DE3432711A1

DE3432711A1 - Anordnung zur messung von kernstrahlung und gamma- oder szintillationskamera mit einer derartigen anordnung

Info

Publication number: DE3432711A1
Application number: DE19843432711
Authority: DE
Inventors: Pierre Henri Paris Lelong
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: ADAC Laboratories Inc
Priority date: 1983-09-16
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1985-04-11
Also published as: IT1175724B; IT8422651A0; GB2148494A; FR2552233A1; JPS6088383A; BE900584A; SE8404588L; SE8404588D0; FR2552233B1; SE453226B; DE3432711C2; NL8402776A; IL72933A; GB2148494B; DK437484D0; IL72933A0; GB8423068D0; CA1225755A; US4629894A; DK437484A

Description

PHF 83 575 ^ 24.8.1984

Anordnung zur Messung von Kernstrahlung und Gamma- oder Szintillationskamera mit einer derartigen Anordnung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Kernstrahlung sowie eine Gamma- oder Szintillationskamera mit einer derartigen Anordnung.

Die US-PS 3 525 O47 beschreibt eine Anordnung zur Messung von Strahlung, welche im wesentlichen folgende Elemente enthält: einen Szintillator für die Detektion von Kernstrahlung, der mit dem Eingangsfenster eines Fotodetektors (z.B. einer Fotomultiplikationsröhre) zum Umsetzen der Szintillationen in Strom verbunden ist, die die Kernstrahlung erzeugt. Weiter enthält die Anordnung einen Stromverstärker sowie einen Impulsunterscheidungskreis. Dieser Impulsunterscheidungskreis enthält an sich Mittel zur Bildung eines Signals, wobei von einem ermittelten Parameter ausgegangen wird, der das Ausgangssignal des Stromverstärkers darstellt, welches mit Faksimile-Signal bezeichnet wird und einer Detektion eines einzigen Strahlungsquanten entspricht, weiter Mittel zum Synchronisieren des reellen Ausgangssignals des Stromverstärkers mit dem Faksimile-Signal und zum Subtrahieren der beiden Signale und schliesslieh Mittel zum Analysieren des Restsignals, das sich aus dieser Subtraktionsbearbeitung ergibt, und aus dem die Zusammensetzung des reellen Ausgangssignals des Stromverstärkers abgeleitet wird. Wenn die auf diese Veise durchgeführte Analyse angeben würde, dass dieses Ausgangssignal aus mehr als zwei überlagerten Signalen zusammengesetzt wäre, die der Detektion eines einzigen Strahlungsquanten je entsprechen, kann durch die Verwendung eines gleichen Impulsunterscheidungskreises gewährleistet werden (Bildung eines Faksimile-Signals, Synchronisation dieses Signals mit dem Ausgangssignal des Stromverstärkers, die Subtraktion, usw.), dass die Detektions- und Zählgenauigkeit grosser wird, beispielsweise dadurch dass das Restsignal einem weiteren Impulsunterscheidungskreis zugeführt wird,

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der dem Kreis gleich ist, der die erste Trennung durchgeführt hat.

