DK151650B - Straalingsafbildningsapparat omfattende en scintillationskrystal - Google Patents

Description

DK 151650 B

Den foreliggende opfindelse angår scintillåtionskameraer, der almindeligvis betegnes gammakameraer. Opfindelsen vedrører forbedring af opløsningen og ensartetheden af sådanne kameraer.

Indenfor kernemedicin anvendes scintillationskameraer til at detektere gammastråle- eller andre højenergiphotoner, som udsendes fra et legeme, hvori der er blevet indført en radioisotop. Photonerne udsendes i overensstemmelse med den grad, hvori isotopen er blevet absorberet i vævet, som skal undersøges. De udsendte photoner absorberes i et krystallinsk materiale, og en scintillation forekommer ved absorptionsstedet. Absorptionsstederne er i det væsentlige kongruente med det sted, hvorfra de udsendes, da photonerne rettes mod krystallet med en kollimator. Et sæt fotomultiplikatorrør, der almindeligvis er anbragt i sekskant, er optisk koblet til krystallet, så at hvert rør vil frembringe et udgangssignal, hvis størrelse afhænger af dets særlige geometriske forhold til den detekterede hændelse. Hvert rør har en x og y koordinat. Signalerne fra hvert rør føres til en modstandsvægt-ningsmatrix, som muliggør beregning af x- og y-koordinaterne for hver hændelse, x- og y-koordinatsignalerne anvendes til at drive et katode-strålerørs afbildningsorgan eller anden type afbildningsorgan, således at en intensitetsændring foretages eller skrives ved det koordinatpunkt i afbildningsorganet, som helst skulle svare til de sande koordinater for scintillationshændelsen. Sædvanligvis bliver energien af hver hændelse summeret og underkastet impulshøjdeanalyse. Hvis den samlede energi falder indenfor analysatorens vindue, frembringes en z-impuls, som ophæver slukningen af afbildningsorganet for at skrive lyspletten eller frembringe en anden form for intensitetsændring. En fotografisk film kan anvendes som en integrator for det store antal lyspunkter eller -pletter, som optræder på afbildningsorganets skærm. Et betydeligt antal scintillationshændelser kræves for at danne det endelige billede af radioaktivitetsfordeling i legemsvævet. Det foregående er et resumé af de grundlæggende og ideale egenskaber ved det velkendte Anger gammakamerasystem, som er beskrevet i USA patentskrift nr. 3.011.057.

Problemer opstår for konstruktører af gammakamerasystemer ved optimering af ensartethed og opløsning. På grund af det geometriske forhold mellem de forskellige fotomultiplikatorrør, når en radioaktivitetskilde med ensartet fordeling anbringes nær krystalskiven, og et fotografi laves af afbildningsorganet, vil fotografiet vise uensartet-hed, som er karakteristisk ved "varme punkter" under hvert fotomultiplikatorrør og "kolde punkter" mellem rørene. Med andre ord bliver et punkt eller en scintillationshændelse, som optræder mellem fotomulti-

2 DK 151650B

hvilket bevirker en formindskelse i punkttætheden eller intensiteten mellem rørene og en tilsyneladende forøgelse af intensiteten under rørene. En kendt metode til reduktion af denne uønskede effekt er at føre fotomultiplikatorrørene længere bort fra skiven. Dette sker imidlertid på bekostning af kameraets evne til at opløse små detaljer. Hvis små detaljer skal opløses, og hvis ensartethed eller overensstemmelse mellem de frembragte og afbildede billedmønstre skal opretholdes, skal udgangssignalerne fra fotomultiplikatorrørene følgelig modificeres eller korrigeres.

En fremgangsmåde til opnåelse af korrektion med ikke elektroniske midler er vist i USA patentskrift nr. 3.774.032. I dette patentskrift bliver fordelingen af scintillationer, som detekteres af fotomultiplikatorrørene, ændret ved anbringelse af masker mellem krystallet og rørene, så at lys fra visse områder af krystallet ikke kan gå direkte til fotomultiplikatorrørene. Dette reducerer udgangssignalet fra rørene for scintillationer, som optræder direkte under dem, men det tillader lys fra andre områder, dvs. fra områder mellem rørene, at gå direkte til dem. Resultatet er bedre, men ikke optimeret opløsning og ensartethed i billedet.

Det har hidtil været foreslået at opnå de i det nævnte patentskrift opnåede resultater ved anvendelse af elektroniske korrektionsmidler. Elektronisk korrektion er baseret på erkendelse af, at hvis indgangs- og udgangssignalerne fra forforstærkerne, som er koblet til fotomultiplikatorrørene, står-i et lineært forhold til hinanden, opretholdes den manglende proportionalitet mellem luminans og afstand, men hvis udgangssignalet modificeres, således at lavniveausignaler svarende til støj fjernes, og højniveausignaler svarende til scintillationshændelsen, som forekommer ved eller i nærheden af midten af røret, dæmpes, vil der opnås mere ensartet fordeling af lyspunkterne på ·afbildningsorganet.

