DE2038607A1

DE2038607A1 - Strahlenabbildungseinrichtung

Info

Publication number: DE2038607A1
Application number: DE19702038607
Authority: DE
Inventors: Gerd Muehllehner
Original assignee: Nuclear Chicago Corp
Current assignee: Nuclear Chicago Corp
Priority date: 1969-08-08
Filing date: 1970-08-04
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1309687A; NL7011635A; FR2056586A5; US3683185A; JPS514675B1

Description

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^fhnäclcfcnhoh.T. 27-Td. 61 7079

30.JuIi 1970 Nuclear-Chicago Corporation, Des Piaines, 111.,-USA.. Gzx/bU

Strahlenabbildungseinrichtung

Die Gammastrahlenabbildung wird rasch ein immer wichtigeres und allgemein angewendetes diagnostisches Verfahren in medizinischen Untersuchungslaboratorien und Krankenhäusern auf der ganzen Welt. Am Anfang derln-vivo-Radioisotop-Abbildung war der gradlinige Scanner das einzig erhältliche Gerät und diagnostische Verfahren, die diese Art der Vorrichtung benutzten, waren zeitraubend und unbequem für den Patienten. Mit der Entwicklung der Anger-Scintillationskamera (beschrieben beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 3 011 057) und der Erzeugung von verbesserten Versionen dieser Vorrichtung, wurde die Strahlenabbildung eine häufig angewendete Technik, hauptsächlich wegen der Schnelligkeit, mit der eine Scintillationskamera ein Abbild einer statischen Radioisotopenverteilung erzeugen konnte und wegen der Fähigkeit der Scintillationskamera, relativ schnelle Veränderungen in einer dynamischen Verteilung abzubilden. Andere Arten von Scintillationskameras wurden entwickelt, aber keine von diesen konnte den Vorsprung der Anger-Kamera erreichen, da derartige Vorrichtungen in den gegenwärtigen Formen noch mehrere Einschränkungen aufweisen.

Auch vor dem Erscheinen der Anger-Scintillationskamera wurden Versuche gemacht, eine Abbildverstärkungsröhre, wie sie für Röntgenstrahlen Abbildverstärkung verwendet werden, mit einem Mosaik von Scintillationskristallen auf der äußeren Frontoberfläche der Röhre und einer Fotokathode, abgelagert direkt auf der inneren Frontoberfläche, zu benutzen. Ein derartiges Gerät war

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jedoch zu unempfindlich, um für diagnostische Z^ecKe h-i geringen Mengen injizierter Radioisotope verwendet zu wer 1 n. Verbesserungen in Abbildverstärkerröhren kamen auf, um das Maß der notwendigen Verstärkung zu schaffen, damit, eine gut-j Empfindlichkeit vom Standpunkt der Photonen-Elektronen Uinw tndlung ,erreicht werden konnte. Derartige Abbildverstärkerüysteme verwendeten einen sehr dünnen Kristall in der Verstärkerröhre und eine auf der Rückoberfläche des Kristalles abgelagerte Fotokathode. Das Abbild auf dem Ausgangsphosphor war das endgültige Abbild, das auf einer Kathodenstrahlröhre für fotographische Zwecke ausgegeben wurde. Der dünne Kristall war erforderlich, um einen großen Lichtfleck zu vermeiden, der die Fotokatho de trifft und somit ein schlechtes Abbild, zusammengesetzt aus großen Punkte^erzeugt. Als Ergebnis des dünnen Kristalles war jedoch die Empfindlichkeit dieser Vorrichtung noch ziemlich niedrig, insbesondere für hochenergetische Strahlen, d^i ein dünner Kristall nur relativ wenige Gammastrahlen einer derartigen Energie in Scintillationen umwandeln kann. Eine noch v/ichtigere Einschränkung dieser Vorrichtung war der Mangel der Impulshöhenauswahl, was bedeutete, daß alle Ereignisse abgebildet wurden, unabhängig von ihrem Ursprung oder ihrer Energie und der sich ergebene hohe Untergrund schränkte die Nützlichkeit der Vorrichtung für dynamische Abbildungen erheblich ein.

Andere Versuche wurden gemacht, um Abbildverstärkerröhren durch Benutzung großer Linsen zur Pocusieren der Scintillationen in einem Kristall auf die Fotokathode verwendbar zu machen, aber derartige Linsen sind unbefriedigend bei der Übertragung des Lichtes auf die Fotokathode, so daß die Empfindlichkeit niedrig und die Impulshöhenauswahl schwierig ist. All diese Versuche zur Anpassung der Abbildverstärkertechnologie auf Scintillationskameras basierten auf der Erkenntnis der den Abbildverstärkern innewohnenden hohen Auflösung, diese Versuche sind je-

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doch für die Schaffung einer Kamera mit einer Empfindlichkeit dor Anger-Kamera mit Impulshöhenauswahl und verbesserter Auflösung fehlgeschlagen.

