt oder nichtjbenutzt werden, die Ausgangssignale der Vorverstärker 57 werden über einen Widerstand R3 einer Widerstandsmatrix 64 zugeleitet, die mit der Berechnung der x- und y-Koordinaten des Szintillationsereignisses befaßt ist, welches das Impulssignal erzeugte. Es ist eine typische Widerstandsmatrix dargestellt. Diese enthält vier Spannungsteiler. Die Teiler enthalten Widerstände +RX, R6,-RX, R7; +RY, R8; und - RY, R9. Wie ferner bei der Verwendung derartiger Matrizen in Szintillationskamerasystemen bekannt ist, werden die Widerstände in den RX- und RY-Paaren derart gewichtet, daß sie dem Reziprokwert der Entfernung der speziellen Photovervielfacherröhre von den Y- oder X-Achsen der Fotovervielfacherröhren-Gruppe 30 entsprechen oder hierfür kennzeichnend sind. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, verläuft die Y-Achse durch den Mittelpunkt der Röhren 2, 10 und 18 und die X-Achse läuft durch die Mittelpunkte der Röhren 8-12. Die Mittelpunkte der Teiler sind an gemeinsame Leitungen 35 bis 38 angeschlossen. Jeder der Fotovervielfacherröhrenkanäle besitzt eine zugeordnete Widerstandsmatrix 64 mit speziellen Widerstandswerten, die an die gemeinsamen Leitungen 35 bis 38 angeschlossen sind. Z.B. sind die Enden 65 der gemeinsamen Leitungen mit Widerstandsmatrizen verbunden, die den einzelnen anderen Photovervielfacherröhren der Gruppe 30 zugeordnet sind. Die Ausgangssignale auf den Leitungen 35 bis 38, die die x- und y-Koordinaten der Szintillationen angeben, werden den Verstärkern und Impulsdehneinrichtungen zugeführt, die in Fig. 1 durch den Block 39 dargestellt sind. Gemäß bekannten Verfahren werden dann die Koordinaten einer Szintillation verwendet, um einen Lichtpunkt an einer entsprechenden Position auf dem Schirm 52 des Kathodenstrahloszilloskops zu erzeugen.

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Es sollen nun die erfindungsgemäßen Einrichtungen erläutert werden, die dazu dienen, eine nichtlineare Verstärkung oder Ausgang der Vorverstärker 57 für die Photovervielfacherröhren-Impulsausgangssignale zu erhalten, die in zwei oder mehr Amplitudenbereiche fallen. Die Signale mit kleinstem Pegel werden linear durch die Vorverstärker 57 verstärkt und laufen ohne Veränderung zu den Widerstandsmatrizen 64. Eine Diode, nicht dargestellt, kann zwischen die Ausgänge der Vorverstärker 57 und R3 eingefügt werden, so daß die Rauschsignale unterhalb der Dioden-Durchlaßschwellspannung blockiert sind. Gemäß der Erfindung wird den Ausgangsleitungen 66, welche die Ausgänge der Vorverstärker 57 mit den Widerstandsmatrizen verbinden, selektiv Vorspannung zugeführt. In diesem Beispiel sind zweiVorspannungseinrichtungen 67 und 68 dargestellt. Die Vorspannungseinrichtung 67 enthält die Diode D2 und den Widerstand R4, die in Serie zwischen der Leitung 66 und dem Ausgangsanschluß 69 einer Vorspannungsoder Schwellspannungsquelle 70 liegen. Ein Filterkondensator 71 liegt zwischen der Vorspannungsquelle 70 und Masse. Die Spannung am Ausgangsanschluß 69 der Vorspannungsquelle 70 wird auf einen Schwellwert gesetzt, der in diesem Beispiel bezüglich Masse leicht negativ ist. Die Diode D2 ist daher normalerweise in Sperrichtung vorgespannt. Einlaufende Impulssignale von den Photovervielfacherröhren 30 treiben den Ausgang der Vorverstärker 57 zu negativen Werten. Die Ausgangsimpulssignale, die kleiner als die negative Vorspannung oder Schwellspannung sind, die über die Diode D2 angelegt wird, werden über die Leitung 66 mit ihrer vollen Amplitude der Widerstandsmatrix 64 zugeführt, Signale am Ausgang der Vorverstärker 57, die hinreichend negativ sind, um die Schwellspannung der Vorspannungsquelle zu überschreiten, veranlassen, daß die Diode D2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und dadurch die Amplitude des Signals begrenzt oder die Verstärkung

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der Vorverstärker für Signale reduziert wird,die negativer als die durch die Diode D2 angelegte negative Spannung sind.

