DE2629304C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Szintillationskameras mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1, wie sie beispielsweise aus US-P5 50 11 057 und DE-OS 21 49 279 bekannt sind.

Eine solche Szintillationskamera weist einen kreisförmigen Szintillationskristall, eine Anordnung von Fotovervielfachern, die mit ihrer optischen Achse senkrecht zur Ebene des Kristalls so angeordnet sind, daß ihre Foto­ kathoden Licht von dem Kristall aufnehmen, und eine Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Fotovervielfacher auf. Der Szintillationsblitz wird von den Fotokathoden der Fotovervielfacher aufgenommen, deren jeder ein Ausgangssignal erzeugt, das auf den Abstand des Lichtvorganges von dem Fotovervielfacher bezogen ist. Die Verarbeitungsschaltung spricht auf die Ausgangssignale der Fotovervielfacher zur Berechnung der beiden Ortskoordinaten (X, Y) des Lichtvorganges, die nachstehend als "Raumkoordina­ ten" bezeichnet sind, an.

Eine Szintillationskamera nach der DE-OS 21 49 279 zeigt eine Anordnung, bei der die Ausgangssignale aller Fotovervielfa­ cher individuell einer Rechnungschaltung zugeführt werden. Die hierbei verwendeten Fotokathoden haben alle die gleichen Größenabmessungen und sind insbes. alle identisch miteinander ausgebildet.

Herkömmliche Szintillationskameras verwenden üblicherweise einen Szintillationskristall von 30 cm Durchmesser, über welchem 19 Fotovervielfacher mit einem Durchmesser von 7,5 cm positioniert sind, die in einem 3-4-5-4-3 Hexagonalschema angeordnet sind, oder 37 Fotovervielfacher mit einem Durch­ messer von 5 cm, die in einem 4-5-6-7-6-5-4 Hexagonalschema angeordnet sind. Während jedes Schema den gesamten Szintil­ lationskristall bedeckt, beträgt das erreichbare Auflösungs­ vermögen unter Verwendung der 37 Fotovervielfacher etwa 6 mm im Vergleich zu 7 oder 8 mm bei Verwendung der 19 Fotover­ vielfacher.

Solche Szintillationskameras werden zweckmäßigerweise in der Nuklearmedizin verwendet, da sie gestatten, die inneren Organe des Patienten zu untersuchen. Hierbei wird ein radioaktives Präparat mit einer Affinität für das zu unter­ suchende Organ in den Körper eines Patienten eingeführt, das ein Strahlungsfeld innerhalb des Organes erzeugt. Durch Positionierung des Kristalls über dem Organ und durch Speicherung von Daten aus der Kamera über eine vorbestimmte Zeitperiode kann die Dichteverteilung des Strahlungsfeldes in Form einer Grauskala oder eines farbig gekennzeichneten Bildes von elementaren Bereichen, die den Kristall bedecken, erhalten werden. Ein derartiges Schema enthält wichtige medizinische Information, die von einem geübten Betrachter interpretiert werden kann, um die Organe des Patienten zu beobachten, zu prüfen und zu behandeln.

Nachdem ein geübter Betrachter die Möglichkeit gehabt hat, das Dichteverteilungsschema des Strahlungsfeldes zu studie­ ren, wird häufig festgestellt, daß bestimmte Teile vom medizinischen Standpunkt aus von größerem Interesse sind als andere und eine nähere Betrachtung erfordern. Um derartige begrenzte Teile auswerten zu können, wäre eine Vergrößerung dieser Teile besonders zweckmäßig. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Schema auf einer Fernseh­ bildröhre dargestellt wird; wird dieser Ausschnitt jedoch vergrößert, nimmt die Auflösung ab, wodurch das Bild un­ schärfer wird und unter Umständen die Teile verschleiert werden, die der Betrachter gerade genauer untersuchen will.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Kamera nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß bei einfacher rechne­ rischer Erfassung der Koordinaten des Szintillationsblitzes eine verbesserte Auflösung möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erste Gruppe von Fotovervielfachern stellt ein zentrales Bündel dar und die Fotovervielfacher der zweiten Gruppe sind ringförmig um die zentrale erste Gruppe angeordnet. Eine derartige Szintillationskamera kann in zwei selektiven Betriebsarten betrieben werden: In der ersten Betriebsart wird jede Raumkoordinate eines Lichtvorganges durch Bildung einer analytischen Funktion der Ausgangssignale nur der Fotovervielfacher in der ersten Gruppe berechnet. In der zweiten Betriebsart wird jede Raumkoordinate eines Lichtvor­ ganges durch Bildung einer analytischen Funktion der Summe der Ausgangssignale aus der ersten und der zweiten Gruppe von Fotovervielfachern berechnet. Für Lichtvorgänge, die auf die erste Gruppe innerhalb des Kristalles fallen, ist, wenn die Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Fotover­ vielfacher in der ersten Betriebsart arbeitet, die erzielte Auflösung wesentlich höher als die Auflösung, die erreicht wird, wenn die Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Fotovervielfacher in ihrer zweiten Betriebsart arbeitet. Auf diese Weise wird die Auflösung über ein Betrachtungsfeld, das auf die erste Gruppe von Fotovervielfachern begrenzt ist, entscheidend erhöht.

