NL7906162A

NL7906162A - Hybrid scanner for objects emitting gamma-rays - determines accurately the point of scintillation independently of the point

Info

Publication number: NL7906162A
Application number: NL7906162A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1979-08-13
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1981-02-17

Abstract

An array of near enough identical crystals of a material which converts gamma-radiation into light, has the crystals near enough in contact with each other, and in contact over the whole length of one side of the crystals, with a collimator. The array is also provided with two photo-multiplier tubes and light mixing prisms to form a device for scanning objects which emit gamma-rays. Each crystal is enclosed except on the surface turned away from the collimator by material which is impermeable to light. On the unscreened side two mirror image optical conductors of transparent material are located. These are sepd. by a narrow gap which coincides near enough with a flat surface of each of them, and their flat base surfaces together with the cross-section of the gap cover at least the whole of the surface turned away from the collimator. The gap in which the material impermeable to light is placed stands vertically on the surface turned away from the collimator. Its plane passes through the centre point of the surface of the row of crystals turned away from the collimator, and also intersects all the crystals of the row. Both photo-multiplier tubes are connected to corresponding surfaces of the optical conductors.

Description

M.O. 26.155 Ned.M.O. 26,155 Ned.

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurweten-scliappeljjk Onderzoek ten behoeve van de Volksgezondheid te 1s-Gravenhage.Netherlands Organization for Applied Natural Sciences-scliappeljjk Research for Public Health in 1s-Gravenhage.

Inrichting voor het aftasten van voorwerpen die gamma-stralen uitzenden.Device for scanning objects emitting gamma rays.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het aftasten van voorwerpen die gammastralen uitzenden, bestaande uit een rij van althans nagenoeg aan elkaar aansluitende, geheel of nagenoeg identieke kristallen van een materiaal dat gammastralen in licht omzet, welke rij aan één zijde over de gehele lengte aan- 5 sluit aan een collimator en voorts is voorzien van twee fotomulti-plicatorbuizen.The invention relates to a device for scanning objects emitting gamma rays, consisting of a row of substantially contiguous, wholly or substantially identical crystals of a material that converts gamma rays into light, which row on one side over the entire length connects to a collimator and is further provided with two photomultiplier tubes.

Zulk een inrichting is bekend uit het artikel "The design and some clinical applications of a hybrid-scanner" van de hand van J.C.W. Crawley en N. Yeall, gepubliceerd in "Medical Radio- 10 isotope Scintigraphy", 1972, deel I, biz. 105-112, IAEA, Wenen 1973·Such a device is known from the article "The design and some clinical applications of a hybrid scanner" by J.C.W. Crawley and N. Yeall, published in "Medical Radioisotope Scintigraphy", 1972, Vol. I, biz. 105-112, IAEA, Vienna 1973

Bij het onderzoeken van inwendige organen wordt de laatste jaren dikwijls gebruik gemaakt van radioactieve stoffen. De patiënt krijgt zulk een stof dan bijvoorbeeld toegediend in de vorm van een verbinding die de eigenschap bezit in het te onderzoeken 15 orgaan te worden opgehoopt. Dit orgaan wordt hierdoor tijdelijk radioactief en zendt onder meer gammastralen uit. Door nu de intensiteit van deze gammastraling te meten als een functie van de plaats, kan waardevoll^finformatie over grootte, vorm en ligging van het te onderzoeken orgaan worden verkregen. 20Radioactive materials have often been used in the examination of internal organs in recent years. The patient is then administered such a substance, for example, in the form of a compound which has the property of accumulating in the organ to be examined. As a result, this organ becomes temporarily radioactive and, among other things, emits gamma rays. By now measuring the intensity of this gamma radiation as a function of the location, valuable information about the size, shape and location of the organ to be examined can be obtained. 20

Het eenvoudigste apparaat voor het bepalen van de intensiteit van gammastraling als functie van de plaats is de enkelvoudige aftaster (rectilinear scanner). Deze bestaat uit één kristal dat de eigenschappen bezit gammastralen in licht om te zetten, welk kristal aan een zijde is verbonden met een collimator, dat 25 wil zeggen een inrichting die slechts gammastralen afkomstig van 790 6 1 62 * * 2 een bepaalde plaats doorlaat en gewoonlijk bestaat uit een blok lood waarin een aantal betrekkelijk nauwe, op één punt gerichte kanalen is aangebracht en aan de andere zijde met een fotomulti-plicatorbuis die de door de gammastraling in het kristal opgewekte scintillaties omzet in elektrische signalen. Het nadeel van deze 5 enkelvoudige aftaster is, dat hij in één positie slechts straling kan opvangen uit één punt, althans een zeer klein gebied van het te onderzoeken orgaan, zodat het orgaan via een bepaald bewegingspatroon moet worden afgetast, hetgeen zeer veel tijd in beslag neemt. 10The simplest device for determining the intensity of gamma rays as a function of the location is the single scanner (rectilinear scanner). It consists of one crystal which has the properties of converting gamma rays into light, which crystal is connected on one side to a collimator, ie a device which transmits only gamma rays from 790 6 1 62 * * 2 at a specific location and usually consists of a lead block in which a number of relatively narrow one-pointed channels are provided and on the other side with a photomultiplier tube which converts the scintillations generated by the gamma radiation in the crystal into electrical signals. The drawback of this single scanner is that in one position it can only receive radiation from one point, at least a very small area of the organ to be examined, so that the organ has to be scanned via a certain movement pattern, which takes a very long time. takes. 10

