DE2540861C2 - Gammakamera mit einem Szintillationskristall, Photovervielfachern, Verstärkern und einer Anordnung zur Stabilisierung der Ausgangssignale der Verstärker - Google Patents

Gammakamera mit einem Szintillationskristall, Photovervielfachern, Verstärkern und einer Anordnung zur Stabilisierung der Ausgangssignale der Verstärker

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DE2540861C2 DE2540861A DE2540861A DE2540861C2 DE 2540861 C2 DE2540861 C2 DE 2540861C2 DE 2540861 A DE2540861 A DE 2540861A DE 2540861 A DE2540861 A DE 2540861A DE 2540861 C2 DE2540861 C2 DE 2540861C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Gammakamera mit einem Szintillationskristall, einem Lichtleiter, mehreren Photovervielfachern und mit einem Generator zum Steuern einer im gleichen Spektralbereich wie der erregte Szintillationskristall emittierenden Lichtquelle zum Zuführen eines impulsförmigen Normlichtsignals zu den Photovervielfachern, wobei für jeden Photovervielfacher ein daran angeschlossener Verstärker und eine von dem Generator über ein Gatter gesteuerte Anordnung zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Verstärkers vorgesehen sind und jede Anordnung eine Komparatorschaitung umfaßt, die mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist und deren Ausgänge anzeigen, ob das Ausgangssignal über oder unter einem vorgebbaren Sollwertbereich liegt, wobei die Ausgänge mit Steuerelementen verbunden sind, mit denen der Verstärkungsfaktor des Verstärkers zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Verstärkers steuerbar ist.
Eine Gammakamera mit einem Szintillationskristall, einem Lichtleiter, mehreren Photovervielfachern und mit mehreren an den Photovervielfachern angeschlossenen Verstärker ist an sich bekannt aus der FR-OS 22 19 424. Die Ausgänge der Verstärker sind mittels eines Netzwerkes miteinander verknüpft, um die Ortskoordinaten (und/oder Energie) der im Szintillationskristall eingetroffenen Gammaquanten herzuleiten. Die (zeitlich nacheinander) ermittelten Ortskoordinalen werden zur Herstellung eines Bildes verwendet, das die Verteilung einer radioaktiven Substanz innerhalb eines (menschlichen) Körpers zeig;. Da ev.\ derartiges Bild zur medizinischen Diagnose verwendet wird, ist eine äußerst genaue Ermittlung des relativen Beitrages jedes der Photovervielfacher erforderlich, weil jede Änderung in den Verstärkungsfaktoren der Photovervielfacher zu Fehlern in der Wiedergabe der Ortung der Einfallspunkte der Gammaquanten im Szintillationskristall führt. Deshalb ist die Instabilität der Verstärkungsfaktoren der Photovervielfacher ein großes Problem.
Aus der DE-AS 12 38 112 ist eine Anordnung zur Stabilisierung des Verstärkungsfaktors eines Photovervielfachers bekannt.