Dadurch, daß die Fotovervielfacher in jeder der beiden Gruppen in einem ähnlichen Schema organisiert sind und die erste Gruppe von Fotovervielfachern, das zentrale Bündel, in einer Position angeordnet ist, die normalerweise von einem einzigen Fotovervielfacher der zweiten Gruppe eingenommen würde und mit diesem dimensionsmäßig übereinstimmt, ist es möglich, einen einzigen Rechner zur Berechnung der Raumkoor­ dinaten eines Lichtvorganges unabhängig davon zu verwenden, ob die erste oder die zweite Betriebsart angewendet wird. Die zwei unterschiedlichen Betriebsarten der Verarbeitungsschal­ tung werden mit Hilfe einer Schaltanordnung erzielt, die entweder die Ausgänge der Fotovervielfacher der ersten Gruppe, oder aber die Ausgänge der Fotovervielfacher der zweiten Gruppe zusammen mit der Summe der Ausgänge der Fotovervielfacher der ersten Gruppe aufgibt.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich­ nung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kopfes einer Szintillationskamera gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kamerakopf gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer vollständigen Szintilla­ tionskamera gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kollimators längs der Linie IV-IV in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Kopf für eine Szintillationskamera bezeichnet, der eine Vielzahl von Fotovervielfachern 11, einen Szintillationskristall 12, einen Kollimator 13 und ein Gehäuse 14, das die verschiedenen Bestandteile als Einheit zusammenhält, aufweist. Der Szintillationskristall 12 ist ein scheibenförmiger, ebener Szintillationskristall, z. B. aus mit Thalium aktiviertem Natriumjodid, der im Gehäuse 14 mit Hilfe entsprechender Schultern 15 befestigt ist. Derartige Szintil­ lationskristalle sind in unterschiedlichen Größen verfügbar; eine zweckmäßige Größe, die für Szintillationskameras der beschriebenen Art im Einsatz ist, hat einen Durchmesser von 30-40 cm.

Der Kollimator 13 an der Eintrittsfläche 16 des Szintil­ lationskristalls wird einem Strahlungsfeld 17 ausgesetzt und besitzt eine Vielzahl von Öffnungen, deren Achsen senkrecht zur Ebene des Szintillationskristalls verlaufen, um das Betrachtungsfeld des Szintillationskristalls zu begrenzen. Einzelheiten des Kollimators sind in Fig. 4 gezeigt. Es gelangen nur die Gammastrahlen, die im Strahlungsfeld in einem Bereich direkt unterhalb einer Öffnung entstehen und senkrecht zur Ebene des Szintillationskristalles gerichtet sind, durch die Öffnung hindurch und in den Szintillations­ kristall. Gammastrahlen 18, die aus dem Strahlungsfeld 17 austreten und durch den Kollimator 13 gehen, gelangen in den Szintillationskristall 12 und wirken mit der Gitterstruktur in verschiedenen Tiefen zusammen, wodurch Lichtvorgänge ausgelöst werden, die an den Stellen der Einwirkung auftre­ ten. Ein typischer Lichtvorgang ist durch das Bezugszeichen 19 in Fig. 1 angedeutet. Aufgrund des Kollimators entsprechen die räumlichen Stellen der Lichtvorgänge im Szintillations­ kristall der räumlichen Verteilung der Strahlungsreize, die die Vorgänge auslösen.

Von einem Lichtvorgang erzeugtes Licht wird ungerichtet in den Szintillationskristall abgestrahlt und der größte Teil des Lichtes tritt außerhalb des Szintillationskristalls durch die Ausgangsfläche 20, über welche die Fotovervielfacher 11 mit ihrer optischen Achse in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Szintillationskristalls orientiert angeordnet sind. Die Fotokathoden 21 der Fotovervielfacher sind der Ausgangs­ fläche 20 zugewandt und von ihr in einem solchen Abstand versetzt, daß die geometrische Empfindlichkeit der Fotover­ vielfacher ein Optimum wird. Ein Lichtvorgang wird somit von den Fotokathoden eines jeden Fotovervielfachers in zwei Gruppen betrachtet und der Fotovervielfacher spricht darauf durch Erzeugung eines Ausgangssignales an, dessen Amplitude von der Verschiebung des Fotovervielfachers in Hinblick auf den Lichtvorgang abhängt. Wie weiter unten erläutert wird, wird jede Raumkoordinate eines Lichtvorganges aus einer analytischen Kombination der Ausgänge der Fotovervielfacher berechnet.

