DE3151548A1

DE3151548A1 - Kamerasystem, insbesondere gammakamera

Info

Publication number: DE3151548A1
Application number: DE19813151548
Authority: DE
Inventors: Vincent Southbury Conn. Berluti jun.; Israel New York N.Y. Metal
Original assignee: Machlett Laboratories Inc
Current assignee: Machlett Laboratories Inc
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1982-10-28
Also published as: IL64144A; FR2497356A1; IL64144A0; IT1172070B; GB2103047A; FR2497356B1; IT8149703A0; JPS57133372A; GB2103047B; US4413183A

Description

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DORNER & HUPNAGSL PATENTANWÄLTE

LANOtMEHRSTR. 37 BOOO MÜNCHEN 3

München, den 21. Dezember 1981 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 302

The Machlett Laboratories Inc., Stamford, Connecticut, Vereinigte Staaten von Amerika

Kamerasystem, insbesondere Gammakamera

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem, insbesondere eine Garnmakamera.

Kameras zur Erzeugung eines Bildes einer radioaktiven Quelle bestehen häufig aus einem Szintillationskristall und einem Kollimator, mittels dessen die Strahlungsenergie von der Quelle zu dem Szintillationskristall geführt wird.Eine im folgenden auch als Array bezeichnete räumlich verteilte Anordnung von Photomultipliern, das auf der dem Szintillationskristall gegenüberliegenden Seite angebracht ist.dient zur Aufnahme von Lichtblitzen, die der Kristall in Abhängigkeit von der einfallenden Strahlungsenergie aussendet. Die von den einzelnen Photomultipliern empfangene Lichtenergie wird durch mit den Photomultipliern verbundene Integrationsschaltkreise gemessen. Die relativen Größen dieser Energien dienen zur Lokalisierung der einzelnen Lichtblitze auf dem Kristall, Die gespeicherte Energie jedes Photomultipl iers wird in ein Signal umgewandelt, das mit den Signalen kombinierbar ist, die den Energiebeträ'gen der anderen Photornultiplier entsprechen. Es ist bekannt, daß eine hochaktive Strahlungsenergiequelle den Szintillationskristall aufeinanderfolgend mit Photonen hoher Strahlungsenergie,beispielsweise der Energie von Röntgen- oder Gammastrahlen in rascher Folge beleuchtet. Eine derartige jeweils kurzzeitige

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Beleuchtung ermöglicht hochauflösende Bilder der Quelle, falls die elektronische Schaltung zur Bildung von Impulssignalen aus der von den'P'hotomultipiiern aufgenommenen Energie mit einer Geschwindigkeit arbeiten kann, die mit der Geschwindigkeit vergleichbar ist, mit welcher die Hochenergiequanten auf den Szintillationskristall auftreffen. j

Probleme ergeben sich aus der Notwendigkeit, die Energie der einzelnen in Abhängigkeit von jedem Hochenergiequant in dem Szintillationskristall erzeugten Lichtblitze zu in- > tegrieren, sowie wegen der Notwendigkeit, aus der integrier- ' ten Energie ein geeignetes Signal zu bilden, das sich mit den anderen Signalen zur Lokalisierung der Positionen der \ Lichtblitze kombinieren läßt. Das Lichtausgangssignal eines typischen Nal-Szinti1lationskristalls mit Thalliumdotierung ist beispielsweise gekennzeichnet durch eine näherungsweise ; konstante Lichtabgabe für etwa 150 Nanosekunden (ns), gefolgt _; von einem schnellen Abklingen mit einer Zeitkonstanten von etwa 230 ns. Zusätzlich existiert ein langsamer Abklingvorgang mit einer Zeitkonstanten von 1200 ns,Der Lichtimpuls I wird durch den Photomultipl ier in einen Stromimpuls umge- :^; wandelt. Etwa 90% der Lichtenergie werden von der Photomultiplierröhre in etwa 800 ns gesammelt. In Abhängigkeit von dieser gesammelten Lichtenergie wird ein Stromimpuls erzeugt. Dieser Stromimpuls wird einem Integrator·zugeführt, der daraus ^! einen Impuls erzeugt, dessen Amplitude der Energie des Stromimpulses proportional ist. Als Integratoren werden üblicherwei- j se sogenannte "Leckintegratoren" verwendet, deren Abkling- > zeitkonstante so eingestellt ist, daß der von ihm erzeugte ; Ausgangsimpuls 800 ns nach dem Beginn des Stromimpulses.d.h. dann, wenn etwa 90% der Lichtenergie von dem Photomultiplier \ gesammelt sind, seinen Spitzenwert hat. Da die Hochenergiequanten in einigen Fällen mit einer Folgegeschwindigkeit von ! weniger als 1,5 bis 2,0 Mikrosekunden (ms) empfangen werden, ' ist es notwendig, daß der Integrator die Integration been- ^: det hat, bevor der nächste Hochenergiequant ankommt, damit ' sich mit der Kamera hohe Bildauflösung und hohe Zählgeschwin-

digkeit realisieren lassen.