Det er i USA patentskrift nr. 3.953.735 blevet påvist, at hvis udgangen på forforstærkerne bliver korrekt forspændt, kan højamplitude-signaler klippes eller dæmpes, hvilket er ækvivalent med at reducere forstærkningen af forforstærkerne for signaler over en forudbestemt amplitude. Ved dette arrangement er afbildningen af forforstærkerindgangssignaler i forhold til forforstærkerudgangssignaler lineær for et første signalområde med forholdsvis lavt niveau, og den har et knækpunkt, hvorefter forstærkningen reduceres for indgangssignaler med højere niveau. Dette frembringer nogen forbedring af ensartetheden og opløsningen, men der er stadig lokale "varme" og "kolde" punkter, som optræder tilfældigt over hele krystallet, idet de varierer fra system

3 DK 151650 B

til system og afhænger af de individuelle egenskaber ved komponenterne i systemet.

En yderligere betydelig forbedring er omhandlet i dansk patentansøgning nr. 4532/77. Dette er baseret på den erkendelse, at mere end én ændring af hældningen af indgangs-udgangsoverføringskarakteristikkerne for forforstærkerne kan eliminere de små lokale varme og kolde punkter, som stadig findes, når der anvendes kendt teknik til fjernelse af dem. To eller flere valgte forspændinger påtrykkes således udgangen på valgte forforstærkere for at bedre linearitet eller ensartethed og opløsning.

Andre metoder er blevet foreslået, såsom USA patentskrift nr. 3.980.886, hvor der anvendes dioder til at koble signaler fra et ulineært summeringskredsløb som et tilbagekoblingssignal for linearise-ring. En anden metode er vist i USA patentskrift nr. 3.908.128, hvor en diode eller et andet ulineært kompensationsorgan forspændes ved hjælp af en vekselstrøms- eller jævnstrømskilde, så at dioder i forforstærkerudgangskredsløbene til modstandsmatrixen ikke altid vil lede ved den identiske indgangssignalamplitude.

De foregående metoder frembringer linearitets- eller ensartet-heds- og opløsningsforbedringer, som er i hovedsagen tilstrækkelige, hvis alle photonerne har den samme energi. Selv om photonerne fra en given isotop er monoenergetisk, bringer variationer i scintillations-processen og detekteringsprocessen imidlertid de elektriske signaler fra fotomultiplikatorrørene til at variere og bevirker derved, at koordinaterne for hændelserne i afbildningsorganet mangler overensstemmelse med de sande koordinater for hændelserne. Det er således sædvanlig praksis at normalisere signalerne, hvilket går ud på at dividere koordinatsignalerne med summen af energien for hver hændelse. Ikke desto mindre er tidligere lineariseringsmetoder ikke tilstrækkelige, når der anvendes mere end én isotop med tydeligt forskellige nominelle photonenergier eller ved photoner, som har flere forskellige nominelle spidsenergier. Eksempelvis bliver radioaktivt gallium nu anvendt hyppigere til afbildning af blødvævssvulster eller svulster i afstand fra knoglen. Gallium har tre energispidser, og andre isotoper har energispidser, som kan ligge mellem 60 og 450 kiloelektronvolt. De hidtil mest almindeligt anvendte isotoper har almindeligvis et energiområde fra ca. 70 til 160 kiloelektronvolt. Ved nogle lejligheder af-bildes mere end én isotop ad gangen, hvilket gør de tidligere linearitetskorrektionsmetoder endnu mere utilstrækkelige, da de kun kan dække et lille energispektrum.

4 DK 151650 B

Et strålingsafbildningsapparat ifølge opfindelsen er af den art, der omfatter en scintillationskrystal, et følerarrangement bestående af et antal fotoelektriske transducere, der er beliggende på den ene side af scintillationskrystallen, og hver modtager strålingsenergi fra forskellige men indbyrdes overlappende områder af scintillationskrystallen, en signalkoordinatkonverter, der har en signalmodtagende indgang, og en signalafgivende udgang, forstærkningskredsløb og koblingskredsløb, som forbinder de enkelte fotoelektriske transducere med indgangen på signalkoordinatkonverteren, hvor hvert forstærknings- og koblingskredsløb har et antal knækpunkter i ind-gangs-udgangsamplitudeoverfØringskarakteristikken, og styreledninger til indstilling af knækpunkterne, og et afbildningsapparat, som er forbundet med udgangen på signalkoordinatkonverteren, og det for apparatet ifølge opfindelsen ejendommelige er, at det har et summeringskredsløb til frembringelse af et sumudgangssignal, der repræsenterer den samlede energi, som samtidigt afgives af de fotoelektriske transducere, forbindelser, som sammenkobler sammenhørende knæk-punktstyreledninger fra forskellige forstærknings- og koblingskredsløb i grupper, og signaloverføringsnetværk med forskellige overføringskoefficienter, som kobler sumudgangssignalet til forskellige knækpunktstyreledningsgrupper. Medens den ønskede korrektion af varme og kolde punkter tidligere kun skete for strålingsphotoner med et enkelt energiområde, kan denne korrektion ved hjælp af opfindelsen tilvejebringes for et bredt område af isotoper med forskellige photonenergier, idet der udledes et sumsignal svarende til den samlede energi af en hændelse, og forskellige procentdele af dette sumsignal føres til de forskellige grupper af knækpunktstyreledninger.