ΐ.; ist daher Gegenstand der Erfindung, die Schaffung einer verbesserten Scintillationskamera vom Abbildverstärkertyp.

Hin weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Ahbildverstärkerscintillationskamera mit hoher Empfindlichkeit und Auflösung und mit wirkungsvoller Impulshöhenauswahl.

Eine bevorzugte AusfUhrungsform der Erfindung sieht am Eingangsende eines Abbildverstärkers einen relativ dicken scintillationskristall vor, um eine hohe Gammastrahlennachweisempfindlichkeit zu erhalten, ferner am Ausgangsende eine lageempfindliche Einrichtung, die den Ausgangeleuchtstoffschirm betrachtet und erste und zweite Paare von elektrischen Signalen erzeugt, die die Koordinaten des Flächenschwerpunktes jedes Lichtblitzes, der auf dem Schirm auftritt, und die Intensität jedes solchen Lichtblitzes wiedergibt. Die Bezeichnung "relativ dicker Scintillationskristall" bedeutet, daß die Abmessung des Sclntillationskristalles in Richtung des üblichen Weges der Gammastrahlen, die auf den Kristall auftreffen, von der Größe ist, daß ein großer Bruchteil der einfallenden Gammastrahlung ihre gesamte Energie in dem Kristall als Ergebnis von einem oder mehreren Elektronenrückstoßereignissen verliert. Für Gammastrahlen in dem 100 bis 300 keV-Berelch kann der Scintillationskristall beispielsweise ein 1 1/4 cm dicker, fester Natriumiodid oder Celsiumiodid (beide aktiviert mit Thallium) sein. Der Scintillationskristall kann außerhalb oder innerhalb der Umhüllung des Abbildverstärkers liegen, wobei Lichtkoppelmedien zwischen dem Kristall und der Fotokathode eingeschaltet sind, wenn der Kristall sich außerhalb der Umhüllung befindet, und wobei die Fotokathode

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vorzugsweise direkt auf dem Kristall abgelagert ist, wenn der Kristall sich innerhalb der Umhüllung befindet.

Die Benutzung eines relativ dicken Scintillationskristalles führt zu einer Ausbreitung des Lichtes von der Scintillation, während es zu der Fotokathode fällt; auf diese Weise wird ein Lichtfleck oder Lichtblitz mit relativ großem Durchmesser auf dem Ausgangsleuchtstoffschirm erzeugt; Die Größe dieses Fleckes würde für die Abbildquälität (Auflösung) in den bekannten Kamerasystemen sehr nachteilig sein,aber bei der Einrichtung nach der Erfindung liefert die lageempfindliche Einrichtung, die den Ausgangsleuchtstoffschirm betrachtet, Signale, die die fc Koordinaten des Flächenschwerpunktes des großen Lichtfleckes wiedergeben, welche, wiederum, im wesentlichen die Koordinaten der Scintillation sind, die im Kristall auftreten (wenn man die Faktoren der Maßstabsverkleinerung des Abbildes und dergleichen berücksichtigt). Somit kann bei der Scintillationskamera vom Abbildverstärkertyp nach der Erfindung vorteilhafterweise ein dicker Scintillationskristall benutzt werden, um hohe Gammastrahlennachweisempfindlichkeit zu erreichen, ohne daß die hohe innewohnende Auflösungsfähigkeit der Anlage darunter leidet.

Eine "lageempfindliche Einrichtung" enthält vorzugsweise eine lageempfindliche Diode mit den gleichen allgemeinen Eigenechaf- ψ ten wie die Vorrichtung, die in den US-Patentschriften Nr. 3,354,313 und Nr. 3,369,124 offenbart ist, mit einem Vorspannschaltkreis, der sich für die Erzeugung von kurzen Impulsen eignet. Eine lageempfindliche Diode kann vier Ausgangselektroden zusammen mit einer gemeinsamen Vorspannelektrode haben. Wenn mit dem entsprechenden Vorspannschaltkreis benutzt, erzeugt die lageempfindliche Diode vier Ausgangssignale an den vier Ausgangselektroden in Übereinstimmung mit den Koordinaten

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der Flächenschwerpunkte eines Lichtfleckes, der auf die Diode auftrifft. Diese vier Ausgangssignale können als (x⁺),(x~),(y⁺) und (y~) bezeichnet werden und ihre jeweiligen Größen sind derart, daß ein Signal entsprechend (x ) - (x ) proportional zu der x-Koordinate des Flächenschwerpunktes und ein Signal entsprechend (y⁺) -(y~) proportional zu der y-Koordinate des Flächenschwerpunktes ist. Diese Differenzsignale haben auch die richtige Polarität, um das Vorzeichen der jeweiligen Koordinaten anzugeben.