Der Erfindung liegt_:die Aufgabe zugrunde, ein Kamerasystem, insbesondere eine Gammakamera, zu schaffen, das den vorangehend beschriebenen Anforderungen gerecht wird.und dementsprechend eine hohe Bildauflösung und eine hohe Zählgeschwindigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Kamerasystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Erfindungsgemäß ist also im elektronischen System der Kamera jedem Photomultiplier sein eigener Integrator und seine eigene Impulsformerschaltung zugeordnet. In Abhängigkeit von jedem auf den Szinti ll'ationskristal 1 auftreffenden Photon erzeugt die Photomultiplierröhre einen Stromimpuls. Die von dem Photomultiplier erzeugte Gesamtladung ist der Anzahl der von dem Szintillator erzeugten Photonen proportional. Daher ist die Gesamtladung dem Energiepegel des auf den Szintillationskristall auftreffenden Photons proportional. Der von dem Photomultiplier erzeugte Stromimpuls wird einem Integrator zugeführt und von diesem integriert. Somit liefert letzterer ein Maß für die von der Photomultiplierröhre erzeugte Gesamtladung. Der Stromimpuls hat eine typische Impulsdauer von 800 ns Daraus folgt, daß das Ausgangssignal des Integrators 800 ns nach dem Beginn des von dem Photomultiplier erzeugten Stromimpulses die Gesamtladung und damit die Energie des auf den Kristall auftreffentlen Photons angibt. Der Stromimpuls wird einem Spitzenwertdetektor zugeführt, der den dem Spitzenwert des Stromimpulses entsprechenden Zeitpunkt ermittelt. Eine Zeitgebereinrichtung, z.B. ein monostabiler Multivibrator, wird von dem Spitzenwertdetektor getriggert und liefert daraufhin einen Zeitgeberimpuls mit einer vorbestimmten.Impuls-

dauer von beispielsweise 700 ns, so daß die*Hinterflanke des Zeitgeber impulses 800 ns nach dem Beginn des von dem Photomultiplier erzeugten Stromimpulses auftritt. Da während der mit demStart des von dem Photomultiplier gelieferten Stromimpulses beginnenden Zeitspanne von 800 ns etwa 90% der Lichtenergie von dem Photomultiplier gesammelt sind, dient die Hinterflanke des von der Zeitgebereinrichtung erzeugten Zeitgeberimpulses als Triggersignal zur Rückstellung des Integrators nach einer Integrationszeit von 800 ns. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet der Integrator einen Kondensator und einen Feldeffekttransistorν dessen Source- und Drain-Elektroden dem Kondensator parallelgeschaltet sind. Während der ersten 800 ns des Stromimpulses bildet der Feldeffekttransistor einen dem Kondensator paral IeI liegenden offenen Stromzweig, so daß der Integrator den Stromimpuls sauber integriert und eine Ausgangsspannung liefert, die von einem anfänglichen Referenzpegel, z.B. Erdpotential, auf einen Spitzenwert ansteigt.der dem Betrag der von dem Photomultiplier erzeugten Ladung proportional ist. Am Ende der genannten Zeitspanne von 800 ns wird die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von der Hinterflanke des vor der Zeitgebereinrichtung erzeugten Zeitgeberimpulses aktiviert, so daß der Feldeffekttransistor leitend wird und einen Kurzschlußkreis für den Kondensator bildet, durch den dieser entladen wird, woraufhin das Ausgangssignal des Integrators auf seinen anfänglichen Referenzpegel zurückgestellt wird. Auf diese Weise reagiert der Integrator in geeigneter Weise auf einen von dem Photomultiplier in Abhängigkeit von einem vorangehenden auftreffenden Photon erzeugten Stromimpuls.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Kamerasystems gemäß

der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine Expl^sionsdarstellung einer Photomulti-

plieranordnung gemäß Fig. 1. Sie veranschaulicht die Position der Photomultiplier in Bezug auf einen Szin tillationskristall und einen Kollimator,.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm der elektrischen Schaltung des Impulsformers und des Diskriminators gemäß Fig. 1.,

Fig. 4 und 5 zeigen eine Schaltung zum Kombinieren der Impulssignale bzw. eine Tabelle von Widerstandswerten . zur maßstabsgerechten Bemessung dieser Signale für die Kombinationsschaltungen gemäß Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild des elektrischen Teiles eines Kamerasystems 20 umfaßt eine Mehrzahl von Kanälen. Im dargestellten Beispiel sind es neunzehn Kanäle 22. bis 22._g. Jeder Kanal 22 beinhaltet einen Photomultiplier einen Integrator und Impulsformer 28 sowie einen Diskriminator 30 für die Amplituden der von dem Integrator und dem Impulsformer 28 gelieferten Signale. Jeder der Kanäle 22. bis 22._g ist mit vier Kombinationsschaltungen 31 bis 34 verbunden. Diese sind mit jeweils einem Abtaster 37 bis 39 verbunden. Die Ausgangssignale der Abtaster 37 und 38 werden mit Hilfe der Einrichtungen 42 und 44 in eine geeignete Gewichtung gebracht und den Klemmen X bzw. Y einer im folgenden als Display bezeichneten Anzeigevorrichtung 46 zugeführt. Der Ausgang der Kombinierschaltung 34 ist mit einem Analysierer 48 verbunden, der die Impulshöhe der von der Kombinierschaltung 34 gelieferten Impulse analysiert und dessen Ausgangssignal über die Leitung 50 einerseits den Abtasteinrichtungen 37 bis 39 als Triggersignal zugeführt wird und andererseits über e,ine Verzögerungseinrichtung 52 eine monostabile Kippstufe 54 triggert. Die Kippstufe 54 bildet ein Gatter für das Display 46 und dient zur Erleuchtung desselben, nachdem die Signale der Abtasteinrichtungen 37 und 38 in den Einrichtungen 42 und 44 maßstabsgerecht umgewandelt worden sind.