Den ulineære korrektion kan derfor anvendes uafhængigt af energierne af photonerne.

Efter at signalerne er behandlet som i det foregående afsnit, kan de anvendes til at beregne koordinaterne for scintillationshæn-delsen på enhver af flere sædvanlige måder, som er velkendt indenfor scintillationskamerateknikken.

5 DK 151650 B

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk diagram over et gammakamerasystem ved en udførelsesform for de nye energiuafhængige linear i te tskor rektionsorganer, idet kredsløbet, hvori forbedringen indgår,er vist detaljeret,og sædvanlige dele er vist i blokform, fig. 2 et billede set ind mod indgangsenderne af fotomultipli-katorrørene i et typisk, men ikke eneste arrangement, hvori der anvendes 37 fotomultiplikatorrør, fig. 3 nogle grafiske afbildninger, som er anvendelige til forklaring af impulshøjdeudvælgelse og normalisering, fig. 4 afbildninger af forholdet mellem signalspænding på indgangen af linearitetskorrektionsorganerne og udgangsspænding, efter at den er blevet korrigeret, fig. 5 en afbildning for to forskellige photonenergispektre af fotomultiplikatorrørsudgangsspændinger i forhold til afstanden for hændelser fra midten af rørene, hvor de fuldt optrukne linier gælder for ukorrigerede og de punkterede linier for korrigerede signaler, og fig. 6 en alternativ udførelsesform for detekteringskredsløb, til hvilket der anvendes ulinearitetskorrektion baseret på en procentdel af den samlede detekterede energi af en scintillationshændelse.

Yderst til venstre i fig. 1 er der vist et gammakamera, som generelt er betegnet med lo, og yderst til højre er der vist en monitor 11, hvorpå et radioisotopbillede kan afbildes synligt. Kameraet lo er i det væsentlige af Anger-typen omfattende en kollimator 12 med et antal parallelle lodrette huller til at rette photoner i retliniede baner opad fra et strålingsudsendende legeme, der ikke er vist, og som skulle anbringes under kollimatoren for at undersøges. Et scintillationskrystal 13 med stort areal er anbragt på udgangsenden af kollimatoren. Photoner med tilstrækkelig energi, som absorberes af krystallet 13, frembringer scintillationer eller lysglimt ved absorptionsstedet. Indgangsenderne af et antal fotomultiplikatorrør, der under et er betegnet med 14, ser hver scintillationshændelse gennem et optisk koblingsorgan med stort areal, der kan være en glasplade 15. Arrangementet af fotomultiplikatorrør set franeden i fig. 1 kan ses i fig. 2. I dette eksempel er der et system af 37 rør, men det vil forstås, at de nye linearitetskorrektionsorganer er anvendelige på systemer, som anvender ned til 3 rør, 19 rør,

6 DK 151650 B

Udgangen på hvert fotomultiplikatorrør er koblet til indgangen på en forforstærker. I fig. 1 er tre af de 37 forforstærkere vist, og de er betegnet med 16,17 og 18. Hver scintillationshændelse ses eller detekteres af hvert fotoraultiplikatorrør, og størrelserne af deres respektive udgangssignaler afhænger af deres afstand og geometriske stilling i forhold til hændelsen og af photonenergien. Rørene er anbragt på koordinatakser, som i fig. 2 er betegnet -x,+x og -y,+y. Beliggenheden af hvert fotomultiplikatorrør kan identificeres ved dets koordinater, og det samme kan scintillationerne. Som det er velkendt er det et grundlæggende formål at afbilde scintillationshændelserne ved tilsvarende koordinater på skærmen i en fjernsynsmonitor 11 uden forvrængning, ulinearitet eller uensartethed.