Die Summe aller vier Ausgangssignale ist proportional zur Intensität des Lichtblitzes, so daß Impulshöhenauswahl vorteilhafterweise durch Aufsummieren der Ausgänge und Analysieren des resultierenden Impulses in einem Impulshöhenanalysator mit einem einzigen Kanal vorgenommen werden kann.

Lageempfindliche Dioden sind in den Formen erhältlich, bei denen der Bruchteil der Energie_;der in die x- und y-Koordinatensignale jeweils gehtj entweder als Funktion der Koordinaten des Flächenschwerpunktes des L^chtfleckes variiert oder konstant ist. Wenn der erstere Typ benutzt wird, sollten vorzugsweise die Differenzsignale normalisiert werden, um intensitäts- und lageunabhängige Koordinaten zu erzeugen, in dem ein Verhältnis in Übereinstimmung mit den folgend·» Gleichungen berechnet wird:

= (χ )	-	(X-	)
(X⁺)	+	(y"	■)
- (y⁺)		)

Wenn der zweite Diodentyp benutzt wird, sollten vorzugsweise die Differenzsignale normalisiert werden, um intensitäts- und lageunabhängige Koordinaten erzeugt werden, indem ein Verhält

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nis in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen berechnet wird:

χ ₌

Y = (y^f) - (ν")

Z (E-2)

Die vier Ausgänge von der lageempfindlichen Diode werden vorzugsweise an getrennte ladungsempfindliche Vorverstärker mit niedrigem Rauschen und von dort auf ein oder mehrere Verstärkerstufen gegeben. Die sich ergebenen vier Impulse können dann über torgesteuerte Impulsstreckschaltungen geführt werden, die jeweils eine Verzögerungsschaltung enthalten können, ein lineares Gatter und einen Impulsstrecker, wobei das lineare Gatter von de» Ausgang des Impulshöhenanalysators, der auf das summierte Signal hin arbeitet, gesteuert wird. Auf diese Weise werden nur Impulse gestreckt, die von einem ausgewählten Bereich von Lichtfleckintensitäten herrühren. Die vier gestreckten Ausgangsimpulsβ können dann einerRechenschaltung zugeführt werden, die X- und Y-Impulse in Übereinstimmung mit einem entsprechenden Satz der Gleichungen (E-1) oder (E-2) erzeugt, die X- und Y-Impulse können auf einer Kathodenstrahlröhre ausgegeben werden, wobei das Antastsignal von dem Ausgang des Impulshöhenanalysators abgeleitet wird, oder sie können digitalisiert und in verschiedener Realzeit oder akkumulierter Weise, wie beispielsweise auf einem Videoband oder in einem Gedächtnis, aufgenommen werden . Wenn sie auf einer Kathodenstrahlröhre ausgegeben werden, kann eine Folge von Impulsausgaben auf einem fotografischen Film integriert werden, um ein Abbild der Radioaktivitätsverteilung zu erzeugen, welche von dem Kristall am Eingangsende des Systems gesehen wird.

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Andere Formen von "iageempfindlichen Einrichtungen" können ebenfalls benutzt werden, wie beispielsweise eine Anordnung von Fotomultiplier-Röhren, die den Ausgabeleuchtstoffschirin in einer Weise betrachten, ähnlich wie die Anger-Kamera-Fotomultiplier Röhren den Scintillator betrachten. Abhängig von der Form der Fotomultiplier-Anordnung können endgültige X- und Y-Koordinatenslgnale-in Übereinstimmung mit einem Satz der Gleichungen (E-T) oder (E-2) erzeugt werden.

Es ist offensichtlich, daß »ine Scintillationskamera vom Abbildverstärkertyp in Übereinstimmung mit der Erfindung alle Einschränkungen früherer Formen von Kameratypen beseitigt. Die Empfindlichkeit ist gut, da ein relativ dicker Kristall I Anwendung findet, die Auflösung ist gut, da der Flächenscherpunkt des relativ großen Lichtfleckes auf dem Ausgangsleuchtstoff schirm berechnet wird, und die Abbildqualität ist gut bei statischen Isotopbildungsverhältnissen, da die effektive Impulshöhenauswahl ausgeführt werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsstöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Aueführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigen: J

Fig. 1 eine.echeoiatlsche Ansicht, teilweise geschnitten »einer Str&hltztebbilduneevorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine echtsatische Ansicht einer alternativen Fors dta Kristalle» und des Abbildverstärkeraufbaues,

Fig. 3 eine schesatlech· Ansicht «Iner anderen alternativen Form des Kristallee und eines Abbildverstärkeraufbaute,

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Fig. 4 eine schematische Ansicht einer alternativen Form einer Abbildverstärkerröhre,

Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm einer Form der Ausgangsschaltung nach der Erfindung, und

Fig. 6 ein ßchematisches Blockdiagramm einer alternativen Form der Ausgangsschaltung nach der Erfindung.

