Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung einer radioaktiven Strahlung auf einem flächenhaften Detektor
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung einer radioaktiven Strahlung auf einem flächenhaften Detektor.
Vorrichtungen zum Erfassen, Messen und Auswerten einer Strahlungsintensität von beliebigen Flächenabschnitten sind bekannt. Nach einer gebräuchlichen Methode wird beispielsweise eine Fläche punktweise ausgemessen, wozu man sich eines Szintillationskristalls und eines Photomultipliers bedient, die hinter einem Kollimator angeordnet sind und mit denen Punkt für Punkt die Verteilung der radioaktiven Strahlung auf der Messfläche aufgenommen wird. Abgesehen vom grossen Zeitaufwand ist diese Methode in der Medizin nur bedingt anwendbar, da sich der zu untersuchende Patient während der Messung nicht bewegen darf. Dar über hinaus müssen radioaktive Isotope mit grosser Halbwertszeit verwendet werden, die bekanntlich cine hohe Strahlungsbelastung bewirkt.
Eine rasche aeitliche Verteilungsänderung des radioaktiven Isotops ist überhaupt nicht zu erfassen.
Im Bestreben, auch solche Änderungen erfassen wie überhaupt die Messergebnisse schneller erhalten zu können, wurde bereits vorgeschlagen, die gesamte Strahlung einer Fläche oder eines Raumes unmittelbar bei einer Messung aufzunehmen und zu bestimmen. Zur Lösung dieser Aufgabe wurden grosse Na I-Szintillationskristalle verwendet und die Intensitäts-Verteilung in diesen mit Photomultipliern beobachtet. Als Nachteil haben sich hierbei ein begrenztes Auflösungsvermögen sowie apparative Schwierigkeiten bei der Auswertung der von den Photomultipliern gelieferten Impulse ergeben.
Bci einer anderen bekannten Vorrichtung wird ein Mosaik von NaI-Szintillationskristallen verwendet, wobei jeder Kristall über Lichtleiter mit Photomultipliern verbunden ist. Hierbei ist der apparative Aufwand sehr nachteilig, gegeben durch die sehr grosse Zahl von Lichtleitern und Photomultipliern, die sich insbesonders bei grösserer Anzahl von Kristallen, im Bestreben, ein besseres Auflösungsvermögen zu erhalten, nur schwer unterbringen lassen.
Es wurden auch schon Versuche mit Bildverstärkern gemacht, jedoch sind diesen Geräten infolge ihrer geringen Empfindlichkeit Grenzen gesetzt.
Die Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass der Detektor aus mehreren, rasterartig in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterdetektoren zusammengesetzt ist, in denen dle aufgenommene Strahlung elektrische Impulse auslöst, die einer Registriereinrichtung zugeführt sind.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht in Strahlungsrichtung einer hier nicht dargestellten Strahlungsquelle auf eine schematisch dargestellte Vorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Schnittlinie A-A gemäss Fig. 1,
Fig. 3 eine schematisch dargestellte Vorrichtung mit einem einzigen Halbleiterelement,
Fig. 4 eine räumliche Anordnung von Halbleiterdetektoren und
Fig. 5 ein Schaltungsschema der Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Ansicht und in Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Schnittlinie A-A der Fig. 1 einer Detektorvorrichtung 1 dargestellt, auf welche eine Strahlung auftrifft.
In Fig. 2 ist die in Pfeilrichtung verlaufende Strahlung einer nicht eingezeichneten Strahlungsquelle mit 2 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Kollimator 3, Halbleiterdetektoren 4, einer Abschirmung 5 und Verbindungsleitungen 6 zu einer nachgeschalteten, in der Figur nicht gezeichneten elektronischen Registriereinrichtung. Die Halbleiterdetektoren 4 sind in Form einer Fläche nebeneinander angeordnet und bis auf ihren die Strahlung 2 absorbierenden Teil 7 allseitig mit der Abschirmung 5 umgeben. Über dem Teil 7 ist der Kollimator 3, der durch die Abschirmung 5 hindurch greift, vorgesehen. Die Elektroden 8 der Halbleiterdetektoren 4 sind über die Verbindungsleitungen 6 an die Registriereinrichtung angeschlossen.
Nach einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung 1 nur ein einziges Haloleiterelement 9 auf (Fig. 3), an dem mehrere Elektroden 10 befestigt sind, von denen jede für sich über Zuleitungen 11 mit je einem Verstärker 12 verbunden ist. Die Elektroden 10 sind hierbei jeweils voneinander isoliert.
Durch die flächenförmige Anordnung der beschriebenen rasterartigen Halbleiterdetektoren lassen sich Strahlungen in einer beliebigen Fläche erfassen. Um nun auch die Richtungsverteilung von Strahlungen ermitteln zu können, werden, wie Fig. 4 zeigt, mehrere flächenförmige Detektor-Anordnungen 13 übereinander angeordnet. Diese Detektor-Anordnungen sind durch Koinzi denzschaltungen untereinander verbunden und über Leitungen 14 an eine Registriereinrichtung 15 ange- schlossen.
Die beschriebenen Vorrichtungen kommen ohne die bei bekannten Einrichtungen unerlässlichen Lichtleiter, Photomultiplier, Bildverstärker usw. aus; es sind lediglich elektrische Verbindungen zwischen den Halbleiterdetektoren und den Verstärkern bzw. der Registriereinrichtung erforderlich. Hierzu sind je nach Messzweck und Bedarf verschiedene Verbindungsvarianten möglich.