I det foreliggende system såvel som i andre tidligere systemer føres udgangssignalerne fra de 37 forforstærkere til respektive modstandsmatricer, såsom de tre matricer, der er vist og generelt betegnet med 19,2o og 21. En typisk matrix 19 har fire vægtningsmodstande, som er betegnet Rx+,Rx-,Ry+ og Ry-. Bestemmelse af værdierne af disse modstande behøver ikke at forklares, da det umiddelbart vil indses af fagmanden. Det er tilstrækkeligt at bemærke, at hvert fotomultiplikatorrør i sættet i fig. 2 henføres til midterrøret eller skæringen af koordinatakserne. For en scintillation, som forekommer et eller andet sted, kan udgangssignalerne fra de enkelte fotomultiplikatordetekteringsrør således vægtes i overensstemmelse med deres afstand fra akserne ved passende valgte modstandsværdier. For at give nogle få eksempler er matrix-modstandene for røret 1 i fig. 2 i rækkefølgén Rx+,Rx-,Ry+ og Ry- i dette eksempel 36,5, 12,1, 9,76 og 14,3 kiloohm med en parallelværdi på 3,54 kiloohm. Matrixen for rør 37 har de samme enkelte værdier og parallelværdi, bortset fra at Rx+ nu er ombyttet med Rx-,og Ry+ er ombyttet med Ry- i forhold til rør 1. Rør 34 har de samme værdier som Rx-værdierne for rør 1, men deres Ry-værdier er ombyttet, fordi rør 34 er på den modsatte side af x-aksen i forhold til rør 1. Værdierne for Rx+ og Rx- for rør 31 er 18,2 kiloohm og er ens, fordi dette rør ligger på y-aksen, og parallelværdien af disse Rx og Ry-modstande er 4,55 kiloohm. Generelt er de absolutte værdier af matrixmodstandene for alle rør i tilsvarende stillinger i de respektive kvadranter ens. Hvorledes signalerne fra modstandsmatricerne, såsom 19-21, anvendes vil blive forklaret mere detaljeret nedenfor. Først skal imidlertid·de nye ulinearitetskorrektionsorganer forklares.

I fig. 1 bliver udgangssignalerne med forskellige størrelser fra forforstærkeren, såsom 16,17 eller 18, kombineret af hensyn til op-

Pi nrlal con RVcomnoliri c Via4*v*i>rrf ώσ rrnal af Pva frwfnrcfaarVoron

7 DK 151650B

deholdende en diode 23 og en modstand 24 og fortsætter til en samleled-ning 25. Signalet fra forforstærkeren 17 følger et lignende kredsløb gennem en modstand 26, en diode 27 og en modstand 28 til den samme sam-leledning 25. I virkeligheden er alle forforstærkerne for hvert rør forbundet til samleledningen 25 over kredsløb med de samme elementværdier som modstanden 22, dioden 23 og modstanden 24. I en virkelig udførelsesform har modstande ækvivalent med modstanden 22 værdier på o,5 kiloohm, og modstande ækvivalent med 24 har værdier på 7,5 kiloohm. Disse grenkredsløb til samleledningen 25 tillader summering af signalerne fra hver forforstærker for hver hændelse, samtidig med at der frembringes et sammensat signal, der er repræsentativt for den samlede energi af photonen, som har forårsaget scintillationen. Samleledningen 25 virker som et summeringspunkt for indgangen på en summeringsforstærker 3o. Udgangsledningen 3l· fører det samlede energispændingssignal.

To særskilte forspændings- eller ulinearitetskorrektionssignaler frembringes ved anvendelse af det summerede eller samlede energisignal på udgangsledningen 31. Dette udføres med potentiometre 32 og 33, hvis arme er betegnet LLC og ULC for at angive, at de er forspæn-dingssignaler for henholdsvis nedre niveaukorrektion og øvre niveaukorrektion. I en praktisk udførelsesform ifølge opfindelsen indstilles LLC signalet fra potentiometret 32 til at frembringe en forspænding, som er ca. 5o% af spidsværdien af det summerede samlede energisignal på udgangsledningen 31. Potentiometret 33 for den øvre niveaukorrektion indstilles til at frembringe en forspænding, som er 7o% af spidsværdien af det samlede energisignal på udgangsledningen 31. Der er således to forspændingssignaler til ændring af forstærkningen af forstærkerne ved to trin eller knækpunkter, når udgangssignalerne fra forstærkerne, såsom 16, overstiger det nedre niveaukorrektionssignal LLC og det øvre niveaukorrektionssignal ULC i denne rækkefølge.

LLC forspændingssignalet føres til en fælles samleledning 34, der fører til ulineære korrektionsorganer, der skal beskrives nedenfor, og som hører til hver forforstærkerudgang. Det øvre niveaukorrektionssignal eller forspænding ULC føres til en fælles samleledning 35 for yderligere ulinearitetskorrektionsorganer i udgangskredsløbet for hver forforstærker, som forklaret nedenfor. For at tilvejebringe tilstrækkelig strøm til forspænding og ændring af forstærkningen af forforstærkerne uden overbelastning af den summerende forstærker 3o anvendes LLC og ULC signalerne til at drive individuelle emitterfølgertransistorfor-stærkere dannet af transistorer henholdsvis 36 og 37. Forstærkeren for LLC har en emittermodstand 38,og en ledning 39 anvendes til at koble

8 DK 151650 B

lignende måde har ULC forstærkeren en emittermodstand 4o,og en ledning 41 anvendes til at koble forspændingssignalerne fra emitter-modstands-forbindelsen til samleledningen 35.