Een inrichting die het mogelijk maakt in één vaste positie tegelijkertijd straling afkomstig van élk willekeurig punt in het onderzoekgebied te verwerken, is de gammacamera. Deze werkt via een afbeelding van het orgaan op een detector. In een voor gamma-stralen ondoordringbare wand is, gelijkmatig verdeeld over het 15 oppervlak, een groot aantal evenwijdige kanalen aangebracht. De door deze kanalen vallende gammastralen vormen een loodrechte projectie van het te onderzoeken orgaan op een achter de wand opgesteld, schijfvormig scintillatiekristal. Ook dit kristal zet gammastralen om in scintillaties die nu door een groot aantal fotomulti- 20 plicatorbuizen worden gedetecteerd en omgezet in electrische signalen. Het grote aantal fotomultiplicatorbuizen en de electronica voor de verwerking van hun signalen maakt de gammacamera gecompliceerd en duur.A device that makes it possible to simultaneously process radiation from any point in the research area in one fixed position is the gamma camera. This works via an image of the organ on a detector. In a wall impervious to gamma rays, a large number of parallel channels are arranged, evenly distributed over the surface. The gamma rays falling through these channels form a perpendicular projection of the organ to be examined on a disc-shaped scintillation crystal arranged behind the wall. This crystal also converts gamma rays into scintillations, which are now detected by a large number of photomultiplier tubes and converted into electrical signals. The large number of photomultiplier tubes and the electronics for processing their signals makes the gamma camera complicated and expensive.

Daar komt bij dat al deze buizen nauwkeurig op elkaar moeten 25 zijn afgestemd en van tij.d tot tijd moeten worden gecontroleerd.In addition, all these tubes must be accurately matched and checked from time to time.

Voor de verwerking van de scintillaties is nodig dat de totale gamma-energie wordt.omgezet in licht, daar anders moeilijkheden worden ondervonden bij de plaatsbepaling. Naarmate de energie van de gammastraling hoger is neemt de kans op een volledige omzet- 30 ting af en zal - wegerP de betrekkelijk geringe dikte van de kristalschijf - ook meer straling aan de waarneming ontsnappen. Dit maakt dat de gammacamera minder geschikt is voor energierijke straling.The processing of the scintillations requires that the total gamma energy be converted to light, otherwise difficulties will be encountered in locating. As the energy of the gamma radiation is higher, the chance of a full conversion decreases and, due to the relatively small thickness of the crystal disc, the more radiation will escape the observation. This makes the gamma camera less suitable for high-energy radiation.

Yerder zal men als het te onderzoeken gebied groter is dan de 35 kristalschijf, toch genoodzaakt zijn door verplaatsing van de ca- 7906162 , *&, -· 3 mera een aantal beelden te, maken en die later tot één geheel gamm te voegen.Rather, if the area to be examined is larger than the crystal disc, it will still be necessary to make a number of images by displacing the ca 7906162, * &, - · 3 mera and subsequently combine them into one whole gamma.

Men heeft gepoogd een aftastinrichting te ontwerpen waarbij enkele van de hierboven opgesomde nadelen van de enkelvoudige aftaster en van de gammacamera niet, of althans in zeer beperkte mate 5 zouden optreden. Dit heeft geleid tot de zogenaamde hybride aftas tinrichting (hybrid scanner), hetgeen de inrichting is die in de aanhef is aangegeven.Attempts have been made to design a scanner in which some of the above-mentioned disadvantages of the single scanner and of the gamma camera would not occur, or at least to a very limited extent. This has led to the so-called hybrid scanning device (hybrid scanner), which is the device indicated in the preamble.

Deze inrichting (zie fig. 1) bestaat uit een aantal in een rij 5 opgestelde en aan elkaar gekitte kristallen, of uit één zeer 10 lang kristal van een materiaal dat gammastralen in licht omzet, welk Samengesteld) kristal 5 bij voorkeur een lengte heeft die overeenkomt met de grootste breedte van het te onderzoeken voorwerp 5· Dit kristal, dat aan de zijde van het te onderzoeken voorwerp voorzien is van een collimator 4> wordt boven dit voorwerp ge- 15 bracht en is dan in staat een lijnvormig gebied ineens af te tasten. Door het kristal ten opzichte van het te onderzoeken voorwerp te bewegen in een richting loodrecht op de lengteas van het kristal, kan het gehele voorwerp worden afgetast.This device (see Fig. 1) consists of a number of crystals arranged in a row 5 and glued together, or of one very long crystal of a material that converts gamma rays into light, which Composite crystal 5 preferably has a length which corresponds to the largest width of the object to be examined 5 · This crystal, which is provided on the side of the object to be examined with a collimator 4>, is placed above this object and is then able to cut a line-shaped area at once. grope. By moving the crystal relative to the object to be examined in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the crystal, the entire object can be scanned.