In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Anlage dargestellt, die im wesentlichen eine Scintillationskristallanordnung 10, eine faseroptische Lichtführung 20, ein dreistufiges Abbildverstärkersystem mit Verstärkerröhren 30, 40 und 50, eine lageempfindliche Fotodiode 60, eine Ausgangsschaltung mit Vorverstärkern und Versorgungsschaltung 70 für die Fotodiode, eine Rechnerschaltung 80, eine Aufnahmeeinrichtung 90 und eine Verstärkerkraftversorgung 10 enthält. Ferner ist eine lichtdichte, abgeschirmte Umhüllung 110 für das System vorgesehen, welches nach üblichen Prinzipien und bekannten Erfordernissen aufgebaut ist.

Die Kristallanordnung 10 enthält im wesentlichen eine zylindrische Scheibe 11 eines Scintillationskristalles, beispielsweise NaJ (Tl) und eine zylindrische Glasdeckplatte 12. Das Scintillatlonskristall kann annähernd 23 cm im Durchmesser und 1 1/4 cm dick sein. Kristallanordnungen sind käuflich erhältlich. Zahlreiche mechanische Merkmale der Kristallanordnung 10 sind in der Zeichnung nicht dargestellt und brauchen nicht gezeigt zu werden, da sie üblicher Art sind, Es soll außerdem darauf hingewiesen werden, daß ein bestimmter Strahlencollimator, wie beispielsweise ein Lochcollimator,ein Vielkanalcollimator mit parallelen Löchern, ein divergierender Vielkanalcollimator oder ein fokusierender Collimator, üblicherweise zwischen dem Kristall 11 und dem abzubildenden Radioaktivitätskörper gelegt werden kann.

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Die fasteroptische Lichtführung 20 enthält im wesentlichen eine zylindrische Anordnung von dicht gepackten optischen Fasern, die zur Übertragung eines Lichtverteilungsabbildes von der Oberseite der Glasplatte 12 zu der Unterseite oder äußeren Oberfläche eines Glaseingangsfenster 31 der Verstärkerröhre 30 dienen, Die Verstärkerröhe 30 enthält ein Glaseingangsfenster 31 (welches auch aus einem anderen lichttransparenten Material sein kann), ein Glasgehäuse 33, in welchem das Eingangsfenster 31 luftdicht abgeschlossen ist, eine Elektronen emittierende Kathode 32, abgelagert auf der inneren Oberfläche des Eingangsfensters 31, eine Licht emittierende Leuchtstoffanode 34 an dem Ausgangsende und eine i faseroptische Führung 35, eingeschlossen am Ausgangsende zur übertragung des Lichtes von der Anode 34. Andere Merkmale der Verstärkerröhre 30, wie beispielsweise elektrostatische oder magnetische Fukosierungsaufbauten, sind nicht dargestellt. Abbildverstärkerröhren dieser allgemeinen Art sind käuflich erhältlich. Ein Gammastrahlenquant, welches auf die untere Oberfläche des Kristalles 11 einfällt, tritt in den Kristall ein und durchdringt entweder diesen oder unterliegt ein oder mehreren Streuungen, typischerweise Rückstoßereignisse genannt. Wenn das Quant durch den Kristall hindurchgelangt, wird keine Scintillation erzeugt. Wenn aber ein Rückstoßereignis auftritt, erzeugt das Rückstoßelektron eine Scintillation oder einen Lichtblitz in dem I Kristall. Rückstoßereignisse können entweder Compton- oder fotoelektrisch© Ereignisse sein, abhängig davon, ob das Strahlenquant nur einen Teil oder stine gesamte Energie auf das Rückstoßelektron überträgt. Ein gegebenenes Gamasaquant kann einer Reihe von Compton-RUckstößen unterliegen und dann den Kristall verlassen oder, was wahrscheinlicher ist, einen abschließenden fotoelektrischen Rückstoß in dem Kristall erzeugen. Wenn ein Gammaquant die gesamte Energie

