Detektor Elektronik mit direkter Digitalisierung am Photomultiplier

Unter digitaler Gammakamera verstehen wir – im Gegensatz zu einigen anderen Herstellern – ausschließlich Kameras mit Detektoren, bei denen die Digitalisierung der Signale bereits für jeden einzelnen Photomultiplier erfolgt.

Dies bedeutet, dass unmittelbar nach der Registrierung eines Gammaquants, also kaum eine Mikrosekunde später, die Signale aller Photomultiplier als digitale Zahlenwerte vorliegen.

Aus diesen Daten erfolgt dann unmittelbar die Berechnung der Position sowie der Energie der aufgetretenen Szintillation im Detektor. Spezielle A/D-Karten im Rechner sind daher nicht mehr erforderlich.

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht in einer erheblichen Reduzierung des elektronischen Aufwandes für die Detektorelektronik, einer einfacheren Verkabelung, günstigeren Produktionskosten sowie geringstem Wartungsaufwand.

Unsere Detektoren verfügen über keine analogen Abgleichmöglichkeiten, sind daher extrem wartungsarm.

Der Abgleich der Photomultiplier erfolgt in der Routine über eingebaute LEDs.

Da der elektronische Aufwand gegenüber bisherigen Detektoren extrem reduziert worden ist, ist auch der Energieaufwand für diese Elektronik äußerst gering, mit der angenehmen Folge, dass nur eine geringe Luftzirkulation notwendig wird und daher kaum Geräusche durch Lüfter entstehen.

Funktionsprinzip

Unsere Detektoren sind mit extrem rauscharmen Vorverstärkern im Niedervoltbereich ausgestattet, die ausschließlich digital vom Rechner eingestellt werden. Für jeden Vorverstärker lassen sich hierbei Offset und Verstärkung in weiten Bereichen über den Rechner einstellen, so dass auf diese Weise auch altersabhängige individuelle Drifts der Photomultiplier kompensiert werden können, ohne irgendwie in den Detektor eingreifen zu müssen.

Das auf diese Weise eingestellte Signal wird direkt auf eine Analog/Digital-Wandler Baugruppe gegeben, wo dieses mit einer Frequenz zwischen 40 MHz und 60 MHz fortlaufend digitalisiert wird. Hierzu werden superschnelle A/D-Wandler neuester Technologie eingesetzt, wobei ein Chip mit einer Größe von 12 mm x 12 mm parallel 8 PM-Signale fortlaufend digitalisiert.

Eine Großfeldkamera mit 48 quadratischen PM-Röhren (PMs) benötigt daher ein Board mit 6 dieser A/D-Wandler, eine Schilddrüsenkamera mit 25 PMs kommt mit 4 dieser A/D-Wandler aus.

Die digitalen Signale werden von einem direkt integrierten Hochleistungs FPGA-Board (Board mit ausschließlich per Software programmierbarer Hardware) weiterverarbeitet, wo zum einen die Erkennung der Impulse als auch die Berechnung der Koordinaten und der Energie erfolgt. Sowohl die A/D-Wandler als auch der Hochleistungsprozessor sind auf einer kleinen Platine mit einer Größe von 15 x 15 cm untergebracht.

Dieses Board sitzt direkt auf dem Detektor und sendet seine Daten dann über eine USB-Schnittstelle zum Aufnahmerechner weiter.

Weitere Vorteile des Verfahrens

Mit dieser neuen Technik lassen sich auch neuartige Detektorfeldkorrekturen realisieren. So zum Beispiel spezielle Korrekturen am Detektorrand. Diese Arbeiten sind derzeit noch in Entwicklung. Erste Erfahrungen bestehen jedoch in einer möglichen Vergrößerung des Gesichtsfeldes durch spezielle Korrekturen an den Rand-PMs. Die Vergrößerung des Gesichtsfeldes bewirkt eine Reduzierung des Abstandes Detektorrand-Gesichtsfeld und ist für einige Untersuchungen (z.B. Hirn-SPECT) von Vorteil.

Wirtschaftlichkeit

Auch wenn die Kosten der Elektronik für ein einzelnes System deutlich geringer sind als die bei herkömmlichen Systemen, so schlägt sich der entstandene Mehraufwand bei der Entwicklung im Preis nieder.

Allerdings zahlt der Anwender diesen Aufwand nur einmal, und nicht bei einem eventuell erforderlichen Austausch der Elektronik mit.

Aus diesem Grunde bieten wir bei Abschluss eines Wartungsvertrages von Beginn der Installation an eine Gewährleistung für die komplette Detektorelektronik für 4 Jahre, wobei sich diese Gewährleistung jedoch ausschließlich auf das Material erstreckt.

Marktfähigkeit

In Ausschreibungen anderer EU-Länder werden mittlerweile bei Gammakameras üblicherweise Detektoren mit Einzel-PM-Digitalisierung gefordert. Schon daher entspricht unsere Technik den weltweiten technologischen Anforderungen.