Diese Anordnung enthält einen Generator zum Steuern einer Elektrolumineszenz-Lichtquelle zum Zuführen eines impulsförmigen Normlichtsignals zu dem Photovervielfacher, der an einem Verstärker angeschlossen ist, der mit einer Komparatorschaltung verbunden ist, deren Ausgangssignale anzeigen, ob das Ausgangssignal des Verstärkers über oder unter einem vorgebbaren Sollwertbereich lisgt. Die Ausgänge der Komparatorschaltung sind mit Steuerelementen einer vom Generator über ein Und-Gatter gesteuerten Anordnung verbunden, mit der der Verstärkungsfaktor der Photovervielfacher-Verstärker-Kombination zur Stabilisierung des Ausgangssignals steuerbar ist. Diese bekannte Anordnung wäre in einer Gammakamera der obengenannten Art ohne weiteres für jeden Photovervielfacher verwendbar, würde aber nicht zum erwünschten Erfolg führen, da sich gezeigt hat, daß eine von der
bekannten Anordnung durchgeführte Kalibration vom von den Gammaquanten erregten Szintillationslicht verfälscht wird.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Gammakamera bekannter Art mit einer Anordnung zur Verstärkungsstabilisierung zu versehen, die so ausgebildet ist, daß die Stabilisierung nicht von der Gammastrahlung verfälscht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Gammakamera nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Generator Impulse liefert, deren Dauer kleiner ist als die Szintillationszeitkonstante des Szintillationskristalls und daß jede Anordnung weiter eine Sperr-Schaltung mit einem Komparator und zwei bistabilen Elementen aufweist, wobei ein erster Eingang des Komparator mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, ein zweiter Eingang des Komparators auf Null-Potential liegt und der Ausgang des Komparators mit je einem Eingang beider bistabilen Elemente verbunden ist, von denen das eine am Anfang und das andere am Ende der Impulse aktiviert werden und über das Gatter die Steuerelemente sperren, wenn am Anfang oder am Ende der impulse das Ausgangssignal des Verstärkers einen von Null verschiedenen Wert aufweist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Be: einer Gammakamera mit einer Anordnung zum Kalibrieren der Verstärker nach der Erfindung wird beim Zuführen des Normlichtsignals geprüft, ob am Anfang oder am Ende dieses Normlichtsignals der Szintillationskristall Licht ausstrahlt. Ist dies der Fall, so ist gerade vor oder während der Kalibrierungszeit (Dauer des Normlichtsignals) Gammastrahlung detektiert worden, weil die Dauer des Normlichtsignals kürzer als die Dauer der Szintillationszeitkonstante ist. Der Kalibrierungsvorgang wird dann nicht durchgeführt, weil die Steuerelemente gesperrt werden. Ist am Anfang und am Ende des Normlichtsignals das Ausgangssignal des Komparators gleich Null, so ist der Szintillationskristall nicht von Gammstrahlung erregt worden und es wird eine Kalibrierung durchgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch in Seitenansicht und im Quer schnitt eine Gammakamera,
F i g. 2 einen Schnitt in der Ebene der Detektoren der erwähnten Gammakamera,
Fig. 3 und 4 Prinzipschaltbilder der miteinander zusammenarbeitenden Schaltungen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gammakamera.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gammakamera vom Anger-Typ enthält neunzehn in einem Bleischirm I angeordnete Photovervielfacher Pl bis P19 in einer sechseckigen Konfiguration, der sich einem Szintillationskristall 2 gegenüber befindet. Durch das Einfallen eines Gammateilchens 8 in das Material des Szintillationskristalls 2 bilden sich sichtbare Photonen P, die durch ein Fenster 3 des Kristallgehäuses und über einen Lichtleiter 4 beim Eingang der Phoiovervielfacher ankommen, die mit einem Lichtdeflektor 5 versehen eo sind Ein elektronisches Rechennetzwerk 6 liefert einer nicht dargestellten Kathodenstrahlröhre Ablenksignale X+,X-, Y+ und Y-.
Die Amplitude des am Ausgang eines Photovervielfachers abgegriffenen Signals für die Bildung der Ablenksignale ist von der vom erwähnten Photovervielfacher eingenommenen Lage in der Konfiguration abhängig.
Dieser Kamera ist eine Anordnung zum Kalibrieren hinzugefügt. In dieser Anordnung wird eine optische Einrichtung zur Bildung eines einheitlichen Normlichtsignals für alle Photovervielfacher verwendet. Die erwähnte optische Einrichtung enthält ein Bündel 7 aus vierundzwanzig identischen optischen Fasern f\, /2 bis /"23, /24 (die sich aus einer einzigen Hauptfaser abzweigen), deren Enden, wie in Fig. 2 angedeutet, in vierundzwanzig Positionen angeordnet sind, die jeweils zwischen drei Photovervielfachern der Konfiguration liegen. Das Ende jeder Fasern liegt am Lichtleiter 4. Die vierundzwanzig Fasern werden durch eine elektrolumineszierende Diode 8 beleuchtet, wobei dafür gesorgt ist, daß jede der Fasern eine gleiche Lichtmenge empfängt. Das aus den Fasern heraustretende Licht passiert den Lichtleiter 4 und wird von einem Reflektor 21 zurückgestrahlt, der am Szintillationskristall angeordnet ist, um auf diese Weise die gleichmäßige Beleuchtung der Photovervielfacher zu realisieren. Das auf diese Weise gebildete Normlichtsignal wird periodisch erzeugt, um auf diese Weise die S' '= vankungen in den Verstärkungsfaktoren der Photove,vi-lfacher auszugleichen. Wenn d°r Szintillator von einem Kristall von NaI gebildet wird, dessen Szintillationslicht im violetten Bereich des Spektrums liegt, ist auch das Normiichtsignal ir, diesem Spektrumbereich auszuwählen. Dazu kann die Diode 8 ggf. mit einem Filter ausgerüstet werden.
