FR2569013A1

FR2569013A1 - Radiation measuring device with a scintillator and a photomultiplier tube, and scintillation camera equipped with such a device

Info

Publication number: FR2569013A1
Application number: FR8412673A
Authority: FR
Inventors: Pierre Henri Lelong
Original assignee: Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Current assignee: Laboratoires dElectronique Philips SAS
Priority date: 1984-08-10
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1986-02-14
Also published as: FR2569013B1

Abstract

Radiation measuring device comprising, for detecting the radiation, a scintillator 10, a photomultiplier tube 20 and a preamplification and filtering circuit 30 intended to deliver signals whose amplitude is related to that of the output current of the photodetector, characterised in that it comprises, at the output of this circuit, a sampling and analog-to-digital conversion circuit 40, an adder 50, a first register 60 for storing the output from the adder, whose output is sent to a second input of the adder, a second register 70 for storing the output of the adder, whose output constitutes the output of the measuring device, and in that it also comprises a pulse start detector 80, a clock circuit 90, a clock signal counter 100, and a circuit 110 for testing the number of these signals, whose output is sent to the second register 70 for validation of its output and to the first register 60 for its resetting. The circuit 40 is preceded by a non-linear amplifier 35 and followed by a code converter 45 which restores the linearity after conversion.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE RADIATIONS A SCINTILLATEUR ET TUBE PHOTOMUL
TIPLICATEUR, ET CAMERA A SCINTILLATION EQUIPEE D'UN TEL DISPOSITIF
La présente invention concerne un dispositif de mesure de radiations à scintillateur et tube photomultiplicateur, ainsi qu'une caméra à scintillation équipée d'un tel dispositif.SCINTILLATOR AND PHOTOMUL TUBE RADIATION MEASURING DEVICE
TIPLICATOR, AND SCINTILLATION CAMERA EQUIPPED WITH SUCH A DEVICE
The present invention relates to a scintillator and photomultiplier tube radiation measurement device, as well as to a scintillation camera equipped with such a device.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 186 307 délivré le 29 janvier 1980 au nom de la société cessionnaire Tokyo Shibaura
Electric Co., Ltd., Kavasaki, Japon, décrit un appareil de mesure de scintillation comprenant essentiellement les éléments suivants : un scintillateur pour la détection des radiations, optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur tel qu'un tube photomultiplicateur pour la conversion en courant de ces radiations, un amplificateur de courant destiné à délivrer des signaux proportionnels à l'intensité de ce courant, un circuit de mise en forme de ces signaux, une ligne à retard, un intégrateur, et un circuit d'échantillonnage de la sortie de cet intégrateur (on se reportera à la figure 1 de ce brevet cité).A ces éléments sont en outre associés, en parallèle, un circuit de détection de courant, pour la commande d'une bascule, et un circuit logique commandé à son tour par ladite bascule pour délivrer des instructions de contrôle du fonctionnement de l'intégrateur et du circuit d'échantillonnage en rapport avec la durée des intervalles entre les signaux délivrés par l'amplificateur de courant.U.S. Patent No. 4,186,307 issued January 29, 1980 to the transferee Tokyo Shibaura
Electric Co., Ltd., Kavasaki, Japan, describes a scintillation measuring device essentially comprising the following: a scintillator for detecting radiation, optically coupled to the input window of a photodetector such as a photomultiplier tube for the conversion into current of these radiations, a current amplifier intended to deliver signals proportional to the intensity of this current, a circuit for shaping these signals, a delay line, an integrator, and a circuit sampling of the output of this integrator (reference is made to FIG. 1 of this cited patent). These elements are also associated, in parallel, with a current detection circuit, for controlling a flip-flop, and a circuit logic controlled in turn by said flip-flop to deliver instructions for controlling the operation of the integrator and the sampling circuit in relation to the duration of the intervals between the signals delivered by the amplifier current generator.

Dans des appareils de ce type, on peut mettre en évidence l'inconvénient suivant, à savoir qu'il n'est pas possible d'effectuer une mesure relative à une nouvelle radiation avant que l'appareil n'ait été remis à zéro, ce qui fixe la cadence maximale de fonctionnement de l'appareil. In devices of this type, the following drawback can be highlighted, namely that it is not possible to carry out a measurement relating to a new radiation before the device has been reset, which sets the maximum rate of operation of the device.