Die andere Vorspannungseinrichtung 68 enthält einen Widerstand R5, eine Diode D3 und einen Filterkondensator 72 und ist an den Ausgangsanschluß 73 einer zweiten Vorspannungsquelle angeschlossen, die eine zweite Schwellspannung liefert. Die Quelle 74 ist derart eingestellt, daß die Vorspannung an ihrem Ausgang 73 geringfügig negativer ist als die Vorspannung am Ausgangsanschluß 69 der anderen Spannungsquelle 70, Die Diode D3 ist stärker in Sperrichtung vorgespannt als die Diode D2. Folglich wird die Diode D3 in Vorwärtsrichtung gepolt, wenn die Ausgangssignale von den Vorverstärkern 57 etwas negativer sind als dies für die Durchlaßvorspannung der Diode D2 erforderlich ist.

Die Vorspannungsquellen 70 und 74 sind ähnlich aufgebaut, ihre Ausgänge sind jedoch, wie schon erläutert, auf unterschiedliche Schwellspannungspegel gesetzt. Anstelle der Quellen 70 und 74 lassen sich Batterien oder andere stabile Spannungsquellen verwenden. In diesem Beispiel enthält die Quelle 74 einen Transistor 80, dessen Kollektor an Masse oder den Mittenpunkt einer dualen Spannungsversorgung gelegt ist, die nicht dargestellt ist. Die Vorspannung wird an einem Emitterwiderstand 81 entwickelt. Eine feste Basis-Emittervorspannung wird durch den Widerstand 82 geliefert, und diese Vorspannung ist einstellbar, um die Ausgangsspannung durch Verwendung eines Potentiometers 83 zu steuern. Die Ausgangsvorspannung der anderen Quelle 70 wird mit einem Potentiometer 8'; gesetzt.

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Es sei bemerkt, daß für den Fall, daß die Impulsausgangssignale von den Vorverstärkern 57 nach positiven Werten laufen, die Dioden D2 und D3 entgegengesetzt gepolt sein müssen und die Vorspannungsquellen 70 und 74 derart angeordnet sein müssen, daß sie positive Vorspannungen anstelle der negativen Vorspannungen in diesem Beispiel an ihren Ausgangsanschlüssen 69 und 73 liefern.

Fig. 5 zeigt graphisch, wie die Verstärkung der Vorverstärker durch Verwendung der beiden Vorspannungseinrichtungen 67 und 68 beeinflußt wird. Es läßt sich erkennen, daß ein erster niederer Bereich von Eingangssignalen von den Photovervielfacherröhren linear verstärkt wird, wie durch das erste Segment 86 der Übertragungscharakteristikkurve erkennbar ist, die eine konstante Steigung bis zu einem ersten Knickpunkt 87 besitzt, wo die an die Diode D2 angelegte Vorspannung weniger negativ oder positiver als die Ausgangssignale ist. Die Eingangssignale, z.B. 88 werden also in einem ersten Bereich bis zum Knickpunkt 87 linear verstärkt, wie durch das entsprechende Ausgangssignal 89 gezeigt ist. Der Knickpunkt, an dem die Vorspannung der Diode D3 überwunden wird, ist in der Darstellung mit dem Bezugszeichen 90 versehen. Jede Eingangsspannung, z.B. 91, die einen Spitzenwert im zweiten Bereich zwischen den Knickpunkten 87 und 90 besitzt, unterliegt daher einer verringerten oder nichtlinearen Verstärkung, v/ie durch Verfolgung der gestrichelten Linien erkennbar ist, die vom Eingangssignal 91 zum entsprechenden Ausgangssignal 92 verlaufen. Wenn die Diode D3 in Vorwärtsrichtung entsprechend dem Knickpunkt 90 ausgesteuert wird, wird die Steigung der Übertragungscharakteristik oder der wirksamen Verstärkung des Vorverstärkers auf einen kleineren Wert verändert. Jegliches Eingangssignal, wie z.B. 93, dessen Spitzenwert in einem