In Fig. 3 ist die Schaltung einer Verstärkeranordnung CA ! dargestellt, die mit dem Piiotovervielfacher Pl zusammenarbeitet. In Fig.4 sind die η Verstärkeranordnungen CA 1 bis CAn nebeneinander dargestellt. Diese η Verstärkeranordnungen arbeiten mit π Photovervielfachern zusammen, wobei die Anzahl η der Photovervielfacher nicht notwendigerweise 19 zu betragen braucht.
Vom Ausgang des Photovervielfachers Pl liefert ein Verstärker A 1 (F i g. 3) das verstärkte Signal S 1.
Das Signa! 51 wird in bezug auf seine Verstärkung stabilisiert und wird dabei in ein Signal S\s umgewandelt, das dem erwähnten Rechennetzwerk zugeführt wi.d, um auf diese Weise mit Hilfe entsprechender Signale S25 bis Sns die Ablenksignale X+, X-. Y+ und Y- zu bilden.
Dazu ist im Verstärkungsweg ein digitales Potentiometer angeordnet, das, wie in F i g. 3 gezeigt, von einem Serienwiderstand R 1 und von k parallelgeschalteten Widerständen R 11 bis R \kgebildet wird. Die Funktion dieses Potentiometers ist das Einstellen des Verstärkungswertes der Anordnung nach einem elektrischen Signal in Form einer Binärkombination von k Bits, die eine Schaltung CDI liefert. Je nach dem Binärwert (»1« oder »0«) der an den k Ausgängen der Schaltung CD 1 erscheinenden Signale werden Schalter CU bis CXk geschaltet, wobei die Widerstände R 11 bis RXk über die Schalter CIl bis C\k mit Masse verbrinden oder davon getrennt werden.
Die Schaltung; CD 1 ist ein Zweirichtungszähler, der immer mit einer einzigen Einheit vorwärts- oder rückwärtszählt, je nach der Polarität des empfangenen Signals de, das von der Auswertungsbedingung ν und dem Wert des Abschaltimpulses (Id-RO) bestimmt wird. Die Bildung der erwähnten Bedingungen Kund des Abschaltimpulses (Id-RO) wird nachstehend näher erläutert.
Der Anfangsverstärkungswert in bezug auf eine Photovervielfacher-Verstärker-Kombination wird vom Zustand bestimmt, in dem die Zählerschaltung CDI
steht. Die .Stabilisierungsschaltung erlaubt die Reduzierung und/oder die Beibehaltung des momentanen Verstärkungsfaktors auf einen Wert, der zwischen einer Untergrenze Il (V1-e) und einer Obergren/.e /S(1V1 +f) eines schmalen Bereiches liegt, in dem auch der Anfangsverstärkungswert Vi liegt.
Damit alle Verstärkeranordnung CA 1 bis CAn den gleichen Verstärkungsfaktor aufweisen, ist es selbstver siändlich erforderlich, den momentanen Verstärkungsfaktor jeder Photovervielfacher-Verstärker-Kombination mit dem gleichen Normlichtsignal prüfen zu können. Die erwähnte Prüfung ist Funktion des Normlichtsignals, durch das das Ansprechen der elektiOlumineszierenden Diode 8 gebildet wird, die ein Teil der Einrichtung ist. die anhand der ("ig. I und 2 beschrieben wurde. Zum Ansprechen der erwähnten DioiIij 8 liefert der in F i g. 4 dargestellte Generator Cl Synchronimpulsc is-, diese Impulse is werden gleichfalls auf alle Verstärkeranordnungen CA I. CA 2. CAn übertragen. Die Kalibrierung wird während des Kamerabetriebs periodisch geprüft, wobei die /wischen zwei «Impulsen verlaufende Zeit kurz sein und einen Wert in der Größenordnung einer Sekunde haben kann. Schließlich ist es unbedingt notwendig, jede Kalibrierung der Gammakamera zu vermeiden, wenn ein Normlichtsignal mit einem Gammateilchen zusammenfällt, sogar mit einem gestreuten Gammateilchen. denn dies würde die Kalibrierung fälschen.