Die so beschriebene Anordnung zur Messung von Kernstrahlung hat jedoch mehrere Nachteile, die ihrem Arbeitsprinzip anhaften: (a) vor jeder möglichen Trennungsbearbeitung der detektierten Signale ist das Faksimile-Signal zu erzeugen, das als Referenz bei der Subtraktion dient; (b) die Analyse des Restsignals, die im allgemeinen die Verwendung eines Schwellenkreises einschliesst, kann sich störungsempfindlich und ungenau erweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Messung von Kernstrahlung zu schaffen, bei der die Wirkung kein Faksimile-Signal benötigt und der die erwähnten Nachteile nicht anhaften.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Anordnung zur Messung von Kernstrahlung dadurch gelöst, dass sie zum Detektieren von Strahlungsquanten einen Szintillator enthält, der mit einem Fotodetektor zum Umsetzen der Szintillationen in Stromimpulse optisch verbunden ist, welche Szintillationen von den Strahlungsquanten erzeugt werden, und zum Verarbeiten der Stromimpulse einen Impulsunterscheidungskreis enthält, dass der Impulsunterscheidungskreis Impulsflankendetektormittel zum Detektieren einer Vorderflanke eines Stromimpulses, Integrationsmittel zum Integrieren der Stromimpulse abhängig von der Zeit, Zeitmessmittel zur Messung einer Dauer t zwischen einer Vorderflanke und einer nachfolgenden Vorderflanke eines folgenden Impulses, welche Integrations- und Zeitmessmittel Steuersignale empfangen, die wenigstens von der Detektion einer Vorderflanke eines Stromimpulses abgeleitet werden, Speichermittel zur Speicherung von Korrekturfaktoren, die mit dem Messwert der Integrationsdauer t wählbar sind, Rechenmittel zur Bestimmung a) eines extrapolierten Wertes des über die Dauer t integrierten Stromimpulses, welcher extrapolierte Wert ein Mass für das Zeitintegral des ganzen Stromimpulses ist, b) eines Korrekturwertes entsprechend dem integrierten Wert des Stromimpulses nach der Dauer t aus dem Korrektur— faktor und aus dem über die Dauer t integrierten Stromimpuls,

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und weitere Speichermittel zum Einschreiben des Korrekturwertes enthält, wobei die Rechenmittel den Unterschied zwischen dem Korrekturwert und einem nächsten zeitlich integrierten Stromimpuls bestimmen und dadurch aus dem gewonnenen Unterschied und aus der bei diesem nächsten Stromimpuls benutzten Integrationsadauer einen extrapolierten Wert und einen Korrekturwert bestimmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in den Fig. 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel der Strahlungsmessungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2a bis 2f die teilweise Überlagerung der elektrischen Signale, die zwei aufeinanderfolgenden, nahe beieinander liegenden Strahlungen entsprechen, und die Zwischenschritte der Berechnung, die die erfindungsgemässe Anordnung durchführt,

Fig. 3a bis 3h Zeitdiagramme, die die zeitliche Reihenfolge der von der erfindungsgemässen Anordnung durchzuführenden Bearbeitungen in Abhängigkeit von den verschiedenen Situationen zeigen, die auftreten können,

Fig. h ein ausführliches Ausführungsbeispiel einer Impulssequenzschaltung einer erfindungsgemässen Anordnung, und Fig. 5a- und 5t> weitere Ausführungsbeispiele eines Teils der erfindungsgemässen Anordnung.

Die Strahlungsmessanordnung nach Fig. 1A und 1B enthält zum Detektieren von Gammastrahlung einen Szintillator 10, der jedes ankommende Photon in Szintillationen umwandelt und mit einem Eintrittsfenster eines Fotodetektors in Form einer Fotomultiplikationsröhre 20 optisch verbunden ist. Diese Röhre setzt jede Szintillation in einen elektrischen Strom um, den ein Vorverstärkungs- und Filterkreis 30 verstärkt. Dieser Kreis 30 passt also den Signalpegel beim Empfang an, wobei eine geringe Filterung durchgeführt wird, so dass das Signal geglättet wird. Der Kreis ist mit einem Abtast- und Analog/Digital-Umwandlungskreis kO und mit einem Addierer 50 in Reihe geschaltet, an den ein erstes Speicherregister 6θ angeschlossen ist. Der Ausgang des Speicherregisters 6θ ist nach einem zweiten Eingang