Während des Betriebes liefert der elektrische Teil des Ka-

merasystems 20 ein Bild auf dem Display 46, das den von den Photomultipliern 24 in jedem der Kanäle 22. bis 22_ig erzeugten Signalen entspricht ο Dies geschieht in folgender Weise: In jedem der Kanäle 22^ bis 22^₉ liefert der Photomultiplier 24 einen Stromimpuls, der einem auf die, Photomultiplier 24. bis 24₁₉ auftreffenden Lichtblitz entspricht. Diese Lichtblitze werden in Abhängigkeit von einem entsprechenden Gammaquant oder Röntgenstrahlungs-Photon erzeugt, die auf einen weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 näher beschriebenen Szintillationskristall auftrifft, der vor den Photomultipliern 24 angeordnet ist. Der Lichtblitz repräsentiert die von dem Gammaquant auf den Szintillationskristall übertragene Energie. Die von den Photomultipliern 24/ bis 24₁₉ gelieferten Signale, die den einzelnen Lichtblitzen entsprechen, werden mit Hilfe der Integrator- und Impulsformerschaltung 28^ bis 28.J₉ geformt und sodann in den Kombinierschaltungen 31, 32 und 33 in der Weise miteinander kombiniert,daß sie ein Maß für die Energie und die relative Position eines Gammaquants odsr Röntgenstrahlungs-Photons darstellen, die auf den Szinti1lationskristall auftreffen.

Die Integrations- und Impulsformerschaltung 28 erhält von dem mit ihm gekoppelten Photomultiplier 24 einen Stromimpuls, der jeweils dem auftreffenden Gammaquant entspricht. Die Integratorund Impuisformerschaltuni 28 integriert diesen Stromimpuls und erzeugt eine Äusgafigsspannung, die von einem anfänglichen Referenzpegel, der im vorliegenden Beispiel von Erdpotential gebildet wird, auf eine Spitzenamplitude ansteigt, die der Größe der von dem Photomultiplier 24 erzeugten Ladung proportional ist. Die von den Photomultipliern 24 in den Kanälen 22. bis 22,j₉ erzeugten Stromirnpulse werden durch eine Rückstellschaltung 29 überwacht, deren Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben werden. Es genügt vorerst der Hinweis, daß dann, wenn die Integrator- und Impulsformerschaltungen 28 Ausgangsimpulse erzeugt haben,die für die in den von den Photomultipliern 24 erzeugten Stromimpulsen vorhandene Ladung kennzeichnend sind, in der Rückstellschaltung

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ein Rückstellsignal erzeugt wird, mittels dessen die Integrator- und Impulsformerschaitungen 28 zurückgestellt werden, so daß ihre Ausgangssignale wieder den anfänglichen Referenzpegel, d.h. Erdpotential, annehmen. Auf diese Weise sind die Schaltungen 28 in der Lage, sauber auf einen neuen Stromimpuls zu reagieren, der in Abhängigkeit von dem nächstfolgenden Gammaquant erzeugt wird.

Aufgrund ihres zeitlichen Verlaufs eignen sich die von den Integrator- und Impulsformerschaitungen 28 in jedem der Kanäle 22, bis 22,g erzeugten Signale dazu, arithmetisch zu einer Information kombiniert zu werden, die die Position des Auftreffortes eines 'Gammaquants auf den Szintillationskristall beinhaltet.

Jeder der Diskriminatoren 30 ist mit jeder der Kombinierschaltungen 31 bis 34 in der in Fig. 1 dargestellten Weise verbunden. Genauere Einzelheiten dieser Verbindung sind in Fig. 3 und 4 zu erkennen, aus denen hervorgeht, daß jeder Diskriminator zwei Ausgänge besitzt, die in einer vorgeschriebenen Art und Weise mit den betreffenden Kombinierschaltungen 31 bis 34 in Verbindung stehen. Die Kombinierschaltungen 31 bis 34 sind - wie aus Fig. 4 hervorgeht mit Widerständen ausgestattet, mittels derer die Beiträge der Diskriminatoren 30 in Übereinstimmung mit der Geometrie der Photomultiplier 24 maßstabsgerecht aufbereitet werden, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Somit entstehen Signale, die die X-Komponente und die Y-Komponente des Auftreffortes eines Gammequants auf den Szintillationskristall repräsentieren. Die Kombinierschaltung 31 liefert die X-Komponente, während die Kombinierschaltung 32 die Y-Komponente liefert. Die Kombinierschaltung 33 liefert ein Signal, die ein Maß für die von allen Photomultipliern 24 aufgenommene Gesamtenergie darstellt und zur Normierung der Signale für die X-Komponente und die Y-Komponente um einen Faktor dient, der sie energieunabhängig macht. Die Kombinierschaltung 33 ist vorteilhar-

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terweise mit variablen Skalierwiderständen versehen, mittels derer sich das System 20 ausrichten läßt, um auf diese Weise irgendwelche in dem Bild des Displays 46 erscheinenden Verzeichnungen zu minimieren.