Die in F i g. 3 dargestellte Schaltung CAX enthält neben der erwähnten Zählerschaltung CDI und dem erwähnten Digitalpotentiometer weiter drei Komparatoren CO. C/und CS. die das Signal SI empfangen: die zweiten Eingänge dieser Komparatoren empfangen die betreffenden Signale V7O = O. ll=(V\-t) und /S= (Vi +f). wobei V der Anfangsverstärkungswert ist.
Der Komparator CO arbeitet mit zwei bistabilen Elemen'en VI und V2 vom Verriegelungstyp zusammen, die den Zustand der betreffenden Verstärkeranordnung beim Anfang und am Ende des Synchronimpulses speichern. Das bistabile Element Vl wird auf der ansteigenden Flanke des Impulses entriegelt, während das bistabile Element V2 bei fallender Flanke entriegelt wird (Umkehrverstärker I). Die Dauer des «-Impulses wird kleiner als die Szintillationszeitkonstante des Szintillationskristall gewählt (die erwähnte Dauer beträgt z. ß. ungefähr 250 nsec).
Wenn der Zustand, in dem sich die bistabilen Elemente Vl und V2 befinden.bedeutet.daß das Signal Sl im Augenblick der Entriegelung der Elemente Vl. V2 gleich Null war, liefert das NOR-Gatter ρ 10 eine Übertragungsbedingung v\ am UND-Gatter pv\. Zusammen mit den anderen Übertragungsbedingungen des Gatters pv 1 werden die Bedingungen v2 bis vn berücksichtigt. Wie in F i g. 4 angedeutet, werden die Bedingungen ν 2 bis vn von den Schaltungen CA 2 bis eingeliefert.
Auf diese Weise ist es möglich, zu untersuchen, ob sich die 11 Verstärkeranordnungen CA 1 bis CAn im Niillzustand befinden und diesen Wert am Anfang und am Ende des Synchronimpulses is erhaltet), wodurch gewährleistet ist, daß kein einziges Gammateilchen das Szintillationskristall gerade vor oder wahrend der Kalibrierungsperiode erregt hat.
leder Komparator Cl bzw. CS arbeitet mit je einem bistabilen Element Wbzw. VSzusammen. die gleichfalls vom Vernegelungs- I yp sind. Uie zwei Elemente V/und VS werden unter der Steuerung eines monostabilen Elementes A/1 entriegelt, das bei der ansteigenden Flanke des Impulses weinen Synchronimpuls liefert. Ist der momentane Verstärkungswert kleiner als Il (V, -t) oder größer als /S C V, +f). wird somit das Element Vl bzw. das Element VS »hoch« gesteuert, so wird die Richtung, d. h. Vorwärts- oder Rückwärtszählen der Zählerschaltung CDI (im dargestellten Beispiel erfolgt dies über oas Element VS, das die Bedingung de liefert), festgelegt. Das Exclusiv-ODER-Gatter pll, das sich am Ausgang der bistabilen Elemente Vl und VS befindet, liefert die letzte Auswertungsbedingung des Gatters pv 1; diese Schaltung vermeidet so jeden Zählvorgang der Zählerschaltung CD 1, wenn keines der bistabilen Elemente Vl und VS »hoch« gesteuert worden ist. d. h. wenn die Verstärkung richtig ist.