Teneinde vast te stellen waar het kristal door een gammastraal 20 is getroffen, is dit kristal aan elk van de beide uiteinden voorzien van een fotomultiplicatorbuis. Als een gammastraal invalt op een afstand z van het linker uiteinde van het kristal (zie fig. 1) en hierdoor een scintillatie optreedt, geven de fotomultiplicators 1 en 2 respektievel'ijk elektrische signalen en Eg af. 25In order to determine where the crystal has been hit by a gamma ray 20, this crystal is provided at each of the two ends with a photomultiplier tube. When a gamma ray is incident at a distance z from the left end of the crystal (see FIG. 1) and scintillation occurs thereby, the photomultipliers 1 and 2 emit electrical signals and Eg respectively. 25

De groote van het signaal E^ is E1 = C e”x/A (1) en die van het signaal Eg E2 = 0 (2) waarin C een factor is die voor beide buizen gelijk wordt gemaakt 30 door een regeling via de toegevoerde spanning, z de afstand van de plaats P waar de scintillatie optreedt tot het linker uiteinde van het kristal, 1 de totale lengte van het kristal en A de reciproke van de dempingscoëfficiënt, of wel de lengte waarover de intensiteit van een door het kristal lopend lichtsignaal afneemt met een 35 7906162 » /"* 4 factor 1/e.The magnitude of the signal E ^ is E1 = C e ”x / A (1) and that of the signal Eg E2 = 0 (2) in which C is a factor which is equalized for both tubes by regulation via the input voltage, z is the distance from the place P where the scintillation occurs to the left end of the crystal, 1 the total length of the crystal and A the reciprocal of the attenuation coefficient, or the length over which the intensity of a light signal passing through the crystal decreases with a 35 7906162 »/" * 4 factor 1 / e.

Door E.| te delen door Eg verkrijgt men E/Eg = et3-2*)/1 (3) of x = 1/2 (1 - 1 ln (Ε-,/Eg)) (4)By E. | dividing by Eg gives E / Eg = et3-2 *) / 1 (3) or x = 1/2 (1 - 1 ln (Ε -, / Eg)) (4)

Uit (4) blijkt dat de aan een scintillatie toe te kennen 5 plaats een functie is van het quotiënt van de uitgangssignalen van de beide fotomultiplicators en dat in deze functie de multipli-catiefactor C niet voorkomt. Ongelijkheid van C in (1) en (2) zou zich overigens alleen uiten in een translatie van het verkregen beeld van de plaatsen waar gammastraling jnvalt. 10From (4) it appears that the position to be assigned to a scintillation is a function of the quotient of the output signals of the two photomultipliers and that the multiplication factor C does not occur in this function. Inequality of C in (1) and (2) would otherwise only be expressed in a translation of the obtained image of the places where gamma rays fall. 10

De signalen E^, respektievelijk Eg,, zijn evenredig met het aantal fotonen E.j, respektievelijk Eg, dat de multiplicatorbuizen bereikt. Als wordt aangenomen dat de standaarddeviaties van E1, respektievelijk Eg, gelijk zijn aan de wortels uit die aantallen, moet de standaarddeviatie van x sterk toenemen als de waarde van 15 x tot 0 of tot 1 nadert. Met andere woorden, de nauwkeurigheid waarmede de plaats van een scintillatie kan worden bepaald, of het oplossend vermogen, is het grootst in het midden van het kristal en neemt sterk af in de nabijheid van de beide uiteinden.The signals Ej and Eg, respectively, are proportional to the number of photons Ej and Eg, respectively, reaching the multiplier tubes. Assuming that the standard deviations of E1 and Eg, respectively, are equal to the roots of those numbers, the standard deviation of x should strongly increase as the value of 15x approaches 0 or up to 1. In other words, the accuracy with which to locate a scintillation, or the resolving power, is greatest in the center of the crystal and decreases sharply in the vicinity of both ends.

Yoorts kan worden opgemerkt, dat het produkt van E^ en Eg een 20 constante waarde bezit, te weten E-j.Eg = G2e~l/A ^It may be noted that the product of E ^ and Eg has a constant value, namely E-jEg = G2e ~ 1 / A ^

Dit biedt de mogelijkheid foutieve metingen, bijvoorbeeld bij het gelijktijdig optreden van twee scintillaties, uit te sluiten. 25This offers the possibility of excluding incorrect measurements, for example when two scintillations occur simultaneously. 25

De uitvinding heeft ten doel een aftastinrichting van het hybride type te verschaffen, waarbij de nauwkeurigheid van de bepaling van de plaats van een scintillatie niet afhankelijk is van deze plaats en waarbij slechts twee fotomultiplicatorbuizen met bijbehorende kristallen noodzakelijk zijn. 50The object of the invention is to provide a scanning device of the hybrid type, in which the accuracy of determining the location of a scintillation does not depend on this location and in which only two photomultiplier tubes with associated crystals are necessary. 50