For at resumere bliver de analoge udgangsspændingssignaler fra hver af de 37 forforstærkere, såsom 16-18, summeret med forstærkeren 3o, og resultatet har en i det væsentlige enkelt samlet energispidsværdi. I dette eksempel bliver et forspændingssignal lig med 5o% af den samlede spidsværdi af energien samtidigt ført til forspændingssamle-ledningen 34, og et andet signal lig med 7o% af den samlede spidsværdi af energien bliver samtidigt ført til samleledningen 35 for forspændingssignalet for det øvre niveau.

Hvorledes forspændingssignalerne anvendes til at ændre forstærkningen af forforstærkerne skal nu beskrives. Da alle 37 kanaler er de samme, vil beskrivelsen blive givet under 'henvisning til kanalen, som indeholder forforstærker 16 i fig. 1. En ledning 45, hvori der er en diode 46, forbinder delermodstanden 22 med vægtningsmodstandsmatrixen 19. Et eller andet analogt signal fra forforstærkeren 16, som overstiger et forudbestemt støjniveau, vil forspænde dioden 46 i lederetningen og vil blive behandlet af modstandsmatrixen 19. En lille filtrering opnås med en lille kondensator 47.

I dette eksempel har ledningen 45 et par forspændingstransistorer 48 og 49, som er forbundet mellem den og jord. Transistoren 48 er typisk i serie med en diode 5o og en delermodstand 51. Basis i transistoren 48 er forbundet med samleledningen 34 for lavniveauforspændings-signalet. Den anden transistor 49 har også en diode 52 og en delermodstand 53 i serie dermed. Basis i transistoren 49 er forbundet med samleledningen 35 for højniveauforspændingssignalet.

Alle kanaler er forbundet på samme måde. Kanalen, som indeholder forforstærkeren 17, har f.eks. udgangsorganer for forforstærkeren indeholdende en støjtærskelindstillende diode 54 og en filterkondensator 55. Den indeholder også et ulineært styreorgan i form af en første skiftetransistor 56, hvis basis er forbundet med samleledningen 34, på hvilken de 5o% af den samlede energispidsspænding optræder, og et andet ulineært styreorgan i form af en skiftetransistor 57, hvis basis er forbundet med samleledningen 35, på hvilken de 7o% af den samlede energispids spænding optræder.

Idet kanalen, som indeholder forforstærkeren 16, igen betragtes, vil det ses, at for et område af signalstørrelser, som lige netop er tilstrækkelige til at forspænde dioden 46 i lederetningen og signalstørrelser, som er lige ved eller under 5o% af spidsværdien eller den

9 DK 151650 B

gen af forforstærkeren. Et signal, som optræder på ledningen 45, og som er større end 5o% af spidsspændingen, vil imidlertid overvinde forspændingen i spærreretningen på transistoren 48, som derpå vil lede. Dette bevirker ændring af forstærkningen af forforstærkeren, da modstandene 22 og 51 virker som en spændingsdeler, der ændrer forholdet mellem forforstærkerens analoge indgangs- og udgangssignaler.

Det ovenfor angivne er vist i den grafiske afbildning i fig. 4 af forforstærkerens udgangsspænding i forhold til indgangsspænding. Der er vist to kurver 59 og 6o. De er hver for isotoper, som har væsentligt forskellige spidsværdier af energier. Kurven 59 for lavere energi er vist at have tre segmenter 61,63 og 65. Det første segment 61 op til knækpunktet 62 viser, at forstærkerens forstærkning er lineær, indtil signalstørrelsen når 5o% af spidsværdien, i hvilket tilfælde hældningen eller forstærkningen af kurven antager hældningen af segmentet 63 efter knækpunktet 62, hvor transistoren 48 bliver ledende. Det bemærkes, at der er et lineært forhold mellem indgangs- og udgangsspændingerne på forforstærkerne, indtil signaler større end 5o% af den samlede energi for en hændelse kommer fra en forforstærker.

Der henvises nu igen til fig. 1, og når et signal fra forforstærkeren 16 overstiger 7o% af det samlede energispidssignal, overvindes forspændingen i spærreretningen på transistoren 49, og den leder for at ændre forstærkningen. Dette knækpunkt er markeret med 64 i fig.

4. Forstærkningen ændres med en anden størrelse end for det nedre forspændingssignal, fordi modstandene 51 og 53 har forskellige værdier.