Das Bild auf dem Display 46 wird ferner mit Hilfe der Kombinierschaltung 34 und des Analysierers 48 verbessert. Die Kombinierschaltung 34 arbeitet in ähnlicher Weise wie die Kombinierschaltung 33 und liefert ein Maß für die von den, Photomultipliern 24 aufgenommene Gesamtenergie. Der Analysierer 48 ist ein Impulshöhenanalysierer bekannter Bauart, der an die Leitung 50 das oben erwähnte von den Signalen der Kombinierschaltung 34 abhängige Signal nur dann liefert, wenn diese Signale anzeigen, daß die Energie eines auftreffenden Gammaquants einen vorbestimmten minimalen Energiepegel überschreitet und unterhalb eines vorbestimmten maximölen Energiepegels liegt» Diese Enemiepegel sind durch die Bedienungsknöpfe 56 und 58 einstelibar.Die Abtaster 37 bis 39 werden in Abhängigkeit von dem Signal auf der Leitung getriggert und liefern eine Abtastprobe der an den Ausgängen der Kombinierschaltungen 31 bis 33 auftretenden Span- , nungen. Die Dauer dieser Abtastproben reicht aus, damit die j Einrichtungen 42 und 44 zur maßstabsgerechten Umsetzung die von ihnen bezweckte Multiplikation ausführen können. Die Einrichtungen 42 und 44 sind handelsübliche Multiplizierschaltungen, beispielsweise das unter der Bezeichnung "Intronics" erhältliche Model! Nr. 505. Die Einrichtung 52 multipliziert das Ausgangssignal der Äbtasteinrichtung 37 mit dem Reziprokwert des Ausgangssignals der Abtasteinrichtung 39. Die Einrichtung 44 multipliziert das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung 38 mit dem Reziprokwert des Ausgangssignals der Abtasteinrichtung 39. Die Werte der von den Abtasteinrichtungen 37 bis 39 gelieferten Signale entsprechen den Signalwerten der Kombinierschaltungen 31 bis 33, die in Übereinstimmung mit den Werten der . Skal ierviderstände in der weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Weise erzeugt werden.

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In Fig. 2 ist ein Array der Photomultiplier 24 dargestellt, wobei jeder einzeln^ dieser Photomultiplier 24 zur Identifizierung seiner örtlichen Lage in dem Array numeriert ist. Der zentrale Photomultiplier 24 trägt die Nummer 1, die Photomultiplier des inneren Sechsecks sind mit den Nummern 2 bis 7 versehen, und die Photomultiplier des äußeren Sechsecks tragen die Nummern 8 bis 19. In Fig. 2 ist ferner ein Szintillator 60 in Form eines Kristalls aus einem Material dargestellt, das Licht emittiert, wenn es durch Hochenergiestrahlung angeregt wird. Ein solches Material ist beispielsweise Natriumiodid mit Thalliumdotierung. Der Szintillator 60 ist relativ zu den Photomultipliern 24 von einem Gehäuse 62 gehalten. Ein Kollimator 66 mit parallelen Durchgängen, über welche Hochenergiephotonen zu dem Szintillator 60 geleitet werden, ist mit Hilfe des Gehäuses 62 vor dem Szintillator 60 positioniert und in Richtung einer (nicht dargestellten) Quelle für Hochenergiestrahlung orientiert. Von dieser QuelIe in Richtung der Achse des Kollimators 66 ausgestrahlte Hochenergie-Photonen gelangen durch die Durchgänge 68 und beleuchten den Szintillator 60 in einem Muster, das der Form der Quelle entspricht. Photonen, die in einer nichtaxialen Richtung auf den Kollimator 66 auftreffen,werden im wesentlichen in dem Material, vorzugsweise Blei,absorbiert, aus welchem der Kollimator 66 hergestellt ist.

Ein Referenzsystem 70 mit einer X-Koordinatenachse und einer Y-Koordinatenachse kann an irgendeiner Stelle auf dem Array der Photomultiplier 24 positioniert werden. Er ist vorzugsweise auf diesem Array zentriert, so daß die Y-Achse durch die Photomultiplier mit den Nummern 19, 1 und 13 verläuft, während die Y-Achse durch die Photomultiplier mit den Nummern 10, 3, 1, 6 und 16 verläuft. In der Kombinierschaltung 31 von Fig. 1 werden die von den Photomultipliern gelieferten Signale in Bezug auf die X-Achse in Übereinstimmung mit ihrer jeweiligen Distanz von der Y-Achse in geeigneter Weise maßstabsgerecht umgesetzt oder gewuchtet. In ähnlicher Weise gewichtet die Kombinierschaltung 32 (Fig. 1) für die Y-Koor-

dinate die von den Photomultipliern 24 gelieferten Signale in Übereinstimmung mit ihren jeweiligen Abständen von der X-Achse. Diese Gewichtung wird weiter unten in Verbindung mit der in Fig. 5 dargestellten Tabelle näher beschrieben. Der Abstand zwischen dem Szintillator 60 und dem Array der Photomultiplier 24 kann unterschiedlich gewählt sein. Es wurde jedoch herausgefunden, daß ein Abstand in der Größenordnung von etwa einem halben Durchmesser zur Erzeugung eines scharfen Bildes auf dem Display 46 von Fig. 1 am vorteilhaftesten ist.