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in dem Kristall in ein oder mehreren Rückstoßereignissen abgibt, so wird dies ein Fotopeak-Ereigjtys genannt. Wenn ein Gammaquant nur einen Teil seiner Energie in dem Kristall abgibt und dann aus dem Kristall gelangt, so wird dies ein , Compton^Ereignis genannt. Die Intensität der von einem Gammastrahlenquant, das mit denn Kristall in Wechselwirkung tritt, erzeugten Scintillation hängt davon ab, ob ein Fotopeak-Ereignis oder ein Comptonpeak-Ereignis eintritt, d.h. die Zahl der Photonen, die an der Stelle der Wechselwirkung erzeugt werden, hängt von der Natur des Ereignisses und, natürlich, von der Energie des einfallenden Gammastrahlenquants ab. Bei dem typischen GammastrahlenabbildungsTorgang ist es erwünscht, die Verteilung eines Radioisotopes, welches eine charakteristische Gammastrahlung einer bestimmten Energie, wenn es zerfällt, emittiert, abzubilden. Dies wird am genauesten (mit dem niedrigsten Untergrund und höchsten Auflösung)mit einer Abbildungseinrichtung erreicht, die zwischen einem Fotopeak-Ereignis, welches in dem Kristall von einer charakteristischen Gammastrahlung erzeugt wird, und Ereignissen größerer oder geringerer Intensität unterscheiden kann, die Compton-Ereignisse der charakteristischen Gammastrahlung sein können, oder Fotopeak- und Compton-Ereignisse« die von Untergrundstrahlung, beispielsweise kosmischer Strahlung, charakteristischer Strahlung, die vor dem Eintritt In das Kristall gestreut wurde usw., erzeugt wurden.

Wenn eine Scintillation einerbestimmten Intensität in dem Kristall 11 auftritt, werden Lichtphotonen an der Stelle der Scintillation erzeugt, die nach allen Richtungen entweichen. Eine reflektierende Oberfläche ist üblicherweise an der Unterseite des Krlstalles 11 vorgesehen und die Refraktionsindices des Kristalles 11, der Glasdeckplatte 12, der Lichtführung 20, des Eingangsfensters 31 und des zwischen diesen Elementen ver-

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wendeten optischen Fettes sind im allgemeinen so gut wie möglich angepaßt, so daß Photonen von einer Scintillation wirksam auf die Kathode 32 übertragen werden. Die Intensitätsverteilung von Photonen von einer Scintillation, die an der Fotokathode 32 angelangt, ist derart, daß die."höchste Intensität unmittelbar an einem Punkt über der Stelle der Scintillation liegt und die Intensität bleibt nahezu konstant in einem kleinen kreisförmigen Gebiet, welches diesen Punkt umgibt, und fällt dann als Funktion des radialen Abstandes von diesem Punkt ab. Zum Zwecke der Diskussion kann das Licht, welches die Fotokathode trifft als kreisförmiger Fleck mit größter Intensität an seinem Flächenmittelpunkt angesehen werden, welcher der Stelle der Scintillation entspricht. In diesem Fall ist der Fleck wegen des Abstandes von dem Kristall zu der Fotokathode ziemlich groß, obgleich das optische Fasermedium 20 ein Ausbreiten des Lichtes beim Durchqueren dieser Region verhindert. Der Lichtfleck, der auf die Fotokathode 32 fällt, bewirkt eine Emision von Elektronen in einer Verteilung, die der Lichtintensitätsverteilung entspricht. Diese Elektronen werden über eine hohe Potentialdifferenz zwischen der Kathode 32 und der Anode 34 beschleunigt» die von der Kraftversorgung 10 erzeugt wird. Typischerweise wird ein Fokusierungsbetrag durch bekannte Mittel erreicht, so daß die beschleunigten Elektronen ein relativ kleineres Gebiet der Anode J>k treffen, wo die Elektronenverteilung in eine Lichtverteilung oder einen anderen Licht- J fleck umgewandelt wird. Das faseroptische Medium 35 koppelt den Lichtfleck an das Auegangsende der Verstärkerröhre 30. Natürlich entspricht die Lage des Lichtfleckes, der auf der Anode 34 erzeugt wird, der Lage des Lichtfleckes, der die Fotokathode 32 trifft, obgleich ein Spiegelabbild eingeschlossen sein kann. Die Intensität des L₁chtfleckes auf der Anode 3^ ist größer als die des Lichtfleckes, der die Fotokathode trifft,und zwar um dtn Betrag proportional zu der Verstärkung der Verstärkerröhre.

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Die Verstärkerröhren 40 und 50 sind Im wesentlichen identisch. Sie enthalten zylindrische Gehäuse 43, 53, eingangsfaseroptische Fenster 41, 51, Fotokathoden 42, 52, Licht emittierende Leuchtstoff anöden 44, 54, und ausgangsfaseroptische Fenster 45, 55 zusammen mit einem beliebigen erforderlichen Fokusierungsaufbau. Diese Röhren sind ebenfalls käuflich erhältlich. An dieser Stelle sollte erwähnt werden, daß die Leuchstoffanöden 34, 44 aus Leuchstoff mit schnellem Abfall aufgebaut sind (beispielsweise mit einer Abfallzeit von einer Mikrosekunde), so daß das Ansprechen des Vielstufigen Systems schnell genug erfolgt, damit hohe Zählraten verarbeitet werden können.