Dit doel wordt bereikt met een aftastinrichting van de in de aanhef aangegeven soort, welke inrichting volgens de uitvinding hierdoor is gekenmerkt, - dat elk kristal, behalve aan het van de collimator afgekeerde vlak, door het licht niet doorlatend materiaal is omgeven, 55 7906162 * **· " 5 - dat zich. aan de Tan de collimator afgekeerde zijde van de rij kristallen twee spiegelsymmetrische lichtgeleiders van transparant materiaal bevinden die door een smalle spleet die nagenoeg samenvalt met een plat vlak van elkaar zijn gescheiden en waarvan de platte grondvlakken en de doorsnede van de spleet tezamen 5 tenminste het gehele van de collimator afgekeerde vlak van de ry bedekken, - dat de spleet, waarin een het licht niet doorlatend materiaal is aangebracht, loodrecht op het van de collimator afgekeerde vlak van de rij staat en zijn vlak gaat door het middelpunt van het 10 van de collimator afgekeerde vlak van de rij en voorts alle kristallen van de rij snijdt, en - dat de beide fotomultiplicatorbuizen zijn aangesloten aan overeenkomstige vlakken van de lichtgeleiders.This object is achieved with a scanning device of the type indicated in the opening paragraph, which device according to the invention is characterized in that - each crystal, except on the face facing away from the collimator, is surrounded by the impermeable material, 55 7906162 * ** · "5 - that on the side of the row of crystals facing away from the collimator there are two mirror-symmetrical light guides of transparent material which are separated from each other by a narrow slit which substantially coincides with a flat surface, of which the flat base surfaces and the cross-section of the slit together cover at least the entire surface of the ry facing away from the collimator, - that the slit, in which a material which is impermeable to light is arranged, is perpendicular to the surface of the row remote from the collimator and its plane goes through the center of the face of the row facing away from the collimator and further cutting all the crystals of the row, and - that the two photomulphs tip applicator tubes are connected to corresponding surfaces of the light guides.

De uitvinding zal nu nader worden verklaard aan de hand van 15 de tekening waarin: fig. 1 in zijaanzicht een lang (samengesteld) kristal weergeeft van een hybride aftastinrichting van het bekende type, fig. 2 in bovenaanzicht de rij kristallen weergeeft van de inrichting volgens de uitvinding, met daarop getekend de 20 doorsnede van de spleet die de grondvlakken van de beide lichtgeleiders scheidt, en fig. 5 een perspectivisch aanzicht is van de rij kristallen van de inrichting volgens de uitvinding, met daarop aangebracht lichtmengers en de beide lichtgeleiders. 25The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, in which: fig. 1 shows in side view a long (composite) crystal of a hybrid scanning device of the known type, fig. 2 shows in top view the row of crystals of the device according to the invention, showing the cross-section of the slit separating the base surfaces of the two light guides, and Fig. 5 is a perspective view of the row of crystals of the device according to the invention, with light mixers and the two light guides mounted thereon. 25

In fig. 2 is een rij van tien door scheidingswanden 21 optisch van elkaar geïsoleerde kristallen 11-20 weergegeven, zoals deze wordt toegepast in de inrichting volgens de uitvinding. In de tekening ziet men het van de collimator af-gekeerde vlak van de rij, dat wil zeggen het vlak waarop zich de beide lichtgeleiders 22, 25 30 bevinden. Deze lichtgeleiders zijn niet getekend; wel echter een doorsnede van de met het licht niet doorlatend materiaal opgevulde spleet YZ die de op de kristallen liggende grondvlakken van de beide lichtgeleiders scheidt.Fig. 2 shows a row of ten crystals 11-20 optically isolated from one another by partition walls 21, as it is used in the device according to the invention. The drawing shows the face of the row facing away from the collimator, that is to say the face on which the two light guides 22, 30 are located. These light guides are not drawn; however, a cross-section of the gap YZ filled with the light-impermeable material which separates the base surfaces of the two light guides lying on the crystals.

De hoeveelheid licht die door één van de in fig. 2 getekende 35 oppervlakken van de kristallen uittreedt, wordt verdeeld in twee 7906162 « <* 6 delen. Het deel van het licht dat bijvoorbeeld uittreedt door het (in de tekening) beneden de lijn YZ gelegen deeloppervlak van het oppervlak van het kristal 14 komt terecht in de ene lichtgeleider 22 en bereikt via deze de ene fotomultiplicatorbuis. Het door het (in de tekening) boven de lijn YZ gelegen deeloppervlak van het 5 oppervlak het kristal 14 uittredende licht komt daareniegen terecht in de andere lichtgeleider 23 en via deze in de andere fotomultiplicatorbuis . Als de beide lichtgeleiders identiek, maar spiegel-symmetrisch zijn en de beide fotomultiplicatorbuizen op dezelfde gevoeligheid zijn ingesteld, zullen de uitgangssignalen en E2 10 van de beide fotomultiplicatorbuizen zich verhouden als de beneden, respektievelijk boven de lijn YZ uittredende hoeveelheden licht.The amount of light exiting through one of the surfaces of the crystals shown in Figure 2 is divided into two 7906162 parts. For example, the part of the light exiting through the sub-surface of the surface of the crystal 14 (shown in the drawing) below the line YZ enters the one light guide 22 and reaches through it the one photomultiplier tube. The light exiting the crystal 14 through the sub-surface of the surface (in the drawing) above the line YZ, incidentally enters the other light guide 23 and through it into the other photomultiplier tube. If the two light guides are identical, but mirror-symmetrical and the two photomultiplier tubes are set to the same sensitivity, the output signals and E2 of the two photomultiplier tubes will be proportional to the amounts of light emitting below and above the line YZ.