In bezug auf den Aufbau und die Größe der Fotovervielfacher wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die darstellt, wie die Fotovervielfacher in zwei Gruppen unterteilt sind. Die erste Gruppe (Bündel) ist mit 22 bezeichnet, während die zweite Gruppe, die mit 23 bezeichnet ist, ringförmig um das Bündel 22 herum angeordnet ist. Das Bündel 22 besteht aus neunzehn Fotovervielfachern, deren Fotokathoden einen Nenndurchmesser von 1,25 cm haben; die Fotovervielfacher sind in einem 3-4-5-4-5 Hexagonalschema angeordnet. Die Fotover­ vielfacher sind mit PM-3-1 bis PM-3-19 (Fig. 5) bezeichnet. Die Anordnung 23 besteht aus achtzehn Fotovervielfachern, deren Fotokathoden einen Nenndurchmesser von 7,5 cm haben; sie sind in einem Hexagonalschema angeordnet, das normaler­ weise ein 3-4-5-4-3 Schema ist, mit der Ausnahme, daß der mittlere Fotovervielfacher fehlt und eine zentrische Öffnung festgelegt wird, in der das Bündel 22 angeordnet ist. Die Fotovervielfacher der Anordnung 25 sind mit PM-1, PM-2, und PM-4 bis PM-19 bezeichnet, wie in Fig. 5 angegeben. Es fehlt ein Fotovervielfacher mit der Bezeichnung PM-3. Das Bündel 22 nimmt den gleichen Raum ein wie ein Fotovervielfacher mit einer Fotokathode mit Nenndurchmesser von 7,5 cm einnehmen würde, wenn das Schema der Anordnung 23 vollständig wäre.

Bei dem Schema des Bündels 22 und der Anordnung 23 haben die einzelnen Fotovervielfacher, die die gleiche relative Lage in jedem Muster einnehmen, die gleiche Indexzahl, d. h., daß der in Fig. 2 am weitesten links dargestellte Fotovervielfacher, der längs der X-Achse in der Anordnung 23 liegt, mit PM-1 bezeichnet ist, während der am weitesten links längs der X-Achse im Bündel 22 dargestellte Fotovervielfacher mit PM-3-1 bezeichnet ist, usw.

Aufgrund der unterschiedlichen Flächen der Fotokathoden der Fotovervielfacher im Bündel 22 und in der Anordnung 23 ist der Kollimator 13 vorzugsweise mit zwei Sätzen von Öffnungen ausgeführt, die jeweils das Bündel 22 und die Anordnung 23 abdecken. Der innere Satz von Löchern 51 ist innerhalb des Kreises 50 angeordnet, der kongruent mit dem Kreis 22 ist (Fig. 4), wobei der Kreis 50 vor dem Bündel 22 angeordnet ist. Die Querschnittsfläche der Öffnungen im Kreis 50 ist wesentlich kleiner als die Querschnittsfläche des äußeren, ringförmigen Satzes von Öffnungen 52, die sich vor der Anordnung 23 befinden.

Die Verarbeitungsschaltung zur Brechnung der beiden Koordi­ naten eines Lichtvorganges im Szintillationskristall aus den Ausgangssignalen der verschiedenen Fotovervielfacher ist in Fig. 3 generell mit 26 bezeichnet und weist einen Addierer 27, einen Schalter 28 und einen Computer 29 auf. Der Schalter 28 besitzt zwei Sätze von neunzehn Eingängen, die als die "A"-und die "B"-Eingangsanschlüsse bezeichnet sind, und einen Satz von neunzehn Ausgängen, die als die "C"-Ausgangsan­ schlüsse bezeichnet sind, welche mit neunzehn Eingängen in den Computer 29 über die Leitungen ℓ₁ bis ℓ₁₉ verbunden sind.