Le but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure de radiations évitant la nécessité d'une remise à zéro complète avant toute nouvelle mesure. The object of the invention is to propose a device for measuring radiation, avoiding the need for a complete reset to zero before any new measurement.

L'invention concerne, à cet effet, un dispositif de mesure de radiations comprenant pour la détection des radiations un scintillateur, optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur tel qu'un tube photomultiplicateur, et un circuit de préamplification et de filtrage destiné à délivrer des signaux proportionnels à l'intensité du courant de sortie du photodétecteur, caractérisé en ce qu'il comprend, en sortie de ce circuit, un circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique, un additionneur, un premier registre de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie est renvoyée vers une deuxième entrée de l'additionneur, et un deuxième registre de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie constitue la sortie du dispositif de mesure, et en ce qu'il comprend également, en sortie du photodétecteur ou du circuit de préamplification et de filtrage, un détecteur de début d'impulsion, un circuit d'horloge, un compteur des signaux d'horloge, et un circuit de test du nombre de ces signaux dont la sortie est envoyée vers le deuxième registre pour validation de la sortie de celui-ci et vers le premier registre pour sa remise à zéro, la sortie du circuit d'horloge étant également envoyée vers le circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique et vers le premier registre de stockage de la sortie de l'additionneur. The invention relates, for this purpose, to a radiation measurement device comprising for detecting radiation a scintillator, optically coupled to the input window of a photodetector such as a photomultiplier tube, and a circuit for preamplification and filtering intended to deliver signals proportional to the intensity of the output current of the photodetector, characterized in that it comprises, at the output of this circuit, a sampling and analog-digital conversion circuit, an adder, a first register for storing the output of the adder, the output of which is returned to a second input of the adder, and a second storage register for the output of the adder, the output of which constitutes the output of the measuring device, and in that it also comprises, at the output of the photodetector or of the preamplification and filtering circuit, a pulse start detector, a clock circuit, a counter for clock signals, and a test circuit for the number of these signals, the output of which is sent to the second register for validation of the output thereof and to the first register for resetting it, the output of the clock circuit also being sent to the circuit sampling and analog-to-digital conversion and to the first storage register of the output of the adder.

Les particularités de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans la figure annexée, donnée à titre d'exemple non limitatif et qui montre un exemple de réalisation du dispositif de mesure de radiations selon l'invention. The features of the invention will now appear more precisely in the description which follows and in the appended figure, given by way of nonlimiting example and which shows an exemplary embodiment of the device for measuring radiation according to the invention.

Le dispositif de mesure de radiations représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord, pour la détection des radiations relativement auxquelles on veut effectuer des mesures d'énergie et d'intensité, un scintillateur 10 qui convertit chaque photon reçu en scintillation et qui est optiquement couplé à la fenêtre d'entrée d'un photodétecteur constitué ici par un tube photomultiplicateur 20. Celui-ci convertit chaque scintillation en un courant qui est alors transformé par un circuit de préamplification et de filtrage 30 en des signaux dont l'amplitude est liée à celle du courant de sortie du tube photomultiplicateur 20 et donc à la scintillation initiale (ce circuit 30 adapte donc le niveau du signal qu'il reçoit, tout en réalisant un léger filtrage de façon à lisser le signal).Le circuit 30 est suivi, en série, d'un amplificateur non linéaire 35, ici un amplificateur logarithmique, puis d'un circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique 40 et d'un transcodeur 45. The radiation measurement device shown in FIG. 1 comprises first of all, for the detection of the radiation relative to which it is desired to carry out energy and intensity measurements, a scintillator 10 which converts each photon received into scintillation and which is optically coupled to the input window of a photodetector constituted here by a photomultiplier tube 20. This converts each scintillation into a current which is then transformed by a preamplification and filtering circuit 30 into signals whose amplitude is linked to that of the output current from the photomultiplier tube 20 and therefore to the initial scintillation (this circuit 30 therefore adapts the level of the signal it receives, while carrying out a slight filtering so as to smooth the signal) .The circuit 30 is followed, in series, by a non-linear amplifier 35, here a logarithmic amplifier, then by an analog-digital conversion and sampling circuit 40 and a transcoder 45.