Im folgenden sei Fig. 3 näher betrachtet. Jeder der Kanäle 22. bis 22-g besitzt zwei mit dem Buchstaben A und Z bezeichnete Ausgangsklemmen, die ferner durch die Zahlen 1 bis 19 gekennzeichnet sind, wenn die Klemmen eines spezifischen Kanals 22 identifiziert werden sollen. Die Klemmen A sind mit Hilfe der in Fig. 4 und 5 dargestellten Verbindungen mit den Kombinierschaltungen 31 und 32 gekoppelt, während die Klemmen Z mit den Kombinierschaltungen 33 und 34 gekoppelt sind. Jeder Photomultiplier 24 wird von einer in der Zeichnung als Batterie 72 dargestellten elektrischen Energiequelle gespeist. Seine photoelektrische Elektrode 74 ist mit dem negativen Pol der Batterie 72 verbunden, während seine Anode 76 über einen Widerstand 77 und ein Integr.ationsnetzwerk 81 mit Masse 80 und dem positiven Pol der Batterie 72 verbunden ist. Das Integrationsnetzwerk 81 beinhaltet einen Kondensator 82 sowie einen diesem parallel geschalteten Widerstand 78. Es ist ferner ein Feldeffekttransistor 79 vorgesehen, dessen Source (S) und Drain (D) dem Kondensator.78 in der dargestellen Weise parallelgeschaltet sind. Es sei erwähnt, daß durch Erdung des positiven Pols der Batterie 72 sowie dadurch, daß der Integrationskondensator 82, der Widerstand 78 und der Transistor 79 zwischen die Anode 76 und Erde geschaltet sind, Rauschspannungen erheblich verringert werden, die an den > Klemmen des Kondensators 82 auftreten können. Wegen der ver- '·. gleichsweise hohen Ausgangsimpedanz des Photomultipliers 24 j und der relativ niedrigen Eingangsimpedanz der Impulsformer- !

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schaltung 38 ist zwischen dem Kondensator 82 und der Impulsformerschaltung 28 jein Verstärker 84 mit Widerständen 86 und 88 eingefügt, dtr-als Impedanzwandler dient. Eine Klemme des Kondensators 82 ist mit der +-Eingangsklemme des Verstärkers 84 verbunden, während der Widerstand 88 zwischen den—Eingang des Verstärkers 84 und Erde geschaltet ist. Der Widerstand 86 bildet einen Rückkopplungspfad zwischen dem Ausgang des Verstärkers 84 und seinem —-Eingang.

Die Anode 76 des Photomultipliers 24 ist ferner mit der Rückstellschaltung 29 zur Erzeugung des Steuersignals für die Gate-Elektrode (G) des Feldeffekttransistors 79 verbunden. Dieses Steuersignal wird erzeugt, wenn etwa 90% der von dem Szintllator 60 erzeugten Lichtenergie in dem Photomultiplier 24 gesammelt sind. Dies sei im einzelnen kurz erläutert: Als Reaktion auf das Auftreffen eines Gammaquants erzeugt der Photomultiplier 24 einen Stromimpuls 93. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, ist dieser Stromimpuls durch eine Periode von näherungsweise konstantem Pegel gekennzeichnet, die etwa 150 ns andauert und der eine schnelle Abklingphase mit einer Zeitkonstanten von 230 ns sowie eine langsame Abklingphase mit einer Zeitkonstanten von 1200 ns folgen. Die Fläche unter dem Stromimpuls 93 erreicht 800 ns nach dem Beginn des Stromimpulses einen im wesentlichen konstanten Pegel. D.h. daß 800 ns nach dem Beginn des Stromimpulses 90% der Lichtenergie von dem Photomultiplier 24 gesammelt sind. Der Stromimpuls erzeugt an der Klemme 82 eine Spannung, die einen Spitzenwert in im wesentlichen demselben Zeitpunkt besitzt·, in welchem der Stromimpuls seinen Spitzenwert hat. Diese Spannung wird der Pufferschaltung 94 zugeführt, die hier als Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad und Rpckkopplungswiderstand ausgebildet ist.Der Spannungsimpuls, der am Ausgang der Pufferschaltung 94 erzeugt wird, besitzt seinen Spitzenwert im wesentlichen zu derselben Zeit, in welcher auch der Spitzenwert des von dem Photomultiplier 24 erzeugten Stromimpulses 93 auftritt. Die von den Pufferschaltungen 94 erzeugten Spannungen werden in einem Summiernetzwerk 95 sunnert. Das Ausgangssignal des Netzwerkes 95 wird