Som det fremgår af fig. 4, ændres hældningen af forstærkningskurven igen efter knækpunktet 64 som angivet ved segmentet 65. Til de fleste anvendelser vil to forstærkningsændringer, som beskrevet hidtil, være tilstrækkelige til at opnå linearitet eller overensstemmelse mellem scintillationshændelseskoordinaterne og koordinaterne for den afbildede hændelse. Hvis der skulle behøves flere knækpunkter, skal der naturligvis frembringes yderligere forspændingssignaler og yderligere transistorer, såsom 48 og 49,og deres tilhørende kredsløb skal anvendes.

Kurven 6o i fig. 4 er for en isotop, som har photoner med højere energi end dem, der dannede grundlag for kurven 59, eller den kan være den samme isotop med to energispidser. I hvert fald vil forstærkningen ændres ved knækpunktet 66, hvor indgangssignalstørrelsen er 5o% af spidsværdien, og ved et punkt 67, hvor størrelsen er 7o% af spidsværdien. Det bemærkes, at der er et lineært forhold mellem indgangs- og udgangsspændingerne på forforstærkerne, indtil signaler større end 5o% af den samlede energi optræder som angivet ved knækpunktet 66. Selv om

1o DK 151650 B

7o% af den samlede energi, medens kurven' 59 for lavere energi har knækpunkt ved punktet 62 eller 5o% af den samlede energi og ved punktet 64 eller 7o% af den samlede energi.

Forstærkningsændringerne ved nominelt 5o% og 7o% af spidsværdien eller det samlede energisignal resulterer i tydelig forbedring af lineariteten eller overensstemmelsen i det pågældende system, hvori opfindelsen anvendes. Procentdelene kan være lidt forskellige i systemer af andre fabrikater på grund af en mangfoldighed af geometriske og elektroniske forskelle. Specifikke procentdele for andre systemer kan ikke foreskrives, selv om det antages, at de fleste kendte systemer vil drage fordel af at ændre forstærkning ved eller omkring 5o% og 7o% af spidsværdien af summen af signalerne fra alle fotomultiplikatorrør.

Nogle generelle betragtninger, som blev anvendt til bestemmelse af forspændingerne svarende til 5o% og 7o% af spidsværdien, som frembringer de ønskede resultater, skal nu forklares under henvisning til fig. 5. Dette er en grafisk afbildning af fotomultiplikatorudgangsspæn-dingen i forhold til scintillationshændelsens afstand fra midten af fotomultiplikatorrøret. Når den ovenfor beskrevne energiuafhængige uens-artethedskorrektionsmetode ikke anvendes, er forholdet for isotoper med to forskellige photonenerginiveauer eller spidsværdier repræsenteret ved de fuldt optrukne kurver 7o og 71. Hvis man dannede en matematisk model af systemet og udførte en tilsvarende algoritme med en datamat, kunne den bestemme parameteren, som giver optimal linearitet, dvs. at bedst overensstemmelse mellem beliggenheden af hændelser og deres afbildning ville opnås, hvis afstanden fra midten af rørene blev sat i forhold til deres udgangsspændinger på en sådan måde, at de forreste dele af kurverne blev dæmpet for således at antage formen af de punkterede linier 72 og 73 ved begyndelsen af kurverne. Formen af kurverne 73-7o og 72-71 er den samme og resulterer i, at de bliver kongruente. Hvis man ønsker at reproducere opfindelsen, men ikke har mulighed for datamatanalyse, kan man tage 5o% og 7o% forspændinger som første tilnærmelser, og hvis resultaterne ikke er optimeret, udføre yderligere forsøg med LLC og ULC potentiometrene 32 og 33 indstillet på forskellige niveauer, indtil optimale resultater opnås.