Ein Lichtfleck, der in das Eingangsfenster 41 eintritt, erzeugt Elektronen, die von der Fotokathode 42 emittiert werden. Diese Elektronen werden durch die Potentialdifferenz zwischen der Kathode 42 und der Anode 44 beschleunigt und erzeugen einen intensiveren Lichtfleck auf der Anode 44. Dieser Lichtfleck wird über das Ausgangsfenster 45 und das Eingangsfenster 51 an die Fotokathode 52 gegeben. Der Licht-Elektronen-Licht-Prozess wird in der Röhre 50 wiederholt, so daß ein erheblich intensiverer Lichtfleck auf der Leuchtstoffanode 54 erscheint und auf die lageempfindliche Fotodiode 60 gegeben wird. Es soll darauf hingewiesen werden, daß eine genaue räumliche Koordinatenkorrespondenz zwischen der Stelle der Scintillation in dem Kristall 11 und dem Flächenmittelpunkt des Lichtfleckes auf dem Ausgangsleuchtstoffschirm oder der Anode 54 besteht und die Intensität des Lichtfleckes auf der Anode 54 proportional zur Intensität der ursprünglichen Scintillation mit einem Proportionalitätsfaktor ist, der von dem Gesamtverstärkungsfaktor des Abbildverstärkersystems abhängt. Es soll ferner darauf hingewiesen werden, daß optisches Verbindungsfett in dem gesamten System verwendet wird, wo es erforderlich ist, um die Lichtkoppelung zu optimalisieren.

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Die lageempfindliche Fotodiode 60 wandelt den Lichtfleck, der von der Anode 54 auf ihre lichtempfindliche Oberfläche gegeben wird, in vier elektrische Signale um, die Information enthalten, von der die Koordinaten des Flächenschwerpunktes des Fleckes und die Intensität des Fleckes bestimmt werden können. Diese vier Signale erscheinen auf Ausgangsleitungen 62, 63, 64 und 65 und werden über eine Vorverstärker- und Verstärkerschaltung 70 und über getrennte Leitungen in einem Kabel 71 zu der Rechnerschaltung 80 gegeben. Die Rechnerschaltung 80 entwickelt endgültige Koordiantensignale X und Y, die die Koordinaten des Flächenscherpunktes des Lichtfleckes und ein Triggersignal Z für wenigstens einige der Lichtflecke auf der Anode 54 in ei- g ner Weise, die unten beschrieben wird. Die X-und Y-Signale können auf beliebige bekannte Weise in einem Aufnahmegerät 90 aufgenommen werden.

Die Scintlllationen, die in dem Kristall 11 auftreten, werden gleichzeitig in einem Zeitraum von wenigen Mikrosekunden verarbeitet. Das Ansprechvermögen des Gesamtsystems ist derart, daß die Rechnerschaltung 80 einen Impulshöhenwähler enthalten kann, um von dem abschließenden Ausgang solche Scintillationsereignise auszuschalten, die unerwünscht sind. Es wurde gefunden, daß, für erreichbare Gesamtverstärkungen in den Abbildverstärkerstufen, es möglich ist, ein Abbildungssystem in Übereinstimmung mit der Erfindung aufzubauen, welches ein« bessere I räumliche Auflösung hat, als sie von der bekannten Anger-Kamera erreicht werden kann, ohne daß die Empfindlichkeit oder Linearität darunter leidet.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß das faseroptische Medium 20 weggelassen werden kann, wenn ein gekrümmter Kristall 11' und eine solche Glasplatte 12· zur Anpassung der Krümmung des Fensters 31 benutzt wird. Dies führt zu einer wirkungsvolleren Lichtkopplung,

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Schwierigkeiten bestehen Jedoch bei der Herstellung des gekrümmten Kristalles aus einer flachen Scheibe; Schwierigkeiten werden bei der Herstellung eines dicken Kristalles in einer derartigen Form nicht geringer. Wenn es natürlich möglich wäre, das Eingangsfenster 31 flach zu machen und dieses unter diesen Umständen auch den Druck entsprechend des evakuierten Innenraumes der Röhre 30 aushalten kann, so könnte ein flacher Kristallaufbau direkt mit dem Glaseingangsfenster verbunden werden

Figur 3 zeigt ein Kristallverstärkersystem, bei dem der Kristall 203 im Innenraum der Röhre 200 angeordnet ist, wobei eine Fotokathode 204 direkt darauf abgelagert ist. Vom Standpunkt der Licht- und Elektronenoptik ist dies wahrscheinlich die wirksamste Anordnung. Das Eingangsfenster 201 braucht keine optischen Eigenschaften zu haben und kann aus einem Material bestehen, welches Gammastrahlen ziemlich einfach ohne Störung hindurchdringen läßt.