L'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique introduit inévitablement un bruit dit de quantification, qui entraîne une perte de résolution dans la chaîne de mesure et qu'il est souhaitable de réduire autant que possible. Ce bruit dépend du nombre de bits du convertisseur et de la dynamique des signaux. Dans le cas présent d'une caméra à scintillation, si l'on choisit par exemple le cas d'une caméra à 37 tubes photomultiplicateurs, un seul des signaux -celui fourni par le tube photomultiplicateur le plus proche de la scintillation- se situe dans la partie haute de la dynamique des signaux.Les signaux fournis par les tubes photomultiplicateurs entourant immédiatement le précédent -au maximum six- sont nettement plus faibles, et les autres signaux, fournis par tous les autres tubes, n'occupent qu'une très faible partie de la dynamique I1 en résulte que les niveaux de quantification du circuit d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique 40 ne sont pas utilisés de façon optimale si ladite conversion est linéaire. L'utilisation d'un circuit non linéaire, l'amplificateur 35 dans le cas présent, permet d'effectuer un codage non linéaire et donc d'utiliser de façon améliorée les niveaux de quantification. Bien entendu, le transcodeur 45 prévu en sortie du circuit 40 permet de rétablir après conversion analogique-numérique la linéarité supprimée pour les besoins de cette conversion. The use of an analog-digital converter inevitably introduces a so-called quantization noise, which causes a loss of resolution in the measurement chain and which it is desirable to reduce as much as possible. This noise depends on the number of bits of the converter and the dynamics of the signals. In the present case of a scintillation camera, if one chooses for example the case of a camera with 37 photomultiplier tubes, only one of the signals - that provided by the photomultiplier tube closest to the scintillation - is located in the upper part of the signal dynamics. The signals supplied by the photomultiplier tubes immediately surrounding the previous one - a maximum of six - are significantly weaker, and the other signals, supplied by all the other tubes, occupy only a very small amount part of the dynamics I1 results from this that the quantization levels of the sampling circuit and of analog-digital conversion 40 are not used optimally if said conversion is linear. The use of a non-linear circuit, the amplifier 35 in the present case, makes it possible to perform non-linear coding and therefore to use the quantization levels in an improved manner. Of course, the transcoder 45 provided at the output of the circuit 40 makes it possible to restore, after analog-digital conversion, the linearity suppressed for the needs of this conversion.

Le transcodeur 45 est suivi en série d'un additionneur 50, à la suite duquel sont prévus un premier registre 60 de stockage de la sortie de l'additionneur, dont la sortie est renvoyée vers une deuxième entrée de l'additionneur, et un deuxième registre 70 également de stockage de la sortie de l'additionneur, mais dont la sortie n'est validée que sous condition comme on le voit plus loin. The transcoder 45 is followed in series by an adder 50, after which a first register 60 for storing the output of the adder is provided, the output of which is returned to a second input of the adder, and a second register 70 also for storing the output of the adder, but the output of which is only validated under condition as seen below.

On réalise ainsi, par addition et mémorisation cumulatives au fur et à mesure de l'arrivée des échantillons, une détermination progressive de l'énergie associée à chaque radiation, sous le contrôle d'un circuit d'horloge 90 qui est initialisé par un détecteur de début d'impulsion 80, tel qu'un circuit à seuil. Ce circuit d'horloge génère les signaux périodiques fournis au circuit 40, et assure la synchronisation de celui-ci et du registre 60. Le circuit d'horloge 90 commande également un compteur 100 des signaux d'horloge, le nombre ainsi compté étant soumis à un circuit de test 110 dont la sortie est envoyée vers le deuxième registre 70 afin de valider la sortie de celui-ci si le nombre d'échantillons est jugé suffisant.La sortie du circuit de test 110 est également fournie au premier registre 60 pour commander la remise à zéro de ce dernier en fin de mesure lorsque le nombre d'échantillons a été estimé suffisant. Thus, by cumulative addition and storage as the samples arrive, a progressive determination of the energy associated with each radiation is carried out, under the control of a clock circuit 90 which is initialized by a detector. pulse start 80, such as a threshold circuit. This clock circuit generates the periodic signals supplied to circuit 40, and ensures synchronization of the latter and of register 60. Clock circuit 90 also controls a counter 100 for clock signals, the number thus counted being subject to a test circuit 110, the output of which is sent to the second register 70 in order to validate the output of the latter if the number of samples is deemed sufficient. The output of the test circuit 110 is also supplied to the first register 60 for order the latter to be reset to zero at the end of the measurement when the number of samples has been deemed sufficient.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and shown, from which variants can be proposed without thereby departing from the scope of the invention.