De dele af systemet, som ikke er blevet forklaret hidtil, er i hovedsagen konventionelle, så de vil kun blive omtalt kort. Som tidligere angivet og som det er velkendt, skal de analoge signaler fra vægtningsmodstandsmatricerne, såsom 19-21 normaliseres for at gøre dem uafhængige af energi, da billedafbildningen på monitoren 11 ellers vil vokse eller aftage i størrelse med energien. En metode at normalisere på er at dividere koordinatsignalerne med summen af dem alle. De vægte- n DK 151650 Β såsom 19-21, anbringes således på fælles samleledninger 75,76,77 og 78. Alle +x koordinatsignalerne summeres i en forstærker 79. Alle -x signalerne summeres i en forstærker 8o. +y og -y koordinatsignalerne bliver på lignende måde summeret i forstærkere henholdsvis 81 og 82. Udgangssignalerne fra forstærkerne 79,8o,81 og 82 er indgangssignalerne til en summerende forstærker 83. Udgangssignalet fra den summerende forstærker 83 udgør den algebraiske sum af koordinatsignalerne for en eller anden scintillationshændelse. Udgangssignalerne fra de summerende forstærkere 79-82 føres også til delere, der er symboliseret ved blokke 84-87. Det summerede signal, kaldet E, føres over en ledning 88 til hver af delerne, hvori division udføres. De dividerede eller normaliserede x koordinatsignaler føres til indgangene på en differentialforstærker 89, og udgangssignalet fra denne forstærker på en ledning 9o er det signal, som fastlægger x positionen af elektronstrålen i katodestrålerørsafbild-ningsorganet i monitoren for hændelsen. Udgangssignalerne fra y-delerne 86 og 87 gøres på lignende måde til en forstærker 91, på hvis udgangsledning 92 signalet svarende til y-afbøjningen overføres til afbøjningskredsløbet i monitoren. Det samlede energisignal E fra forstærkeren 83 analyseres ved hjælp af impulshøjdediskriminatorer 93 og 94. Diskrimina-toren 93 bestemmer,om den samlede energi ligger indenfor et vindue, og diskriminatoren 94 bestemmer, om den er indenfor et andet vindue. Hvis energien er indenfor det ene eller det andet af vinduesgrænserne, aktiverer diskriminatorerne et impulsformekredsløb 95 for at frembringe en z impuls på en ledning 96, som ophæver slukningen af katodestrålerørs-strålen i monitoren 11 og tillader, at en lysplet frembringes ved koordinaterne for hændelsen.

Fig. 3 viser signaler for den samlede energi af forskellige størrelser fra udgangen af den summerende forstærker 83. De nedre og øvre vinduesbegrænsninger for diskriminatoren 93 er vist med punkterede linier betegnet med 97 og 98 i fig. 3, og de nederste og øverste vindues-' grænser for diskriminatoren 94 er betegnet med 95 og 96. Fire forskellige samlede energier eller E signaler 99-lo2 er vist. Signalet 99 har utilstrækkelig størrelse til,at dens spidsværdi falder indenfor vinduesgrænserne 95 og 96, så at dets forekomst resulterer i, at der ikke dannes nogen z impuls,eller at der ikke frembringes nogen lysplet på monitorskærmen. Det afvises af begge diskriminatorer. Signalet loo har tilstrækkelig samlet energi til at falde indenfor de nedre diskriminator-vinduesgrænser 95 og 96, så at en z impuls dannes samtidig med den, og et mærke frembringes på monitorens skærm. Signalet lol for samlet energi falder ikke indenfor vinduesgrænserne for diskriminatorerne 93 og Λ i _ O _ I 1 _ I _ (" 1 |<<| -I . I — _t f

12 DK 151650 B

dets spidsværdi falder mellem de nedre og øvre niveaugrænser 97 og 98 for diskriminatoren 93 for det øvre niveau, i hvilket tilfælde der dannes en z impuls, og et mærke frembringes på monitoren ved koordinaterne for scintillationshændelsen.

En anvendelse af idéen at foretage en ulineær korrektion af forforstærkerforstærkningen som en funktion af den samlede detekterede energi i hver scintillationshændelse til et andet detektorarrangement vil nu blive beskrevet under henvisning til fig. 6. Dette kredsløb indeholder nogle af elementerne i et ulinearitetskorrektionsorgan, eksempelvis af den type der er vist i fig. 5 i USA patentskrift nr. 3.9o8.128. Elementer, som i det væsentlige svarer til elementer i fig. 1 i den foreliggende beskrivelse, er forsynet med tilsvarende henvisningsbetegnelser, bortset fra at et index er tilføjet.

Det nævnte patentskrift viser ændring af forforstærkerforstærkningen i hver kanal, når signalet fra den pågældende forforstærker overstiger en forudbestemt jævnspændingsforspænding. Det forspænder endvidere udgangsledningen med en vekselspændingsforspænding, som er overlejret på jævnspændingen. Et knækpunkt frembringes således i kurven, som repræsenterer forstærkningen eller forholdet mellem signalerne fra forforstærkeren og de tilsvarende signaler, som anvendes til at bestemme koordinaterne for hændelserne. Vekselspændingsforspændingen anvendes således, at knækpunktet,der ellers ville være fastlagt på grund af jævnspændingsforspændingen, vil svinge ved vekselspændingsforspændingens frekvens for derved at undgå en meleringsvirkning af feltet, som siges at hidrøre fra den skarpe afskæring af en diode, der anvendes i forspændingskredsløbet. Korrektionsorganerne er ude af stand til at korrigere korrekt, når isotopen eller isotoperne udsender photoner med forskellige energispidsværdier.