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des Addierers 50 zurückgeführt. Ein zweites Speicherregister 70 ist an den Ausgang des Addierers 50 angeschlossen. Der Analog/Digital-Wandler 4o und der Addierer 50 empfangen Taktsignale aus dem Taktimpulsgeber 90. Mit Hilfe des .Analog/Digital-Wandlers 40, des Addierers 50 und des Speicherregisters 60 wird durch kumulative Addierung der in digitaler Form befindlichen Signalabtastungen eine progressive Bestimmung der mit jedem Strahlungsquanten verbundenen Energie durchgeführt. Der Taktimpulsgeber 90, der hier unabhängig arbeitet, kann beispielsweise auch von einem Steuerimpuls des dennoch vorhandenen Impulsflankendetektors 80 angeregt werden (die Verbindung in gestrichelten Linien zwischen den Kreisen 80 und 90 gibt diese zweite Möglichkeit an). Der Impulsflankendetektor 80 ist hier an den Ausgang des Fotodetektors 20 angeschlossen, kann jedoch auch an den Ausgang des Vorver— stärkungs- und Filterkreises 30 angeschlossen werden. Der Taktimpulsgeber 90 bildet die periodischen, den A/D-Wandler ko zuzuführenden Taktsignale und versorgt die Synchronisation des Analog/Digital-Wandlers ko und des Registers 60. Die Taktsignale des Taktimpulsgebers 90 werden einem Zähler 100 zugeführt, dessen Zählerstand an eine Prüfschaltung gelangt oder an einen Komparator 110, dessen Ausgang mit einem sog. Sequenzkreis 200 verbunden ist. Wenn der Zählerstand (der die Anzahl der durchgeführten Signalabtastungen wiedergibt) gleich einer vorgewählten Referenzzahl wird, sendet der Prüfkreis 110, der ein einfacher Komparator sein kann, einen Steuerimpuls nach einer sog. Impulssequenzschaltung 200. ~~

Die Anzahl der ausgeführten Signalabtastungen, die der vorgewählten Referenzzahl entspricht, ist vorzugsweise so zu wählen, dass das Amplitudensignal der zuletzt ausgeführten Signalabtastung nicht grosser als ein bestimmter (äusserst kleiner) Bruchteil der Maximalamplitude des Strom-

impulses ist. Die Impulssequenzschaltung 200 sendet einen Steuerimpuls zum Register 70 und zu einem Zählerregister 190, in denen der Inhalt des Addierers 50 bzw. des Zählers 100 gespeichert wird, wonach ein weiterer Steuerimpuls aus der

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Impulssequenzschaltung 200 das Register 6θ und der Zähler auf Null zurückgestellt werden, und damit die Anordnung zur Messung eines nachfolgenden, vom Szintillationsquarz 10 einzufangenden Strahlungsquanten erneut zur Verfügung kommt.

Der Inhalt des Registers 70 gelangt an einen ersten Eingang der Subtraktionsschaltung 120, die im vorliegenden Fall ein Nullsignal an ihrem zweiten Eingang empfängt (der Grund dazu wird nachstehend ausführlich erläutert) . Das Ausgangssignal des Registers 70 erreicht den ersten Eingang eines Multiplizierers 130, dessen Ausgangssignal an ein Extrapolationswertregister 1 4θ gelangt, wobei ein Multiplikationssignal, das am zweiten Eingang dieses Multiplizierers zur Verfügung steht, im vorliegenden Fall gleich 1 ist (weiter unten wird der Grund näher erläutert).

Nach der Multiplikation des Inhalts des Registers 70 mit dem Multiplikationssignal leitet das Register 1-4o (immer auf Befehl des Impulssequenzkreises 2Οθ) das darin gespeicherte Ergebnis der Multiplikation an den Ausgang der Anordnung weiter, die also ein Signal, das der Energie eines einzigen detektierten Strahlungsquanten proportional ist, zur Verfügung stellt. Die Weiterleitung des Ergebnisses zum Aus-

gang 145 wird erst nach einer Laufzeit ί . in bezug auf die Ansteuerung der Register 70 und 190 durchgeführt, wobei die Ubertragungs- und Rechenzeiten der Schaltungen vor dem Extrapolationswertregister 14θ berücksichtigt werden.

Venn dagegen vor dem Erreichen der Referenzanzahl durch die gezählte Anzahl von Signalabtastungen, bei der die gemessene Energie nahezu gleich der Energie des detektierten Strahlungsquanten ist, ein zweiter Strahlungsquanten den Szintillationsquarz 10 trifft, tritt eine (teilweise) Überlagerung der vom ersten und vom zweiten Strahlungsquanten erzeugten elektrischen Signale auf (siehe Fig.2a). Die Wirkung der Anordnung ist wie folgt:

(a) Das Eintreffen des ersten Strahlungsquanten in den " Szintillator 10 wird vom Impulsflankendetektor 80, der beispielsweise aus einer Reihenschaltung eines Differenzierers und eines Schwellwertkreises gebildet wird, detektiert, sowie das Eintreffen eines zweiten Strahlungs-