einem Spitzenwertdetektor 104 zugeführt. Dieser erzeugt einen THggerimpuls, 6sr dem Spitzenwert des von dem Netzwerk 94 erzeugten Spannungsimpulses entspricht (und- daher in dem Zeitpunkt auftritt, in welchem auch der von dem Photomultiplier 24 erzeugte Stromimpuls 93 seinen Spitzenwert hat). Der von dem Netzwerk 95 gelieferte Spannungsimpuls erreicht seinen Spitzenwert beispielsweise 100 ns nach dem Eintreffen des Gammaquants auf dem Szintillator 60. Der Triggerimpuls wird einem monostabilen Multivibrator (Flip-Flop) 108 zugeführt, der daraufhin einen Impuls mit einer Impulsdauer von 700 ns erzeugt. Die Hinterflanke dieses Impulses tritt also etwa 800 ns nach dem Beginn des von dem Photomultiplier 24 erzeugten Stromimpulses oder zu einem Zeitpunkt auf, in welchem 90% der Lichtenergie von dem Photomultiplier gesammelt sind. Der Pegel des von dem Integrator erzeugten Signals beginnt infolgedessen bei einem anfänglichen Referenzpegel, im vorliegenden Fäll Erdpotential, und wächst auf einen Spannungspegel, der mit einer Genauigkeit von 10% ein Maß für die Energie des auftreffenden Gammaquants bildet. Die Hinterflanke des von dem monostabilen Multivibrator 108 erzeugten Impulses wird mit Hilfe eines Hinterflankendetektors 110 festgestellt, der daraufhin ein Steuersignal (z.B. einen kurzen-" Impuls. 112) für die Gate-Elektrode (G) des FeldeffekttraniistOrs 79 erzeugt und damit eine niederohmige Verbindung zwischen den zuvor einen Leerlaufkreis bildenden Source- und Drain-Elektroden herstellt. Durch dieses Steuersignal (z.B. den Impuls 112)wird der Kondensator 78 kurzgeschlossen, wodurch das Ausgangssignal des Integrators auf seinen anfänglichen Referenzpegel, d.h. auf Erdpotential, zurückgestellt wird. Es sei erwähnt, daß dieses Steuersignal 112 allen neunzehn Kanälen 22^ bis 22₁₉ zugeführt wird. . '

Der hinter der Impulsformerschaltuiig 28 liegende Verstärker und Diskriminator 30 beinhaltet einen Pufferverstärker 113, Widerstände 114 bis 119 sowie Dioden 120, 122 und 124.

Die Diode 120 bewirbt zusammen mit den Widerständen 115 und 117 eine Amplitudendiskrimination. Von der Impulsformerschaltung 28 gelieferte impulse, deren Amplitude kleiner ist als der Durchlaßspannungsabfal! der Diode 120, werden unterdrückt, Diejenigen Impulse der Impulsformerschaltung 28_S deren Spannungsamplitude größer ist als der Durchlaßspannungsabfall der Diode 120, steuern letztere in ihren leitenden Zustand, so daß die Spannung an der Klemme A erscheint. Die an der Klemme A auftretenden Signale sind infolgedessen ausgewählte Signale. Es handelt sich um diejenigen Signale, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, der von dem erwähnten Durchlaßspannungsabfall der Diode 120 gebildet wird, während die an der Klemme Z auftretenden Signale auch diejenigen Signale beinhalten, deren Wert zu klein ist, um die Diode 120 passieren zu können.

Zur Vereinfachung ist in der Zeichnung eine Batterie 72 mit fester Spannung dargestellt. Es ist jedoch vorteilhaft, eine variable Spannungsquelle zu verwenden,deren Spannung so eingestellt ist, daß am Ausgang der E-Kombinierschaltung 24 ein vorbestimmter Signalwert auftritt, wenn die Photomultiplier 24 von einem spezifischen Isotop aktiviert werden. Daraus ergibt sich eine Normierung des Systems 20 für spezifische Isotope derart, daß der Grenzwert des Diskriminator 30 stets einen optimalen Wert hat. Außerdem variieren die Multiplikationsfaktoren in den Einrichtungen 42 und 44 innerhalb eines vorbestimmten Größenbereiches und erlauben damit einen optimalen Betrieb der Einrichtungen 42 und 44 zur maßstäblichen Gewichtung.

Nunmehr sei auf Fig. 4 und 5 Bezug genommen, die ein Blockdiagramm der Kombinierschaltung 31 von Fig. 1 bzw. eine Tabelle mit den Werten der Summierwiderstände darstellen,welche zur Maßstabumsetzung oder Gewichtung der von den Kanälen 22 gelieferten Signale dienen. Die Tabelle hat vier Zeilen, die jeweils den Widerstandswerten der Kombinierschaltungen 31, 32, 33 und 34 entsprechen. Die Schaltungskonfigurationen

der vier Kombinie^schaltungen 31 bis 34 sind identisch.Dementsprechend ist nur die Kombinlerschaltung 31 näher dargestellt. Wie erwähnt sind die X-Koordinaten-Kombinierschaltung 31 und die Y-Koordinaten-Kombinierschaltung 32 jeweils mit den Klemmen A1 bis A19 der Kanäle 22 verbunden, während die Z-Kombinierschaltung 33 und die E-Kombinierschaltung 34 jeweils mit den Klemmen Z1 bis Z19 der Kanäle 22 verbunden sind =