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dritten Bereich liegt, der größer als der Knickpunkt 90 ist, unterliegt daher einer kleineren Verstärkung, wie durch das entsprechende Ausgangssignal 9h ersichtlich ist. Zusätzliche Vorspannungsschritte können verwendet werden, so daß mehr als 2 Knickpunkte in der Übertragungscharakteristik vorhanden sind, gute Ergebnisse werden jedoch mit nur 2 Knickpunkten erzielt. Sofern eine Diode, nicht dargestellt, in Serie mit dem Ausgang des Vorverstärkers 57 angeordnet wird, um Antwortsignale auf Rauschen mit niedrigem Pegel zu eliminieren, beginnt die Linie 86 mit einer kleinen Verschiebung gegenüber der Nullachse in Fig. 5.

Spezielle Werte der Vorspannungen, die an die Dioden D2 und D3 angelegt werden, hängen von den Eigenschaften einer speziellen Schaltung ab. In einer praktischen Ausführungsform wurden jedoch gewünschte Ergebnisse dadurch erzielt, daß die kleinere Vorspannung an den Ausgangsanschlüssen 69 auf ungefähr den halben Wert der Spitzenspannung der Ausgangssignale von den Vorverstärkern 57 gesetzt wurde. Die zweite Vorspannung am Anschluß 73 wurde auf etwa das 0,7-fache des Spitzenwerts der Signalspannung eingestellt. Der Spitzenwert der Signalspannung kann dadurch bestimmt werden, daß die die Dioden D2 und D3 enthaltenden Serienschaltungen geöffnet werden und eine Messung des maximalen Signals vorgenommen wird, welches an den Ausgängen der Vorverstärker 57 erhältlich ist. oder daß die Dioden D2 und D3 auf einen größeren Wert als die Spitzenspannung vorgespannt werden. Dann werden die Diodenkreise geschlossen und die Potentiale der Vorspannungsquellen werden mit den Potentiometern 83 und 84 solange eingestellt, bis eine gleichförmige Anzeige auf der Anzeigeröhre 52 bei einer gleichförmigen Radioisotopquelle erzielt wird.

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Die relativ höhere der beiden Vorspannungen, d.h. die Spannung von der Quelle 74_; wird nur an die Vorverstärkerausgänge 57 für die zentrale Gruppe der Photovervielfacherröhren in Fig. 2, d.h. in anderen Worten, an die Vorverstärker für die Röhren 10, 5, 6, 11, 15, 14 und 9, angelegt, bei einer 19 Röhren umfassenden Anordnung. Die niederere Vorspannung, die von der Quelle 70 geliefert wird, wird den Vorverstärkerausgängen aller restlicher Röhren zugeführt. Für die Röhren 1, 3, 8, 12, 17 und 19 ist jedoch der Wert R4 ungefähr 30% kleiner als der Wert von R4 in dem Kreis der Vorverstärker 57, die den Photovervielfachern 2, 4, 7, 13 und 18 zugeordnet sind. Die Spannungsteilung, die durch den Teiler R4 und R3 herrührt, ist daher für eine Röhrengruppe gegenüber einer anderen Röhrengruppe geringfügig verschieden. In einer praktischen Ausführungsform wurden 1 k -/\- — Widerstände für R4 und R5 für die meisten Röhren verwendet, und es wurde für R4 ein Wert von 1,3 Kiloohm in den Vorverstärkerkreisen verwendet, die den Photovervielfacherröhren 2,4,7,13 und 18 zugeordnet sind.