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quanten zum Zeitpunkt t.. Der vom zweiten Strahlungs-

quanten erzeugte Stromimpuls ist dem ersten Stromimpuls (teilweise) überlagert, aber die Impulsflanke des zweiten Stromimpulses detektiert jedoch der Impulsflankendetektor 80. Sobald die Vorderflanke des zweiten Impulses detektiert ist, wird der Inhalt des Zählers 100 und das Ausgangssignal des Addierers 50 in das Zählerregister bzw. in das zweite Register 70 eingeschrieben und den Ausgängen der Register 190 und 70 zugeleitet (die Anzahl zu diesem Zeitpunkt t. summierter Signalabtastungen ist gleich n.). Danach werden sofort das Register 6θ und der

Zähler 100 auf Null zurückgestellt und stehen dadurch ab diesem Zeitpunkt t . wieder zur Verfügung zum erneuten Summieren der Signalabtastungen in Zusammenarbeit mit dem Addierer 50 bzw. zum Zählen der folgenden Anzahl von Signalabtastungen, die summiert wird.

(b) Der Inhalt des Registers 70 ist ein Mass für die Energie des ersten Strahlungsquanten (schraffierte Oberfläche in Fig, 2b). Von diesem Inhalt ausgehend, der am Ausgang des Registers 70 zur Verfügung steht, wird mittels Extrapolation die Energiemenge des ersten Strahlungsquanten bestimmt, was dadurch möglich ist, dass der Empfangscharakteristik des Szintillationsquarzes nach dem Eintreffen eines Strahlungsquanten bekannt ist. Durch eine einfache Multiplikation lässt sich die Extrapolierung durchführen. Im Multiplizierer 130 wird das Ausgangssignal des Registers 70 (schraffierte Oberfläche in Fig. 2c) mit einem Extrapolationskoeffizienten C ., der grosser als 1 ist, multipliziert. Die Extrapolationskoeffizienten sind in einen Speicher 170 eingeschrieben und werden mit dem Wert η., mit dem der Speicher adres—

siert wird, aufgerufen (der Subtraktionskreis 120 beeinflusst diese Extrapolisation nicht, weil der zweite negative Eingang dieses Kreises in diesem Fall ein NuIlsignal empfängt).

(c) Das Ergebnis der Extrapolation wird im Extrapolationswertregister 14O gespeichert und wird am Ausgang 145 verfügbar. Es läuft ein Zeitintervall ¹^₁ zwischen der

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/I Λ

Speicherung der Daten in den Registern 70 und 190 und der Verfügbarkeit des Ergebnisses der Extrapolierung am Ausgang 125;

(d) Während der Extrapolierung liefert ein Speicher 180,

dessen Adresseingänge parallel zu denen des Speichers am Ausgang des Registers 190 geschaltet sind, einen Korrekturkoeffizienten C¹ ., der von einem Multipli-

nj ' ^

zierer 150 mit dem Inhalt des Registers 70 multipliziert wird (schraffierte verflache in Fig. 2c), um die Energiemenge zu bestimmen, die der schraffierten Oberfläche in Fig. 2d entspricht, die zusammen mit der Energie des zweiten Stromimpulses abgetastet und summiert wird und dem ersten Stromimpuls zugeordnet ist;

(e) Der dieser Energiemenge entsprechende Korrekturwert

wird in ein Korrekturwertregister 16O eingeschrieben, das nur nach einem Zeitintervall <■' nach der Speicherung der Daten im Register 1k0 angesteuert wird. Das Ausgangssignal des Registers 1kO gelangt an den zweiten negativen Eingang der Subtraktionsschaltung 120;

(f) Die dem zweiten Strahlungsquanten entsprechende Energie (schraffierte Oberfläche in Fig. 2e) wird mit der Subtraktionsschaltung 120 dadurch bestimmt, dass das Ausgangssignal des zweiten Registers 70 (zum Zeitpunkt t. , (schraffierte Oberfläche in Fig. 2f) um das im Korrekturwertregister ΐ6θ gespeicherte Signal reduziert wird, das der schraffierten Oberfläche in Fig. 2d entspricht.