I fig. 6 bliver detekterede signaler fra et fotomultiplikator-rør, som er blevet forforstærket og har tilstrækkelig amplitude til at forspænde en støjtærskelindstillende diode 46' i lederetningen, ført fra forforstærkeren gennem en modstand 22', dioden 46' og en ledning 45' til det koordinatsignalberegnende kredsløb som sædvanligt. Ledningen 45' tilføres imidlertid en spærreforspænding ved hjælp af et kredsløb indeholdende en diode 5o', en modstand 51' og en vekselspændingsforspændingssignalkilde llo. Vekselspændingssignalet er sædvanligvis under o,5 volt. Ved den tidligere teknik er en jævnspændingsforspæn-dingskilde, som ikke er vist i fig. 6, forbundet i serie med vekselspændingsforspændingskilden llo som tidligere nævnt. Hvis der på ledningen 45' optræder detekterede signaler, som overstiger spærreforspændingen, der er lia med summen af den faste jævnspændingsforspænding og den øje-

13 DK 151650 B

blikkelige vekselspændingsforspænding, vil forspændingskredsløbet lede. Dette resulterer i hældningsændringen eller knækpunktet i forstærkningskurven, som tidligere beskrevet, og er tilfredsstillende, når der kun er tale om én spidsværdi af energi. Med andre ord er et forspændingsarrangement af denne type kun anvendeligt for enkelte energispidsværdier .

I overensstemmelse med opfindelsen udføres ændringen af forstærkningen af forforstærkerne eller knækket på forstærkningskurven ved forskydning af forspændingspunktet som en funktion af den samlede detektorudgangsenergi i fig. 6 ligesom i den tidligere beskrevne udførelsesform. Det er kun nødvendigt at tilføje en jævnspændingsforspænding, som altid er en forudbestemt procentdel af den samlede energi. Den variable jævnspændingsforspænding kan være de 50% af spidsenergif or spændingen, som fås fra udgangen af den summerende forstærker 3o i fig. 1. Som i fig. 6 er forspændingskredsløbene således forbundet med samleledningen 341, på hvilken den procentiske forspænding optræder. Når amplituderne af signalerne, som optræder på ledningen 45', nu ændrer sig, vil den samlede energi ændre sig, og forspændingspunktet vil forskydes tilsvarende, fordi jævnspændingsforspændingen altid er en forudbestemt procentdel af den samlede energi.

Claims (6)

14 DK 151650B tatentkrav.

1. Strålingsafbildningsapparat omfattende en scintillations-krystal (13) , et følerarrangement bestående af et antal fotoelektriske transducere (14), der er beliggende på den ene side af scintillations-krystallen, og hver modtager strålingsenergi fra forskellige men indbyrdes overlappende områder af scintillatioiiskrystallen, en signal-koordinatkonverter (19-21, 75-96), der har en signalmodtagende indgang, og en signalafgivende udgang, forstærkningskredsløb (16,17,18) og koblingskredsløb, som forbinder de enkelte fotoelektriske transducere (14) med indgangen (45) på signalkoordinatkonverteren, hvor hvert forstærknings- og koblingskredsløb har et antal knækpunkter i indgangs-udgangsamplitudeoverføringskarakteristikken, og styreledninger (34,35) til indstilling af knækpunkterne, og et afbildningsapparat (11), som er forbundet med udgangen på signalkoordinatkonverteren, kendetegnet ved et summeringskredsløb (25,30,31) til frembringelse af et sumudgangssignal, der repræsenterer den samlede energi, som samtidigt afgives af de fotoelektriske transducere (14), forbindelser, som sammenkobler sammenhørende knækpunktstyreledninger fra forskellige forstærknings- og koblingskredsløb i grupper, og signaloverføringsnetværk (32,36; 33,37) med forskellige overføringskoefficienter, som kobler sumudgangssignalet til forskellige knækpunktsty-reledningsgrupper.

2. Strålingsafbildningsapparat ifølge krav ^kendetegnet ved, at der er to grupper af knækpunktstyreledninger, og at den ene (34) af sumsignaloverføringskoblingerne leverer et signal svarende til ca. 50% af den fulde sumamplitude, og den anden (35) af sumsignaloverføringskoblingerne leverer et signal svarende til ca. 70% af den fulde sumamplitude.

3. Strålingsafbildningsapparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at koblingskredsløbet, der udgør en del af hvert forstærknings- og koblingskredsløb har et antal grenkredsløb (48,50, 51; 49,52,53), og at hvert grenkredsløb har en særskilt ledningsevnetærskel styret af et signal på sin tilhørende knækpunktstyreledning (34,35).

4. Strålingsafbildningsapparat ifølge krav 3, k endete g n e t ved, at de tærskelfrembringende elementer i grenkredsløbene indbefatter en transistor (48,49,56,57).

5. Strålingsafbildningsapparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at knækpunktstyreledningerne (34,35) er forbundet med basis i transistorerne (48,56; 49,57).

15 DK 151650 B

6. Strålingsafbildningsapparat ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at en diode (50,52), som er polet i strømgennemgangsretningen, er forbundet i serie med emitteren i hver transistor (48,49).