Der Schalter 28 hat zwei Zustände, die durch die Betriebsart- Wähleinrichtung 30 mit Eingängen 31 und 32 bestimmt werden. Wird der Eingang 31 betätigt, geht der Schalter in seinen Zustand "hohe Auflösung", in welchem die entsprechenden "C"-Ausgangsanschlüsse mit nur den entsprechenden "B"-Ein­ gangsanschlüssen verbunden sind, die selbst direkt mit den entsprechenden Ausgängen der neunzehn Fotovervielfacher des Bündels 22 verbunden sind. Dies bedeutet, daß dann, wenn der Schalter seinen Zustand "hohe Auflösung" einnimmt, der Fotovervielfacher PM-3-1 mit der Leitung ℓ₁ verbunden ist, usw. In einem solchen Zustand wird der Computer 29 mit Daten nur aus dem Bündel 22 gespeist.

Der Computer 29 kann z. B. so ausgelegt sein, wie in Fig. 2 des US-Patentes 30 11 057 dargestellt ist. Hierbei wird beispielsweise die Berechnung der Verschiebung eines Licht­ vorganges aus jedem der zwei orthogonalen Koordinaten-Achsen, die als X-Achse, und als Y-Achse bezeichnet sind, durch Bewertung des Ausgangssignales erzielt, das aus jedem Fotovervielfacher entsprechend dem Abstand von der in Frage kommenden Koordinatenachse erhalten wird. Die bewertete Summe der Fotovervielfacher-Ausgangssignale dient zur Berechnung einer Koordinate des Lichtvorganges (d. h. seiner Verschiebung von einer Koordinatenachse). Eine solche bewertete Summe stellt eine feste analytische Funktion der Ausgangssignale dar. Mathematisch sind die Koordinaten x und y:
(1) x = f _x (b₁s₁, .... b₁₉s₁₉;) und
(2) y = f _y (c₁s₁, .... c₁₉s₁₉)
wobei die Buchstaben b und c die den Signalen s zugeordneten Bewertungen darstellen und jede Indexziffer die Eingangslei­ tung in den Computer, die das in Frage kommende Signal enthält, darstellt.

Aufgrund der Größe der Fotokathoden der Fotovervielfacher des Bündels 22 kann eine Auflösung von 1 bis 2 mm für Vorgänge erzielt werden, die innerhalb eines Betrachtungsfeldes auftreten, das durch die Außenumfangslinie der Fotokathoden der Fotovervielfacher des Bündels 22 umfaßt wird.

Eine derartige Umfangslinie ist durch die gestrichelte Kreislinie 24 in Fig. 2 bestimmt, die im wesentlichen kongruent mit dem Kreis 50 ist und die darstellt, was nachstehend mit "erster Teil der Abgabefläche des Szintilla­ tionskristalles" bezeichnet wird.

Wenn der Eingang 52 des Betriebsart-Auswählschalters 30 betätigt wird, geht der Schalter in seinen "normalen" Zustand, in welchem die entsprechenden "C"-Ausgangsanschlüsse nur mit den entsprechenden "A"-Eingangsanschlüssen verbunden sind, an die die entsprechenden Ausgänge der achtzehn Fotovervielfacher der Anordnung 23 und der Ausgang des Addierers 27 direkt gelegt sind. Dies bedeutet, daß der Fotovervielfacher PM-1 mit der Leitung ℓ₁ verbunden ist, usw. Die Leitung ℓ₅ ist nicht mit einem Fotovervielfacher der Anordnung 23 verbunden, da kein Fotovervielfacher PM-3 vorhanden ist. Stattdessen ist die Leitung ℓ₃ mit dem Ausgang des Addierers 27 verbunden, dessen Eingang die Ausgänge der neunzehn Fotovervielfacher des Bündels 22 aufweist. Somit ist der Ausgang des Addierers 27 (und damit das der Leitung ℓ₃ aufgegebene Signal) die Summe der Ausgänge der Fotoverviel­ facher des Bündels 22. Wenn der Schalter seine "normale" Betriebsart einnimmt, erkennt der Computer 29, daß neunzehn Fotovervielfacher vorhanden sind, die verhältnismäßig große Fotokathoden gleichförmigen Flächeninhaltes darstellen, und die mathematischen Vorgänge, die von dem Computer durchge­ führt und in den Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden, ergeben die Koordinaten x und y eines Lichtvorganges, der irgendwo innerhalb eines Betrachtungsfeldes auftritt, welches durch den Szintillationskristall definiert ist, wie durch die gestrichelte Kreislinie 25 in Fig. 2 gezeigt.