Das in Fig. 2 dargestellte Sichtfeld der Szintillationskamera liegt im wesentlichen innerhalb eines Kreises, der geringfügig auf der Innenseite der Mitten der Röhren 4, 13, 18, 16, 7 und 2 liegt. Andere Röhren am Rand der Anordnung tragen nicht viel Signal bei. Szintillationen werden nur festgestellt, wenn sie auf der Innenseite der äußeren Röhren auftreten. Dies ist die Ursache für die Art und Weise, in der die Vorspannungen so angelegt werden, wie im letzten Absatz erläutert wurde. Auf alle Fälle ist ersichtlich, daß die Photovervielfacherröhren, die den größten Beitrag zum Signal liefern, am stärksten unterdrückt werden, v/as bedeutet, daß die heißen Punkte reduziert sind und die Auflösung erhöht ist.

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Dei Szintillationskameras mit 37 oder einer anderen Anzahl von Photovervielfacherröhren, die größer als 19 ist, werden die Ausgänge der Vorverstärker 57 der Mittengruppe der Röhren innerhalb der hexagonalen Anordnung einer größeren Vorspannung oder Schwell spannnut, unterworfen, und die Ringe der peripheren Röhren werden weniger stark vorgespannt. Obwohl die vorstehend geschilderte selektive Anordnung der Verbindungen bevorzugt wird, werden auch gute Ergebnisse erzielt, wenn alle Röhren in der gleichen Weise behandelt werden.

Obwohl ein spezielles Schema zur Erzeugung mehrerer Knickpunkte in der Übertragungscharakteristik der Vorverstärker der Photovervielfacherröhren in Einzelheiten beschrieben wurde, soll diese Beschreibung als Beispiel dienen und die Verwirklichung mehrereiJKnickpunkte auf verschiedenartige V/eise nicht einschränken.

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Claims

Patentansprüche:

.j Strahlungsabbildungsvorrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Szintillationen in Abhängigkeit von wahrgenommener Strahlung, mit einer Vielzahl von photoempfindlichen Einrichtungen, die einander benachbart auf einer Seite der Einrichtung zur Erzeugung von Szintillationen angeordnet sind, wobei die photoempfindlichen Einrichtungen elektrische Impulse in Abhängigkeit vom Auftreten jeder Szintillation erzeugen und die stellungsmäßige Beziehung der photoempfindlichen Einrichtungen relativ zur Szintillationserzeugungseinrichtung derart ist, daß eine Störung in der Beziehung zwischen den Koordinaten der Szintillationen und der elektrischen Impulse auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß Signalwandlereinrichtungen (53 bis 66) vorgesehen sind, die Eingänge zur Aufnahme der elektrischen Impulse als Eingangssignale und Ausgänge (66) aufweisen, daß die Signalwandlereinrichtungen (65 bis 66) Ausgangssignale erzeugen, die im allgemeinen die Koordinaten der Szintillationen darstellen,

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daß erste Einrichtungen (69, D2, R4) auf das Auftreten von Eingangssignalen oberhalb eines ersten Amplitudenbereichs und innerhalb eines höheren zweiten Amplitudenbereichs ansprechen und die Verstärkung der Signalwandlereinrichtungen (53 bis 66) derart abwandeln, daß die Signale im zweiten Amplitudenbereich gedämpft werden, wodurch die Entsprechung zwischen den betreffenden Signalen und den Koordinaten der Szintillationen verbessert wird, und daß zweite Einrichtungen (73t D3» R5) auf das Auftreten von Eingangssignalen in einem dritten Amplitudenbereich mit höheren Amplituden als der zweite Amplitudenbereich ansprechen und die Verstärkung der Umwandlungseinrichtungen (53 bis 66) weiter derart abwandeln, daß die Signale im dritten Bereich gedämpft werden, um die Entsprechung zwischen den betreffenden Signalen und den Koordinaten der Szintillationen weiter zu verbessern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen (69, D2, R4) eine Vorspannungseinrichtung mit Ausgangselementen (D2, R4), die an die Ausgänge (66) der Signalumwandlungseinrichtungen (53 bis 66) angeschlossen sind, und Eingangselemente (69) enthalten, daß eine erste Vorspannungsquelle (70) an die Eingangselemente (69) der ersten Einrichtungen (69, D2, R4) angeschlossen ist, daß die zweiten Einrichtungen (73, D3, R5) eine weitere Vorspannungseinrichtung mit Ausgangselementen (D3, R5), die an die Ausgänge (66) der Signalumwandlungseinrichtungen (53 bis 66) angeschlossen sind,