Als voorts het in fig. 2 aangegeven vlak van het kristal 14 gelijkmatig wordt verlicht, zijn de genoemde hoeveelheden licht, en derhalve ook de uitgangssignalen van de fotomultiplicatorbuizen, even- 15 redig met de groottaivan de deeloppervlakken waarin de lijn YZ het oppervlak van het kristal 14 verdeelt. De grootten van deze beide deeloppervlakken zijn \ = ^[(*-2a)(k-i) + al] (6)Furthermore, if the surface of the crystal 14 shown in Fig. 2 is uniformly illuminated, the said amounts of light, and therefore also the output signals of the photomultiplier tubes, are proportional to the size of the partial areas in which the line YZ is the surface of the crystal. 14 divides. The sizes of these two partial areas are \ = ^ [(* - 2a) (k-i) + al] (6)

Pk' = ^£(b-2a)(N-k+£) + aÊ] (7) 20 f waarin P^ en Pfc de respektievelijk beneden en boven de lijn YZ gelegen deeloppervlakken zijn waarin het oppervlak van het kristal door de lijn YZ wordt verdeeld, k het rangnummer is van het kristal (in de tekening lopend van links naar rechts), 1 de lengte van de rij kristallen, U het aantal kristallen in de rij, a de afstand van 25 het snijpunt van de lijn YZ met één van de eindvlakken van de rij tot het dichtst bij gelegen hoekpunt van de rij, en b de breedte van de kristallen in de rij. Door (6) af te trekken van (7) verkrijgt men P ' - P =4 0>-2a)(N+1-2k) (8) 30Pk '= ^ £ (b-2a) (N-k + £) + aÊ] (7) 20 f where P ^ and Pfc are the sub-areas situated below and above the line YZ in which the surface of the crystal through the line YZ is divided, k is the rank number of the crystal (in the drawing running from left to right), 1 is the length of the row of crystals, U is the number of crystals in the row, a is the distance from 25 the intersection of the line YZ with one from the end faces of the row to the nearest vertex of the row, and b the width of the crystals in the row. Subtracting (6) from (7) gives P '- P = 4 0> -2a) (N + 1-2k) (8) 30

Optelling van (6) en (7) resulteert in 7906162 +% * 7Adding (6) and (7) results in 7906162 +% * 7

Ffc' + Fk * lb/B (?) ïïit (8) kan worden afgeleid * = i [H+1 - τ&ξγ1! = i Ls+1 - <1°) waarin Q, een constante is die wordt bepaald door de eigenschappen • van de inrichting. ïïit (10) ziet men, dat het rangnummer k, en 5 derhalve de afstand van de plaats waar een scintillatie plaatsvindt tot het linker uiteinde van de rij, een lineaire functie is van het verschil van de uitgangssignalen en Eg van de fotomul-tiplicatorhuizen.Ffc '+ Fk * lb / B (?) (8) can be derived * = i [H + 1 - τ & ξγ1! = i Ls + 1 - <1 °) where Q, is a constant determined by the • properties of the device. It is seen that the rank number k, and therefore the distance from the place of scintillation to the left end of the row, is a linear function of the difference of the output signals and Eg of the photomultiplier houses.

Ïïit (9) kan worden afgeleid 10 E1+E2 “δ- (11)Ïïit (9) can be derived 10 E1 + E2 “δ- (11)

De som van E^ en Eg is derhalve voor alle kristallen gelijk, mits de scintillatiesterkte gelijk is. De standaarddeviatie van de somden daarmee ook die van het verschil is dan ook voor alle kristallen gelijk. 15The sum of E ^ and Eg is therefore the same for all crystals, provided the scintillation strength is equal. The standard deviation of the sum is therefore also that of the difference is the same for all crystals. 15

Als de som van E^ en Eg sterk afwijkt van de hij een bepaalde gammastraling behorende waarde, beantwoordt de opgewekte hoeveelheid licht niet aan de energie van die straling en dient de waargenomen scintillatie niet te worden meegeteld. Als bij een meting wordt gevonden dat de som van E-j en Eg sterk van de bepaalde constante 20 afwijkt, is het meetresultaat niet afkomstig van een volledige absorptie van een gammastraal en dienen de resultaten van deze meting niet te worden verwerkt.If the sum of E and E deviates strongly from the value associated with a particular gamma radiation, the amount of light generated does not correspond to the energy of that radiation and the observed scintillation should not be included. If it is found in a measurement that the sum of E-j and Eg strongly deviates from the determined constant 20, the measurement result does not originate from a full absorption of a gamma ray and the results of this measurement should not be processed.