Die in Fig. 4 dargestellte Kombinierschaltung 31 umfaßt einen Verstärker 28, Summierwiderstände 130, einen Widerstand 132, der den +-Eingang des Verstärkers 128 mit Erde 80 verbindet, einen Widerstand 134, der den —-Eingang des Verstärkers 128 mit Erde verbindet, einen RückkoppluTigswiderstand 136, der die Ausgangsklemme des Verstärkers 128 mit seinem —-Eingang verbindet und zur Einstellung des Verstärkungsgrads des Verstärkers 128 dient, sowie ein Potentiometer 138, das zwischen einer positiven und einer negativen Spannungsquelle liegt und über einen Widerstand 140 mit dem—-Eingang des Verstärkers 128 verbunden ist und eine einstellbare Offsetspannung liefert. Während 19 Klemmen A1 bis A19 existieren, sind nur 16 Summierwiderstände 130 in der Kombinierschaltung 31 vorgesehen. Zu den Klemmen A1, A13 und A19 bestehen keine Verbindungen, was in der ersten Zeile von Fig. 5 durch die Buchstaben NC gekennzeichnet ist. Der Grund für das Fehlen einer Verbindung zu den Klemmen A1, A13 und A19 ergibt sich aus der.Anordnung der Photomultiplier 24 in Fig. 2, aus der man erkennt, daß die entsprechend numerierten Photomultiplier 24 auf der Y-Achse liegen und dementsprechend in Bezug auf die Positionsbestimmung in Richtung der X-Achse mit einer NuI1-Gewichtung versehen werden müssen.

In der zweiten Zeile der in Fig. 5 'dargestellten Tabelle erkennt man, daß in der Y-Achsen-Kombinierschaltung 32 keine Verbindung für die Signale von fünf der Photomultiplier 24 und der entsprechend numerierten Klemmen vorgesehen ist.Dies sind die Klemmen t, 3, 6, 10 und 16. Die fehlenden Verbin- j

dungen sind in der zweiten Zeile der in Fig. 5 dargestellten Tabelle gezeigt. Das Fehlen dieser Verbindungen ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß - wie aus Fig. 2 erkenn- bar - diese fünf Multiplier auf der X-Achse liegen und daher keinen Beitrag zu Verschiebungen in Richtung der Y-Achse leisten.

Die Werte der Summierwiderstände 130 sind den Abständen der entsprechenden Photomultiplier 24 von einer Koordinatenachse des Bezugsrahmens 70 in Fig. 2 umgekehrt proportional. So sind beispielsweise den Photomultipliern 24 mit den Nummern 2, 4, 5 und 7 Widerstandswerte von 12 KOhm in der X-Kombinierschaltung 31 zugeordnet, da ihre Zentren einen Abstand von der Y-Achse haben, der einem halben Durchmesser entspricht. Den Photomultipliern 24 mit den Nummern 8, 3, 12, 14, 6 und 18 sind in der X-Kombinierschaltung 31 Widerstandswerte von 6 KOhm zugeordnet, da ihre Zentren einen Abstand von der Y-Achse haben, der einem ganzen Durchmesser entspricht. Den Photomultipliern 24 mit den Nummern 9, 11, 15 und 17 sind in der X-Kombinierschaltung 31 Widerstandswerte von 4 KOhm zugeordnet, da ihre Zentren einen Abstand von eineinhalb Durchmessern von der Y-Achse haben. Den Photomultipliern mit den Nummern 10 und 16 schließlich sind in der X-Kombinierschaltung 31 Widerstandswerte von 3 KOhm zugeordnet, da ihre Zentren einen Abstand von zwei Durchmessern von der Y-Achse haben. Entsprechendes gilt für die Widerstände der Y-Kombinierschaltung 32, wie aus der zweiten Zeile der in Fig. 5 dargestellten Tabelle hervorgeht, da die Photomultiplier 24 mit den Nummern 17, 7, 2, 9, 11, 4, 5 und 15 einen Abstand von der X-Achse aufweisen, der dem eineinhalbfachen desjenigen der Photomultiplier 18, 19, 8, 12, -13 und 14 entspricht.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Kombinierschaltung 31 sind die Summierwiderstände 130, die den rechts von der Y-Achse liegenden Photomultipliern 24 (Fig. 2) entsprechen, mit dem +-Eingang des Verstärkers 128 verbunden, während die Sum-

mierwiderstände, die den links der Y-Achse liegenden Photomultipliern 24 zugeordnet sind, mit dem —-Eingang des Verstärkers 128 verbunden sind. Dies ist in der ersten Zeile der in Fig. 5 dargestellten Tabelle angedeutet, in der Pluszeichen unter den Widerstandswerten für die mit den Klemmen 2 bis 4 und 8 bis 12 verbundenen Widerstände eingezeichnet sind, während unter die Widerstandswerte für mit den Klemmen 5 bis 7 und 14 bis 18 verbundenen Widerstände Minuszeichen eingetragen sind. In ähnlicher Weise sind in der zweiten Zeile der in Fig. 5 dargestellten Tabelle Pluszeichen und Minuszeichen unter den Widerstandswerten eingetragen, die jeweils anzeigen", daß die entsprechenden Widerstände entweder mit dem +-Eingang oder dem —-Eingang des Verstärkers verbunden sind. In der Z-KombinierschaItung 33 und der E-Kombinierschaltung 34 sind alle Surnmierwi der stände 130 mit dem--Eingang des Verstärkers 128 verbunden. Der +-Eingang ist über den Widerstand 132 geerdet. Für die Z- und E-Kombinierschaltungen 33 bzw. 34 können auf Wunsch veränderbare Summierwiderstände verwendet werden, die eine genauere Justierung der Gewichtungen entsprechend den von den verschiedenen Photomultipliern 24 stammenden Signalen erlauben, um auf diese Weise tonnenförmige Verzeichnungen und Nichtlinearitäten in dem Szintillator 60 zu minimieren und ein gleichförmigeres Bild auf dem Display 46 von Fig. 1 zu erzielen.