Die Szintillationskamera ergibt damit eine herkömmliche Sichtanzeige, wenn die Kamera in ihrer "normalen" Betriebsart betrieben wird. Wenn ein Betrachter einen Teil der Sichtan­ zeige für eine eingehendere und nähere Inspektion untersuchen will, kann der Kamerakopf so verschoben werden, daß er die geometrische Mitte des Szintillationskristalles direkt oberhalb des Flächenmittelpunktes des interessierenden Bereiches fixiert. In einer solchen Position kann die Betriebsart in "hohe Auflösung" geändert werden, wodurch der interessierende Bereich unter Verwendung nur der Fotoverviel­ facher im Bündel 22 betrachtet werden kann. Wie oben angege­ ben, wird die Auflösung aufgrund der Dichte der Fotoverviel­ facher innerhalb der Kreisfläche 24 größer als im Ringbereich zwischen den Kreisen 24 und 25. Infolgedessen hat das Bild, das während der Betriebsart "hohe Auflösung" erzeugt wird, selbst wenn es um ein Mehrfaches vergrößert wird, mindestens eine so gute Auflösung wie das normale Bild, das erhalten wird, wenn die Kamera in ihrer normalen Betriebsart arbeitet.

Anstatt daß der Computer 29 jede Koordinate eines Lichtvor­ ganges aufgrund einer festen analytischen Funktion von Signalen, die in den Leitungen ℓ₁ bis ℓ₁₉ auftreten, für jede Betriebsart des Schaltes 30 berechnet, kann die analytische Funktion von der räumlichen Lage des Lichtvorganges im Szintillationskristall abhängig gemacht werden.

Claims (6)

1. Szintillationskamera mit einem Szintillationskristall, mit einer Vielzahl von Fotovervielfachern, deren Foto­ kathoden einer Ausgangsfläche des Kristalls zur Erzeugung eines Abgabesignales im Falle des Auftretens eines Lichtvorganges im Kristall zugewandt sind, und mit einer Signalverarbeitungsschaltung, die auf die Ausgangssignale der Fotovervielfacher anspricht, um die beiden Ortskoor­ dinaten des Lichtvorganges im Kristall unter Verwendung analytischer Funktionen der Ausgangssignale zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotovervielfacher (11; PM-1, PM-2, .... PM-3-1; PM-3-2, ....) in zwei unter­ schiedlichen Gruppen (22, 25) angeordnet sind, deren erste Gruppe (22) ein Bündel von n₁ Fotovervielfachern (PM-3-1, PM-3-2, ...) und deren zweite Gruppe (23) eine Anzahl von n₂ Fotovervielfachern (PM-1, PM-2, ....) aufweist, wobei n₁ = n₂ + 1,
daß jede Fotokathode der Fotovervielfacher (PM-3-1, PM-3-2, ....) in der ersten Gruppe (22) eine Fläche a₁ und jede Fotokathode der Fotovervielfacher (PM-1, PM-2, ...) in der zweiten Gruppe (23) eine Fläche a₁ besitzt, wobei a₂ größer ist als a₁,
daß die Fotovervielfacher in jeder Gruppe (22, 23) im gleichen Schema angeordnet sind, und
daß das Schema der zweiten Gruppe (23) eine freie Stelle besitzt, in die die erste Gruppe (22) paßt.

2. Szintillationskamera nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Gruppe (22) von Fotovervielfa­ chern im geometrischen Mittelpunkt der zweiten Gruppe (23) von Fotovervielfachern angeordnet ist.

3. Szintillationskamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (26) eine erste Betriebsweise hat, in der Ausgangssignale nur aus den Fotovervielfachern der ersten Gruppe (22) zur Berechnung jeder Ortskoordinate eines Lichtvorganges verwendet werden.

4. Szintillationskamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (26) eine zweite Betriebsweise hat, in der Ausgangssignale aus beiden Gruppen (22, 25) von Fotovervielfachern zur Berechnung jeder Ortskoordinate eines Lichtvorganges verwendet werden.

5. Szintillationskamera nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (26) eine Addiereinrichtung (27) aufweist, die die Ausgangssignale der ersten Gruppe (22) von Fotovervielfachern zur Bildung eines Summensignales kombiniert, und daß eine Einrichtung (29) zur Berechnung jeder Ortskoordinate eines Lichtvor­ ganges vorgesehen ist, indem eine analytische Funktion des Summensignales und der Ausgangssignale der zweiten Gruppe von Fotovervielfachern gebildet wird.

6. Szintillationskamera nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Kristall (12) und Strahlungsreizquelle vorgesehener Kollimator (13) zwei Sätze von Löchern (51, 52) unterschiedlicher Größe besitzt, wobei der Satz (51) mit den kleineren Löchern über den n₁ Fotovervielfachern in der ersten Gruppe (22) und der Satz (52) mit den größeren Löchern über den n₂ Fotovervielfachern in der zweiten Gruppe (25) liegt.