So kann jeder Halbleiterdetektor mit einem Verstärker verbunden oder die Detektorenanschlüsse in Zeilen und Spalten zusammengefasst werden, so dass jeder Zeile und jeder Spalte ein Verstärker zugeordnet ist. Die Koinzidenz zwischen einem Zeilen- und einem Spaltenverstärker bestimmt den Debektoranschluss, in dem ein Im puls registriert wird. Dadurch lassen sich eine grosse Anzahl Verstärker einsparen.
Schematisch ist diese Art der Schaltung in Fig. 5 dargestellt. Registriert beispielsw, eise die Detektor-Vorrichtung 1 Strahlung, so wird ein Signal an die Verstärker der lersten Zeile 16 und der ersten Spalte 17 geliefert. Durch die Koinzidenz dieser beiden Verstärker wird der Ort, an dem die Strahlung absorbiert worden ist, eindeutig festgelegt. Auf diese Weise werden statt r2 nur 2r Verstärker benötigt (r = Zahl der Detektoren).
In Fig. 5 bedeuten 18 Vorverstärker, 19 eine zweite Zeile, 20 eine zweite Spalte, 21 Koinzidenzeinrichtungen und 22 einen Informationsspeicher. Durch die digitale R, egistrierungsweise der Impulse können diese leicht gespeichert und quantitativ ausgewerbet werden.
Device for determining the distribution of radioactive radiation on a flat detector
The invention relates to a device for determining the distribution of radioactive radiation on a flat detector.
Devices for detecting, measuring and evaluating a radiation intensity from any surface sections are known. According to a common method, for example, an area is measured point by point, for which purpose a scintillation crystal and a photomultiplier are used, which are arranged behind a collimator and with which the distribution of the radioactive radiation on the measuring surface is recorded point by point. Apart from the large amount of time required, this method can only be used to a limited extent in medicine, since the patient to be examined must not move during the measurement. In addition, radioactive isotopes with a long half-life must be used, which is known to cause high radiation exposure.
A rapid change in distribution of the radioactive isotope cannot be recorded at all.
In an effort to be able to record such changes as well as to obtain the measurement results more quickly, it has already been proposed to record and determine the entire radiation of a surface or a room directly during a measurement. To solve this problem, large Na I scintillation crystals were used and the intensity distribution in these was observed with photomultipliers. The disadvantage here is a limited resolution and equipment difficulties in evaluating the pulses supplied by the photomultipliers.
Another known device uses a mosaic of NaI scintillation crystals, each crystal being connected to photomultipliers by light guides. The outlay on equipment is very disadvantageous here, given the very large number of light guides and photomultipliers, which are difficult to accommodate, especially with a large number of crystals, in an effort to obtain a better resolution.
Attempts have also been made with image intensifiers, but these devices are limited due to their low sensitivity.
The disadvantages of the known devices are eliminated according to the invention in that the detector is composed of a plurality of semiconductor detectors arranged in a grid-like manner in rows and columns, in which the recorded radiation triggers electrical impulses which are fed to a registration device.
Some exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 shows a view in the direction of radiation from a radiation source, not shown here, of a device shown schematically,
FIG. 2 shows a sectional view along the section line A-A according to FIG. 1,
3 shows a schematically illustrated device with a single semiconductor element,
Fig. 4 shows a spatial arrangement of semiconductor detectors and
Fig. 5 is a circuit diagram of the device.
1 shows a view and FIG. 2 shows a sectional view along the section line A-A of FIG. 1 of a detector device 1 on which radiation is incident.
In FIG. 2, the radiation from a radiation source (not shown) running in the direction of the arrow is denoted by 2. The device 1 consists of a collimator 3, semiconductor detectors 4, a shield 5 and connecting lines 6 to a downstream electronic recording device, not shown in the figure. The semiconductor detectors 4 are arranged next to one another in the form of a surface and are surrounded on all sides by the shielding 5, except for their part 7 which absorbs the radiation 2. The collimator 3, which extends through the shield 5, is provided above the part 7. The electrodes 8 of the semiconductor detectors 4 are connected to the registration device via the connecting lines 6.
According to another embodiment, the device 1 has only a single haloconductor element 9 (FIG. 3) to which several electrodes 10 are attached, each of which is connected to an amplifier 12 via supply lines 11. The electrodes 10 are each insulated from one another.
Due to the planar arrangement of the grid-like semiconductor detectors described, radiation can be detected in any area. In order to also be able to determine the directional distribution of radiation, as FIG. 4 shows, several flat detector arrangements 13 are arranged one above the other. These detector arrangements are interconnected by coincidence circuits and connected to a registration device 15 via lines 14.
The devices described manage without the light guides, photomultipliers, image intensifiers, etc., which are indispensable for known devices; only electrical connections are required between the semiconductor detectors and the amplifiers or the registration device. Different connection variants are possible depending on the measurement purpose and requirements.
Each semiconductor detector can be connected to an amplifier or the detector connections can be combined in rows and columns so that an amplifier is assigned to each row and column. The coincidence between a row and a column amplifier determines the debektor connection in which an impulse is registered. This saves a large number of amplifiers.
This type of circuit is shown schematically in FIG. For example, if the detector device 1 registers radiation, a signal is supplied to the amplifiers in the first row 16 and the first column 17. The coincidence of these two amplifiers clearly defines the location at which the radiation has been absorbed. In this way, only 2r amplifiers are required instead of r2 (r = number of detectors).
In FIG. 5, 18 preamplifiers, 19 a second row, 20 a second column, 21 coincidence devices and 22 an information memory. Thanks to the digital registration of the impulses, they can easily be saved and quantitatively evaluated.