Die Steuerung des Vorwärts- oder Rückwärtszählens der Zählerschaltung CDI, wenn eines der zwei bistabilen Elemente Vl oder VS »hoch« gesteuert ist. erfolgt also als Funktion der Bedingungen ν und de. Der Impuls (Id-RO) bildet den Schaltimpuls für die Zählerschaltung CDI. Der Impuls (Id-RQ) wird vom monostabilen Element Ml bei fallender Flanke des /s-lmpulses geliefert. Der erwähnte Impuls (Id-RO) wird zur Nullrückstellung der vier bistabilen Elemente Vl. V2. V/und VSverwendet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Gammakamera mit einem Szintillationskristall, einem Lichtleiter, mehreren Photovervielfachern und mit einem Generator zum Steuern einer im gleichen Spektralbereich wie der erregte Szintillationskristall emittierenden Lichtquelle zum Zuführen eines impulsförmigen Normlichtsignals zu den Photovervielfachern, wobei für jeden Photoverviel- ι ο fächer ein daran angeschlossener Verstärker und eine von dem Generator über ein Gatter gesteuerte Anordnung zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Verstärkers vorgesehen sind und jede Anordnung eine Komparatorschaltung umfaßt, die mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist und deren Ausgänge anzeigen, ob das Ausgangssignal über oder unter einem vorgebbaren Sollwertbereich liegt, wobei die Ausgänge mit Steuerelementen verbunden sind, mit denen der Verstärkungsfaktor des Verstärkers zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Verstärkers steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) Impulse liefert, deren Dauer kleiner ist als die Szintillationszeitkonstante des Szintillationskristalls (2) und daß jede Anordnung weiter eine Sperr-Schaltung mit einem Komparator (CO) und zwei bistabile Elemente (VX, V2) aufweist, wobei ein erster Eingang des !Comparators (CO) mit dem Ausgang des Verstärkers (AX) verbunden ist, ein zweiter Eingang des !Comparators auf Null-Potential liegt und der Ausgang de· Comparators mit je einem Eingang beider bistabilen Elemente (VX, V2) verbunden ist, von denen das eine am Anfang und das andere am Ende der Impulse (is) aktiv.-ert verden und über das Gatter (pv\) die Steuerelemente (ClI, RXX bis CXk, R 1 Ar,/sperren, wenn am Anfang oder am Ende der Impulse das Ausgangssignal des Verstärkers (A X) einen von Null verschiedenen Wert aufweist.
2. Gammakamera nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Komparatorschaltung (CI, CS) je mit einem bistabilen Element (Vl, VS) verbunden sind, wobei die Ausgänge diesebistabilen Elemente mit einem Exclusiv-Oder-Gatter (p 11) verknüpft sind, daß die Ausgänge der beiden bistabilen Elemente (VX, V2) der Sperrschaltung mit einem Nicht-Oder-Gatter (p 10) verbunden sind und die Ausgänge beider Oder-Gatter (p 10, pll) über das Gatter (pvX) auf die Steuerelemente einwirken.
3. Gammakamera nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Gatter ein Und-Gatter ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Gatters (pvX) jeder Anordnung mit den Eingängen des entsprechenden Gatters jeder der weiteren Anordnungen verknüpft sind(F ig. 4).
4. Gammakamera nach Anspruch 3, bei der die Lichtquelle eine Elektrolumineszenz-Lichtquelle ist und über einen langgestreckten Lichtleiter optisch an den Lichtleiter zwischen dem Szintillationskristall und den PhotQYerYielfachern angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Lichtleiter von mehreren Lichtleiterfasern (f\ bis /"24) gebildet wird, wobei die Enden dieser Lichtleiterfasern an den Lichtleiter (4) anschließend und zwischen den Photovervielfachern (P 1 bis P19) angeordnet sind.
5. Gammakamera nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerelementen jeder Anordnung ein Zweirichtungszähler (CDX) vorgeschaltet ist, dessen Ausgänge Schalter (C 11 bis C Xk) zum Ein- oder Ausschalten von Widerständen (R XX bis R 1 Ansteuern, die den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (A 1) bestimmen.
DE2540861A 1974-09-27 1975-09-13 Gammakamera mit einem Szintillationskristall, Photovervielfachern, Verstärkern und einer Anordnung zur Stabilisierung der Ausgangssignale der Verstärker Expired DE2540861C2 (de)

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