• Het is natuurlijk ook mogelijk bij de inrichting volgens de uitvinding de plaats van een scintillatie te bepalen uit het quo- 25 tiënt van de uitgangssignalen E^ en Eg, maar dan treden met betrekking tot de nauwkeurigheid dezelfde problemen op als hierboven zijn aangegeven voor de bekende hybride scanner.It is of course also possible with the device according to the invention to determine the location of a scintillation from the ratio of the output signals E1 and E4, but then the same problems arise as regards the accuracy as indicated above for the accuracy of the signals. well-known hybrid scanner.

Het is duidelijk, dat de inrichting volgens de uitvinding slechts dan betrouwbare resultaten kan geven, als het uit een 50 kristal uittredende licht homogeen over het uittreevlak is verdeeld. Dit is nu echter niet steeds het geval. Teneinde een homogene verdeling van het uittredende licht te verkrijgen, wordt 7906162 ψ **- 8 tussen het uittreevlak van elk kristal en het grondvlak van de beide liohtgeleiders een lichtinenger, dat wil zeggen een zowel aan dit uittreevlak als aan de grondvlakken aansluitend prisma van transparant materiaal, aangebraoht. Deze lichtmengers zijn nagenoeg identiek en optisch van elkaar geïsoleerd,doordat de zich tussen 5 de kristallen bevindende optische scheidingswanden doorlopen tot tussen de lichtmengers. Door inwendige reflektie van het uit een kristal uittredend licht in de aan het kristal aansluitende licht-menger is men ervan verzekerd, dat dit licht aan de van de kristallen af gekeerde zijde van de lichtmenger vrijwel homogeen uittreedt. 10 In fig. 3 is de inrichting volgens de uitvinding in perspectivisch aanzicht weergegeven. Op de kristallen 11-20 zijn de prisma's of lichtmengers 111-120 aangebracht, en aansluitend hierop bevinden zich de beide liohtgeleiders 22 en 23· In deze figuur zijn niet weergegeven de collimator die zich onder de kristallen 15 11-20 bevindt en de beide fotomultiplicatorbuizen, die zijn aangebracht op de bovenvlakken van de liohtgeleiders 22 en 23· De vorm van deze liohtgeleiders is zodanig gekozen, dat tengevolge van inwendige reflektie het grootste deel van het in een van deze licht-geleiders invallende licht door het bovenvlak ervan uittreedt. 20It is clear that the device according to the invention can only give reliable results if the light emerging from a crystal is homogeneously distributed over the exit surface. However, this is not always the case. In order to obtain a homogeneous distribution of the emerging light, 7906162 ψ ** - 8 becomes a light mixer between the exit surface of each crystal and the base of the two light conductors, i.e. a prism of transparent to both this exit surface and the base surfaces. material provided. These light mixers are virtually identically and optically insulated from each other, because the optical partition walls located between the crystals extend to between the light mixers. Internal reflection of the light emerging from a crystal in the light mixer connecting to the crystal ensures that this light emerges almost homogeneously on the side of the light mixer remote from the crystals. Fig. 3 shows the device according to the invention in perspective view. The prisms or light mixers 111-120 are arranged on the crystals 11-20, and subsequently the two light conductors 22 and 23 are located there. · This figure does not show the collimator located under the crystals 11-20 and the two photomultiplier tubes. , which are arranged on the top surfaces of the light conductors 22 and 23 · The shape of these light conductors is chosen such that, as a result of internal reflection, most of the light incident in one of these light conductors emits through its top surface. 20

De kristallen 11-20 bestaan bij voorkeur uit natriumjodide.Crystals 11-20 preferably consist of sodium iodide.

Aangezien dit materiaal hygroscopisch is, is het noodzakelijk de kristallen in een hermetisch gesloten omhulsel aan te brengen, dat aan de ene zijde gammastralen tot de kristallen toelaat en aan de andere zijde een venster bezit waardoor het door de kristallen op- 25 gewekte licht naar buiten kan uittreden.Since this material is hygroscopic, it is necessary to arrange the crystals in a hermetically sealed envelope, which on one side allows gamma rays to the crystals and on the other side has a window through which the light generated by the crystals is directed outwards. can retire.

VOORBEELDEXAMPLE

De onderzochte inrichting bezit tien kristallen, die zijn ondergebracht in een hermetisch gesloten doos met een doorzichtig venster. De op het glas van het venster gekitte kristallen hebben 30 2 een eindvlak van 40 x 22 mm en een hoogte van 25 mm. Ze zijn ingebed in magnesiumoxyde dat door diffuse reflektie de lichtopbrengst verhoogt en tevens moet voorkomen dat het in een der kristallen opgewekte licht via andere kristallen naar buiten treedt.The device examined has ten crystals, which are housed in a hermetically sealed box with a transparent window. The crystals adhered to the glass of the window have an end face of 40 x 22 mm and a height of 25 mm. They are embedded in magnesium oxide, which increases the light output by diffuse reflection and must also prevent the light generated in one of the crystals from escaping through other crystals.