Par exemple, il serait équivalent, pour le fonctionnement du détecteur de début d'impulsion 80, de le raccorder en un autre point, et par exemple en sortie du circuit 30. De même, le type de conversion choisi, non linéaire ou au contraire linéaire dans le cas où l'on ne prévoit pas l'amplificateur 35 ni le transcodeur 45, ne modifie pas le principe de fonctionnement du dispositif de mesure. Dans le cas d'une conversion non linéaire, l'ensemble constitué par l'élément non-linéaire (ici l'amplificateur logarithmique 35) et le circuit 40 peut être remplacé par un circuit unique tel qu'un convertisseur non linéaire, par exemple le convertisseur TDC 1007 J ou TDC 1048 de la société TRbJ (associé à un pont de deux- résistances relié à une tension négative et raccordé sur les entrées signal et alimentation du convertisseur). For example, it would be equivalent, for the operation of the pulse start detector 80, to connect it at another point, and for example at the output of circuit 30. Similarly, the type of conversion chosen, non-linear or on the contrary linear in the case where neither the amplifier 35 nor the transcoder 45 is provided, does not modify the operating principle of the measurement device. In the case of a non-linear conversion, the assembly constituted by the non-linear element (here the logarithmic amplifier 35) and the circuit 40 can be replaced by a single circuit such as a non-linear converter, for example the TDC 1007 J or TDC 1048 converter from the company TRbJ (associated with a bridge of two resistors connected to a negative voltage and connected to the signal and supply inputs of the converter).

On notera enfin que l'invention s'applique à tout appareil comprenant respectivement un ou plusieurs détecteurs de radiations équipés de ce dispositif, tel que notamment les détecteurs simples du type sonde gamma et les caméras à scintillation. Finally, it should be noted that the invention applies to any device comprising respectively one or more radiation detectors equipped with this device, such as in particular simple detectors of the gamma probe type and scintillation cameras.

Claims

CLAIMS:

1. A radiation measurement device comprising for the detection of radiation a scintillator, optically coupled to the input window of a photodetector such as a photomultiplier tube, and a preamplification and filtering circuit intended to deliver signals of which the amplitude is linked to that of the output current of the photodetector, characterized in that it comprises in series, at the output of this circuit, a sampling and analog-digital conversion circuit and an adder, following which are provided a first storage register for the output of the adder, the output of which is returned to a second input of the adder, and a second storage register for the output of the adder, the output of which constitutes the output of the device measurement, and in that it also includes in series, at the output of the photodetector or of the preamplification and filtering circuit, a pulse start detector, a clock circuit, a signal counter clock, and a circuit for testing the number of these signals, the output of which is sent to the second register for validation of the output thereof and to the first register for resetting it, the output of the circuit clock also being sent to the sampling and analog-digital conversion circuit and to the first storage register of the output of the adder.

2. Device according to claim 1, characterized in that the analog-digital conversion and sampling circuit is a non-linear converter and is followed in series by a transcoder intended to restore linearity after conversion.

3. Device according to claim 1, characterized in that the analog-digital sampling and conversion circuit is linear, and in that it is preceded by a non-linear circuit and followed by a transcoder intended to restore the linearity after conversion.

4. Device according to claim 3, characterized in that the non-linear circuit is a logarithmic amplifier.

5. Use of a device according to one of claims 1 to 4 in an apparatus of the gamma probe type comprising at least one radiation detector equipped with this device.

6. Use of a device according to one of claims 1 to 4 in a scintillation camera comprising one or more radiation detectors equipped with this device.