In Fig. 4 ist eine Alternativform eines vielstufigen Verstärkersystems dargestellt. Der Verstärker 300 hat ein Eingangsfenster 302 und eine Fotokathode 303 wie in der Röhre 30, das Gehäuse 301 enthält jedoch eine Vielzahl von Elektronenverstärkungselektroden 304 und 305 zwischen Fotokathode 303 und Ausgangsleuchtstoffschirm 306. Die Elektronenvervielfachung findet an den Elektroden 304 und 305 statt, alle Elektronen wandern jedoch im wesentlichen fortlaufend in der gleichen Richtung, so daß eine minimale Defokusierung des endgültigen Lichtfleckes erreicht wird. Andere Aufbauten zur Fokusierung zwischen den Stufen sind in dieser schematischen Darstellung eines einzigen Röhrenaufbaues, der die drei getrennten Röhren von Fig. 1 ersetzen kann und im wesentlichen zum gleichen Ergebnis führt, nicht gezeigt.

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In Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Ausgangsschaltung zur Benutzung mit einer Form einer lageempfindlichen Diode dargestellt. In diesem Fall ist die Diode 60 von dem Typ, bei dem die Summe (x⁺) + (x~) + (y⁺) + (y~) im wesentlichen unabhängig von der Lage eines auftreffenden Lichtblitzes konstanter Intensität ist, das Differenzsignal (x⁺) - (x~) ist Jedoch nicht eine lineare Funktion der x-Koordinate des Lichtfleckes, das gleiche gilt auch für die y-Koordinate. Um so die Differenzsignale zu linearisieren und zu normalisieren, ist es erforderlich, Signale entsprechend den Gleichungen (E-1) zu entwickeln.

FUr die erfindungsgemäße Anordnung kann die lageempfindliche t Diode 60 ein "PIN-SPOT/10"-Detektor sein, der von der United Detector Technology of Santa Monica, California hergestellt wird. Eine Vorspannung für die Diode 60 wird durch zuführen einer Gleichstromspannung von einer Batterie 66 oder einer anderen Gleichstromspannungsquelle zwischen Stift 61 und Stift 63 über einen Widerstand 67 erreicht. Dies bewirkt eine ständige Gleichstromvorspannung über die Diode, da die Stifte 62, 63, 64 und 65 über ein gemeinsames Widerstandselement in der Diode miteinander verkoppelt sind. Der Betriebsmechanismus für die Diode wird hier nicht beschrieben, da er beispielsweise in den o.g. Patentschriften offenbart ist.

Ausgangssignale von den vier Ausgangselektroden 62 bis 65 wer- f den an geeignete Verstärkerkreise 120 bis 123 gegeben, die Ausgänge der Verstärkerkreise 120 bis 123 an torgesteuerte Strecker 130 und einen Z-Sumaenkreis 170. Die Ausgänge der torgesteuerten Strecker 130 sind, wenn angesteuert, eine gestreckte Version der verstärkten (x⁺) -, (x~)-, (y⁺)-, und (y~)-Signale. Die gestreckten Versionen der (x⁺)-und (x")-Signale werden jeweils zu einem X-Sumiaen-Kreis 140 und einem X-DIfferenz-Kreis 142 geführt, während die (y⁺)- und (y")-Signale jeweils zu ei-

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nem Y-Summen-Kreis 141 und einem Y-Differenz-Kreis 143 gegeben werden. Die Ausgänge der X-Summen- und X-Differenz-Kreise sind proportional zu (x⁺) + (x~) und (x⁴) - (x~) und diese Ausgänge werden zu dem X-Verhältnis-Kreis 150 geführt, welcher ein Ausgangssignal X proportional zu (x⁺) - (x~) : (x⁴) + fx~) entwickelt Die Behandlung der (y ")- und (y~)-Signale ist für die Erzeugung eines Ausganges Y von dem Y-Verhältnis-Kreis 151 proportional zu (y⁺) - (y~) : (y⁺) + (y~) die gleiche. Die X- und Y-Signale können in einer beliebigen bekannten Weise aufgenommen oder auf der Frontscheibe 161 einer Kathodenstrahlröhreneinrichtung 160 ausgegeben werden.

Der Z-Summen-Kreis 170 addiert die vier verstärkten Ausgänge und erzeugt ein Signal proportional zu der Intensität des Lichtflecke. Dieses Signal wird einem Impulshöhenanalysator 180 zugeführt, der so eingestellt werden kann, daß er auf Eingangssignal in einem ausgewählten Bereich entsprechend einem Bereich einfallender Lichtfleckintensitäten anspricht. Die Ausgangssignale von dem Impulshöhenanalysator 180 werden einem Triggerkreis 190 zugeführt, welcher die Strecker ansteuert und zu einer bestimmten Zeit Z - Signal liefert, um die Kathodenstrahlröhre anzutasten. Die torgesteuerten Strecker 180 enthalten einzelne Verzögerungskreise, um zu ermöglichen, daß die Impulshöhenanalyse ausgeführt wird, bevor dif Signale zur Annahme durch die Gatter dargeboten werden. Alle in Fig. 5 dargestellten Kreise sind üblicher Art und werden beispielsweise zum Teil auch bei der Anger-Kamera verwendet.