Door nu loodrecht op de doos een dunne aluminiumplaat TZ aan 35 te brengen en het aan weerszijden van die plaat uittredende licht 7906162 9 via perspex lichtgeleiders naar twee fotomultiplicatorbuizen te voeren, "bereikt men dat het opgewekte licht in een van het kristal van oorsprong afhankelijke verdeling wordt gesplitst.By now applying a thin aluminum plate TZ perpendicular to the box and passing the light 7906162 9 emitting on both sides of that plate via perspex light guides to two photomultiplier tubes, "one achieves that the generated light in a distribution dependent on the crystal of origin is split.

TABELTABLE

Theoretisch te verwachten verdeling "bij bestraling van één 5 der kristallenTheoretically expected distribution "upon irradiation of one of the crystals

Kristal Signaal eerste Signaal tweede Yerschil nummer fotomultipli- fotomultipli- _cator_cator 1 540 , 180 560 2 500 220 280 5 460 260 200 10 4 420 300 120 5 380 340 40 6 340 380 - 40 7 300 420 -120 8 260 460 -200 15 9 220 500 -280 10 180 540 -360Crystal Signal first Signal second Yerschil number photomultiply photomultiplicator _cator 1 540, 180 560 2 500 220 280 5 460 260 200 10 4 420 300 120 5 380 340 40 6 340 380 - 40 7 300 420 -120 8 260 460 -200 15 9 220 500 -280 10 180 540 -360

De standaarddeviatie cs van het verschil is steeds 2J. Yoor twee opeenvolgende kristallen is de verandering dus ca. 3CT· Een groter aantal dan 10 kristallen kan dus worden toegelaten. 20The standard deviation cs of the difference is always 2J. For two consecutive crystals, the change is therefore approx. 3CT · A larger number than 10 crystals can therefore be allowed. 20

De verwachte lichtverdeling wordt niet bereikt als men de twee lichtgeleiders direct op de kristalhouder plaatst, want het uittredende licht is in het algemeen niet gelijkmatig over het kristaloppervlak verdeeld. Afhankelijk van de plaats van de scin-tillatie in het kristal zal de verhouding van de twee deelsignalen 25 kunnen variëren. Om te voorkomen dat hierdoor fouten ontstaan, zijn de kristallen niet rechtstreeks in contact gebracht met de twee lichtgeleiders, maar met tussenschakeling van perspex blokjes (lichtmengers) van zodanige lengte (70 mm), dat via herhaalde reflecties aan de zijwanden bij het uiteinde een gelijkmatige licht- 30 verdeling wordt verkregen. De doorsnede van de blokjes komt overeen met het eindvlak van de kristallen. Tussen de blokjes zijn aluminium plaatjes geschoven om het licht in de juiste banen te houden. Om ook bij de beide lichtgeleiders een gelijkmatige verdeling aan de uittreevlakken te verkrijgen zouden het rechte'prisma's 35 7906162The expected light distribution is not achieved if the two light guides are placed directly on the crystal holder, because the emerging light is generally not evenly distributed over the crystal surface. Depending on the location of the scintillation in the crystal, the ratio of the two sub-signals may vary. To prevent errors from occurring, the crystals were not brought into direct contact with the two light guides, but with the interconnection of perspex blocks (light mixers) of such length (70 mm) that through repeated reflections on the side walls at the end an even light distribution is obtained. The cross section of the cubes corresponds to the end face of the crystals. Aluminum plates are slid between the blocks to keep the light in the right direction. In order to obtain an even distribution on the exit surfaces of the two light guides, the straight prisms should be

« -V-V

10 moeten zijn met een lengte van ruim 40 cm, die dus nogal wat plaats innemen.10 must be over 40 cm in length, so they take up quite a bit of space.

Bovendien zouden de vensters van de fotomultiplicatorbuizen dan slechts een klein deel van de uittreevlakken bedekken en zou meer dan de helft van de lichtsignalen verloren gaan. 5In addition, the windows of the photomultiplier tubes would then cover only a small portion of the exit surfaces and more than half of the light signals would be lost. 5

Daarom is een wat gewijzigde vorm voor de lichtgeleiders gekozen. Het intreevlak is zo klein mogelijk gehouden, terwijl - om lichtverlies te voorkomen - gezorgd is dat het uittreevlak niet kleiner is dan het ingangsvlak, maar wel heter aangepast aan de vensterafmetingen van de fotomultiplicatorbuis (fig. 3)· 10That is why a slightly modified shape for the light guides has been chosen. The entrance plane has been kept as small as possible, while - in order to prevent loss of light - the exit plane has been made not smaller than the entrance plane, but more closely adapted to the window dimensions of the photomultiplier tube (fig. 3) · 10