Denn das abgetastete und summierte Signal zwischen

den Zeitpunkten t. und t, ist ein Signal, das aus der Uberlagerung zweier Stromimpulse entstanden ist, wobei aus der bis zum Zeitpunkt t . gemessenen Energiemenge die Rest-

energiemenge des ersten Stromimpulses (zwischen den Zeitpunkten t. und t, ) ableitbar ist. Das so gewonnene Signal wird mit dem Ausgangssignal des Speichers 170 multiplizi'ert, der in diesem Fall einen Extrapolierungskoeffizienten

gleich 1 ergibt, weil kein einziger neuer Strahlungsquant die Messung des vorangehenden stört. Der Extrapolierungskoeffizient ist grosser als 1, wenn ein dritter Strahlungsquant auftritt, bevor der Zähler 100 den im Komparator 110

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gespeicherten Zählerstand erreicht. Beim Erreichen dieses Zählerstandes ist die Bestimmung des Energieinhalts eines Strominpulses fertig. Das Ergebnis der vom Multiplizierer 130 durchgeführten Multiplikation wird in das Register 14θ unter den gleichen Bedingungen, wie oben beschrieben, eingeschrieben. Wie oben beschrieben ist eine Trennung der elektrischen Stromimpulse durchgeführt, die von je einem Strahlungsquanten erzeugt sind und teilweise überlagert waren, wobei die Geschwindigkeit der Aufeinanderfolge der eintreffenden Strahlungsquanten berücksichtigt ist. Wenn ein neuer Strahlungsquant auftritt, wird der Bestimmungs— Vorgang systematisch wiederum auf gleiche Weise durchgeführt.

Fig. 3a bis 3h veranschaulichen die zeitliche Reihenfolge der von der eben beschriebenen Anordnung durchgeführten Bearbeitungen.

Fig. 3a zeigt das Taktsignal aus der Taktschaltung 90, die die Abtastgeschwindigkeit des A/D-Wandlers 4θ bestimmt .

Fig. 3t> zeigt die Lage bei der ein einziger Strahlungsquant detektiert ist. Sobald am Ausgang des Komparators 110 ein sog. Endadditionssignal erscheint, das angibt, dass eine ausreichende Anzahl von Signalabtastungen vorgenommen und addiert ist, wird der im Addierer vorhandene Inhalt (die angehäuften Signalabtastungen) durch das Erscheinen des Signals (i) in Fig. 3e im zweiten Register 70 gespeichert (sowie der Inhalt des Zählers 100 im Zählerregister 190). Mit dem Signal der Fig. 3b wird das Signal (i) in Fig. 3c erzeugt, mit dem wieder das Signal (i) der Fig. 3f erzeugt wird, mit dem das Register 60 und der Zähler 100 auf Null zurückgestellt werden.

In Fig. 3c ist der Fall dargestellt, bei dem zwei

Strahlungsquanten so kurz nacheinander eintreffen, dass sich die dadurch erzeugten Strominipulse teilweise überlagern. Die in Fig. 3c dargestellten aufeinanderfolgenden Signale, die die Detektion (vom Detektor 80) der Strahlungsquanten angeben, sind auf eine unterbrochene Zeitachse t aufgetragen. Das erste Signal 2 - 1 beendet das in Fig. 3f dargestellte Signal (i), mit dem das Register 60 und der

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Zähler 100 auf Null zurückgestellt und gehalten werden. Das Signal (i) in Fig. 3f ist bereits vorhanden, nachdem der Komparator 110 einen Hinweis darauf gegeben hat, dass ein Stromimpuls völlig abgetastet und integriert ist.