Figur 6 zeigt die Schaltung zum Verarbeiten der Ausgangssignale von einer lageempfindlichen Fotodiode, weiche derart aufgebaut ist und arbeitet, daß die x- und y-Differenz-Signale lineare Funktionen der Lage sind und Verhältnisse durch Benutzung

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der Gesamtsumme der Ausgangssignale berechnet werden können. Außer diesem Aspekt sind die beiden Systeme im wesentlichen identisch.

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Claims

Patentansprüche

1JStrahlenabbildungseinrichtung vom Abbildverstärkertyp, gekennzeichnet durch eines Scintillationseinrichtung, die auf ' einzelne einfallende Strahlenquanten zur Erzeugung einer Lichtintensitätsverteilung mit einem Flächenschwerpunkt an den räumlichen Koordinaten des Einfalles anspricht, eine Verstärkereinrichtung zur Verstärkung der Lichtverteilungn, und eine lageempfindliche Einrichtung, die die verstärkte Lichtintensitätsverteilung aufnimmt und erste und zweite Paare von elektrischen Signalen erzeugt, die den Flächen- * schwerpunkt der Lichtintensitätsverteilung und die Gesamtintensität von ihr darstellen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scintillationseinrichtung ein relativ dicker im wesentlich zylindrischer thalliumaktivierter Natriumiodidkristall ist.
3. Strahlenkamera, gekennzeichnet durch ein Abbildverstärkersystem mit einer Eingangsfotokathode und einem Ausgangsleuchstoffschirm, die auf eine Eingangslichtverteilung auf der Fotokathode zur Erzeugung einer verstärkten Form der Verteilung auf dem Ausgangsschirm anspricht, einen

P relativ dicken Scintillationskristall, der mit der Fotokathode zur Erzeugung charakteristischer Lichtintensitätsverteilungen auf einzelne einfallende Gammaquanten bei verschiedenen räumlichen Koordinaten anspricht, eine lageempfindliche Fotodiode, die mit dem Ausgangsleuchtstoffschirm zur Erzeugung eines Satzes von ersten und zweiten Paaren von elektrischen Signalen zusammenarbeitet, die die räumlichen Koordinaten von einem der einfallenden Gammaquanten und die von diesem in dem Kristall abgegebene

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Energie darstellt, und durch eine Schaltungseinrichtung, die auf wenigstens einige der Sätze von Signalen zur Erzeugung von elektrischen Koordinaten-Signalen anspricht, die in Vorzeichen und Größe den räumlichen Koordinaten entsprechen=
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf die elektrischen Koordinaten-Signale zur Ausgabe dieser Signale in Form eines räumlich zugeordneten Lichtblitzes anspricht, und durch eine Einrichtung zum Fotografieren der Lichtblitze.
5r Einrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinri.chtung eine Einrichtung zum Summieren der i ersten und zweiten Paare von Signalen zur Erzeugung eines Intensitätssignales und eine Einrichtung zur Analyse der Öröße dieses Intensitätssignales aufweist.
6„ Scintillationskamera vom Abbildverstärkertyp, gekennzeichnet durch einen relativ dicken Scintillationskristall, der mit der Fotokathode des Abbildverstärkers zur Erzeugung eines räumlich angeordneten Lichtfleckes darauf auf ein einfallendes Gammaquant hin zusammenarbeitet,und durch eine lageempfindliche, auf Licht ansprechende Einrichtung, die mit dem Ausgangsleuchtstoffschirm des Abbildverstärkers zur Erzeugung einer Anzeige der Koordinaten des Flächenschwerpunktes eines verstärkten räumlich angeordneten Licht- % fleckes auf dem Schirm zusammenarbeitet.
7r Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lageeapfindliche, auf Licht ansprechende Einrichtung eine lageeapf indliche Fotodiode ist.-
8. Verfahren zur Gammastrahlenabbildung, gekennzeichnet durch Erzeugen eines relativ großen, räumlich angeordneten, schwa-

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chen Lichtfleckes auf ein einfallendes Gammastrahlenquant hin, Verstärken des Lichtfleckes, Berechnen der Koordinaten des Flächenscherpunktes des verstärkten Lichtfleckes und Ausgeben eines kleinen Lichtfleckes in Übereinstimmung mit den berechneten Koordinaten

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