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lind Eingangselemente (73) enthalten, und daß eine zweite Vorspannungsquelle (74) mit einem von der ersten Vorspannungsquelle verschiedenen Größenwert vorgesehen und an die Eingangselemente (73) der Vorspannungseinrichtung der zweiten Einrichtungen (73, D3, R5) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspannung einen derartigen Wert besitzt, daß die Verstärkung der Signalumwandlungseinrichtungen (53 bis 66) abgewandelt wird, wenn deren Ausgangssignale bei oder ungefähr bei 50% der von den Umwandlungseinrichtungen erwarteten Spitzensignalamplituden liegen, und daß die zweite Vorspannung einen derartigen Wert besitzt, daß die Verstärkung weiter abgewandelt wird, wenn die Ausgangssignale von den Umwandlungseinrichtungen (53 bis 66) bei oder ungefähr bei 70% der erwarteten Spitzensignalamplitude liegen.

A. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Vorverstärker (57) mit je einem Eingang (58) zur Aufnahme elektrischer Impulse als Eingangssignale und je einem Ausgang (66), wobei der Vorverstärker (57) Ausgangssignale erzeugt, die im allgemeinen die Koordinaten der Szintillationen kennzeichnen, eine erste Vorspannungsquelle (70), eine erste Vorspannungseinrichtung (67), die die erste Vorspannungsquelle (70) an die Ausgänge (66) der Vorverstärker (57) ankoppelt, wobei die erste Vorspannungseinrichtung (57) in den leitenden Zustand geht, wenn die Größe der Ausgangssignale der Vorverstärker (57) die Größe der ersten Vorspannung über-

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schreitet, wobei die Verstärkung der Vorverstärker (57) für einen zweiten Bereich von Signalamplituden verringert wird, der über einem ersten Amplitudenbereich liegt,

eine zweite Vorspannungsquelle (74), die eine Spannung liefert, die größer als die Spannung der ersten Vorspannungsquelle (70) ist,

und eine zweite Vorspannungseinrichtung (68), die die zweite Vorspannungsquelle (7A) mit dem Ausgang (66) der Vorverstärker (57) verbindet, wobei die zweite Vorspannungseinrichtung (68) leitend wird, wenn der Größenwert des Ausgangssignals den Größenwert der zweiten Vorspannung überschreitet, wobei die Verstärkung der Vorverstärker (57) für einen dritten Bereich von Signalamplituden weiter reduziert wird, die in einem höheren Amplitudenbereich als dem zweitenBereich liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vorspannungseinrichtungen (67, 68) eine Diode (D2, D3) enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch A oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspannung einen Wert besitzt, der ungefähr 50% des Werts eines vorgegebenen Spitzenwertsignals besitzt, welches am Ausgang der Vorverstärker (57) auftritt, und daß die zweite Vorspannung einen Wert von ungefähr 70% des betreffenden Spitzenwertsignals besitzt.

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-D-

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindlichen Einrichtungen eine im allgemeinen hexagonale Anordnung besitzen, in der eine im wesentlichen hexagonal angeordnete innere Gruppe von einer weiteren, im wesentlichen hexagonal angeordneten äußeren Gruppe umgeben ist, daß die höhere Spannungsquelle über die Vorspannungseinrichtungen nur den Vorverstärkerausgängen für die photoempfindlichen Einrichtungen in der inneren Gruppe, und die niedere Sp_annung_Sq_Uen_e über Vorspannungseinrichtungen nur den Vorverstärkerausgängen der photoempfindlichen Einrichtungen außerhalb der inneren Gruppe zuführbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß in der inneren Gruppe (5, 6, 9, 10, 11, 14, 15) sieben photoempfindliche Einrichtungen, und in der äußeren Gruppe (1, 2,3, 4, 7, 8, 12, 13, 16, 17, 18, 19)zwölf photoempfindliche Einrichtungen enthalten sind.

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