Het samenstel van lichtgeleiders en lichtmengers is vervaardigd uit perspex. Ha het op elkaar kitten van de onderdelen dienen de overgangen onzichtbaar te zijn, dus bijvoorbeeld.vrij van ingesloten lucht, terwijl bovendien de bovenvlakken van de tien lichtmengers in één vlak moeten liggen, 15The assembly of light guides and light mixers is made of perspex. After the parts are bonded together, the transitions must be invisible, i.e., for example, free of trapped air, while the top surfaces of the ten light mixers must also lie in one plane, 15

Het biedt technische voordelen de lichtmengers in de doos tussen de kristallen en het venster te kitten. Het moeilijk foutloos vervaardigen van een samenstel van perspex elementen wordt dan vermeden en men verkrijgt bovendien de mogelijkheid de hoek tussen YZ en de lengteas van de rij kristallen te variëren, zodat 20 de optimale waarde van deze hoek kan worden ingesteld.It offers technical advantages to seal the light mixers in the box between the crystals and the window. The difficulty of producing an assembly of perspex elements with no errors is then avoided, and it is furthermore possible to vary the angle between YZ and the longitudinal axis of the row of crystals, so that the optimum value of this angle can be set.

Elk kristal is voorzien van een eigen collimator met acht openingen, waarvan het focus 15 cm voor het front van de collimator ligt. Het geheel - collimators, kristalhouder, lichtgeleidings-systeem en fotomultiplicatorbuizen'- is opgehangen in een metalen 25 koker met een doorsnede van 310 x 110 mm en een lengte van 650 mm.Each crystal has its own collimator with eight openings, the focus of which is 15 cm in front of the front of the collimator. The whole - collimators, crystal holder, light guide system and photomultiplier tubes' - is suspended in a metal tube with a diameter of 310 x 110 mm and a length of 650 mm.

Rondom de kristalhouder is een loden afscherming aangebracht van 40 mm. De kristalhouder wordt door verende strips tegen het er boven hangende lichtgeleidingssysteem gedrukt, omdat dit systeem te zwaar is om het direct op het venster van de kristalhouder te la- 30 ten rusten.A lead shield of 40 mm is fitted around the crystal holder. The crystal holder is pressed against the light guide system suspended above it by resilient strips, because this system is too heavy to rest directly on the window of the crystal holder.

Er worden alleen impulsen geteld als beide fotomultiplicatorbuizen gelijktijdig een signaal afgeven. De vereiste coïncidentie maakt, dat achtergrondsignalen sterk worden onderdrukt: praktisch elk signaal dat niet in een der kristallen is ontstaan wordt maar 55 door één buis waargenomen en wordt dus niet meegeteld. Foutieve 7906162Pulses are counted only if both photomultiplier tubes output a signal simultaneously. The required coincidence causes background signals to be strongly suppressed: practically every signal not generated in one of the crystals, but 55 is detected through one tube and is therefore not counted. Erroneous 7906162

Claims

1. Apparatus for sensing gamma ray emitting objects, "consisting of a row of substantially contiguous, wholly or nearly identical crystals of a material that converts gamma rays to light, which row on one side along the entire length connects to a collimator and is further provided with two photomultiplier tubes, characterized in that - each crystal, except the surface facing away from the collimator, is surrounded by the impermeable material, - which is attached to the collimator facing away from the row of crystals are two mirror-symmetrical light conductors of transparent material which are separated from each other by a narrow slit which substantially coincides with a flat surface, the flat ground surfaces and the cross section of the slit together being at least the whole of the cover the collimator facing away from the row, 20 - that the slit, in which a material that is impermeable to light, is arranged t is perpendicular to the face of the row facing away from the collimator and its face passes through the center of the face of the row facing away from the collimator and further cuts all crystals of the row, and 25 - that the two photomultiplier tubes are connected to corresponding surfaces of the light guides.

2. Device as claimed in claim 1, characterized in that a prism of transparent material (light mixer) is arranged between each crystal and the base surfaces of the two bodies, which connects to both the crystal and to said base surfaces, and that the partitions between the prisms are in line with those between the crystals.

3. Device as claimed in one or more of the foregoing claims, characterized in that the outputs of the photomultiplier tubes are connected to an electronic device which is constructed 7906162 in such a way that each time the two multiplier tubes simultaneously send an electrical signal. output determines the sum of these signals, and if this sum reaches a certain value, the difference of these signals also counts, and further counts how many times certain values of this difference occur. 5

Device according to claim 3, characterized in that the electronic device determines not the difference, but the quotient of the two electrical signals, and further counts how many times certain values of this quotient occur.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the row of crystals with the collector and the two transparent bodies are arranged in such a way that they can perform a relative movement relative to the object to be examined. is perpendicular to the longitudinal direction of the row. 15

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the crystals consist of sodium iodide.

7. Device as claimed in one or more of the foregoing claims, characterized in that the crystals are contained in a hermetically closed casing which on one side admits gamma rays to the crystals and on the other side has a window through which it passes through the crystals. generated light can escape.

8. Device according to claim 7, characterized in that the light mixers mentioned in claim 2 are also arranged in the closed envelope and on one side on the crystals and on the other side. the window are sealed.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that each crystal - with the exception of its face facing away from the collimator - is entirely embedded in magnesium oxide. 7906162