Claims

31515Λ8

Patentansprüche

Kamerasystem, insbesondere Gammakamera, gekennzei chnet durch

a) ein Array (70) von Detektoren (24) für Strahlungsenergie, die in einem vorbestimmten Anordnungsmuster für die Aufnahme dieser Energie angebracht sind.und deren jeder (24) bei Beleuchtung mit derartiger Energie einen Stromimpuls (93) liefert,

b) eine Mehrzahl von Integratoreinrichtungen (81), deren jede mit einem Exemplar der genannten Detektoren (24) verbunden ist und die jeweils eine Spannung erzeugen, die von einem anfänglichen Bezugspegel auf einen Spitzenwertpegel ansteigt, der für die Größe der Ladung in dem von dem betreffenden Detektor (24) erzeugten . Stromimpuls (93.) kennzeichnend ist,

c) Schaltmittel (29), die in Abhängigkeit von den von den Detektoren (24) erzeugten Stiromimpulse (93) einen Triggerimpuls (112) liefern, sowie

d) auf diesen Triggerimpuls (112) ansprechende Schaltmittel (79) zur Rückstellung der von der Integratoreinrichtung (81) erzeugten Spannung auf den anfänglichen Referenzpegel nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach Erzeugung des Stromimpulses (S3).
2. Kamerasystem nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Stromimpuls (93) einen Spitzenwert besitzt und daß die Schaltmittel (29) zur Erzeugung des Triggerimpulses (112) Mittel zur Feststellung des Spitzenwertes des Stromimpulses (93) beinhalten.
3. Kamerasystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (81) einen Kondensator (82) beinhaltet und daß die Rückstel leinriclr' 'ing einen Transistor (79) mit zwei dem Kondensator (82) parallel liegenden Elektroden (S, D) sowie mit einer durch den genannten Triggerimpuls (112) beaufschlagbaren Steuerelek-

-Ζ-

trode (G) umfaßt.
4. Kamerasystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Detektoren (24) Photodetektoren sind, die derart angeordnet sind, daß sie von einem Szintillator (60) in Abhängigkeit von einem auf diesen auftreffenden Gammaquant erzeugte Lichtblitze lokalisieren, wobei jeder dieser Photodetektoren (24) als Reaktion auf jeden einfallendenGammaquant einen Stromimpuls (93) erzeugt, und wobei die von jedem der Photodetektoren (24) erzeugte Ladungsmenge zu dem Anteil der Energie des von ihm ermittelten Quants in einer vorbestimmten Beziehung steht,

b) daß die mit jeweils einem der Photodetektoren (24) verbundenen zur Integration der Stromimpulse dienenden Integrationseinrichtungen (81). einen Spannungsimpuls erzeugen, der von einem anfänglichen Referenzpegel (Erde) auf einen Spitzenwertpegel ansteigt, der für die Ladungsmenge in dem ihm zugeführten Impuls kennzeichnend ist und ein Maß für den Teil der Energie des Quants bildet, der von dem betreffenden Photodetektor (24) ermittelt wird,

c) daß Schaltmittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den genannten Spannungsimpulsen Informationen zur Lokalisierung der von dem Szintillator (60) erzeugten Lichtimpulse liefern,

d) und daß von den Stromimpulsen beeinflußbare Schaltmittel (29) zur Rückstellung der von der Integratoreinrichtung (81) gelieferten Spannung auf den anfänglichen Referenzpegel vorgesehen sind, die nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach, dem Auftreten der Stromimpulse wirksam werden.
5. Kamerasystem nach Anspruch 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß jede der Integratoreinrichtungen (81) einen Kondensator (82) beinhaltet und daß die Schaltmittel zur Rück-

*\Λ

- 15- -

stellung folgende Teile umfassen:

(a) Schaltmittel ί 104) zur Ermittlung des Spitzenwertes des Stromirnpulses (93),

b) Schaltmittel (103, 110). zur Erzeugung eines Triggerimpulses (112) nach einer vorbestimmten Zeitspanne nach Ermittlung des Spitzenwertes des Stromimpulses (93),

c) sowie Schaltmittel '(79) zum Kurzschließen des Kondensators (82) der Integratoreinrichtung (81) in Abhängigkeit von dem genannten Triggerimpuls (112)*

Kamerasystem nach Anpruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Integratoreinrichtungen (81) einen Kondensator (82) beinhaltet und daß die Schaltmittel zum Kurzschließen des Kondensators (82) einen Transistor (79) umfassen, der zwei Elektroden (S, D) besitzt, die dem Kondensator (82) parallelgeschaltet sind, sowie eine Steuerelektrode (6), die durch den genannten Triggerimpuls (112) beaufschlagbar ist.