Nach dem Signal (2 - 1) in Fig. 3c wird ein erster Stromimpuls abgetastet und integriert, bis ein zweiter Strahlungsquant eintrifft (Signal (2 - 2)), der einen Stromimpuls erzeugt, der (teilweise) dem ersten Stromimpuls überlagert ist. Das Signal (2 - 2) bewirkt mit dem in Fig. Je dargestellten Signal (2) die Speicherung des Inhalts des Zählers 50 im Register 70, wonach die Nullrückstellung des Registers 60 und des Zählers 100 mit dem Signal (2) in Fig. 3f erfolgt. Da das Signal (2) in Fig. 3f direkt auf Null zurückfällt, ist es möglich, die Energie der überlagerten Stromimpulse abzutasten und zu integrieren. Diese Abtastung und diese Integration werden entweder durch das Eintreffen eines dritten (.eine teilweise Überlagerung des zweiten Stromimpulses bewirkenden) Strahlungsquanten unterbrochen, wodurch erneut ein Steuersignal (e) an die Registers 70 und 190 gelangt, und erneut das Register 60 und der Zähler 100 durch das Signal f auf Null zurückgestellt werden, oder sie' werden beim Erreichen einer ausreichenden Anzahl von Signalabtastungen des zweiten Stromimpulses, den der zweiten Strahlungsquant erzeugt, unterbrochen.

Fig. 3d zeigt den logischen Zustand eines Signals d im Kreis nach Fig. 4, der weiter unten beschrieben wird.

Fig. 3e und 3f zeigen die Steuerimpulse, die die Registers 70 und 190 steuern bzw. die Steuerimpulse, die die Nullrückstellung des Registers 60 und des Zählers 100 im Fall (i) eines einzigen Strahlungsquanten und im Fall(2) steuern, in dem zwei Strahlungsquanten kurz nacheinander eintreffen.

In Fig. 3g ist das Signal dargestellt, mit dem das Extrapolationswertregister 14O am Ausgang der erfindungs-

³ⁱ> gemässen Anordnung gesteuert wird und welches Signal nach

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einem Zeitpunkt ^₁ nach den Signalen in Fig. 3e auftritt.

In Fig. 3h ist das Signal dargestellt, das das Korrekturwertregister 160 steuert, wobei dieses Steuersignal

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erst nach einem Zeitintervall Tl nach, dem Signal in Fig. 3g auftritt.

Die Impulsfrequenzschaltung 200, die die verschiedenen, hinsichtlich der Fig. 3a bis 3h beschriebenen Steuersignale erzeugt, enthält in der Ausführungsform nach Fig. drei monostabile Umkehrstufen 401, 402 und 407, eine Umkehrstufe 4θ3 vom RS-Typ, zwei UND-Gatter 4θ4 und 4θ8 , zwei ODER-Gatter 405 und 4θ6 und zwei Laufzeitleitungen 409 und 4iO. Man kann feststellen, dass diese Schaltung zur nachstehend beschriebenen Wirkung führt: die monostabile Umkehrstufe 401 empfängt das Ausgangssignal des Komparators 110. Die monostabile Umkehrstufe 4θ2 empfängt das Ausgangssignal des Impulsflankendetektors 80.

Der Ausgang b der monostabilen Umkehrstufe 4θ1 bekommt den logischen Wert 1 , wenn ein Endaddierungssignal vorgesehen ist, das nach dem Umkippen des Prüfkreises 110 abgegeben wird. Ist der logische Wert am Ausgang c der monostabilen Umkehrstufe 4θ2 gleich 0, entsteht der logische Wert 1 bei d, 0 bei k, 1 bei e (Signal der Fig. 3e) und 1 bei m. Sobald e wieder den logischen Wert 0 bekommt, geht f nach 1 (bei Nullrückstellung des Zählers 100 und des Registers 6θ) und bleibt dort so lange d gleich 1 beträgt, während g und h dem logischen Wert von e mit Verzögerungen T₁ bzw. L + V folgen.

Hat der Ausgang der monostabilen Umkehrstufe 4θ1 den logischen Wert 0, wobei c den logischen Wert 1 hat (Eintreffen eines ersten Strahlungsquanten), geht d nach 0 sobald c den logischen Wert 0 annimmt, k bleibt 0 und e, g, h betragen 0.

Sobald e wieder den logischen Wert 1 annimmt (Eintreffen eines zweiten Strahlungsquanten), wobei b immer noch nicht den Wert 1 angenommen hat (weil der Zähler 100 den im Komparator 110 gespeicherten Zählerstand noch nicht erreicht hat), geht k nach 1 und e, m, g, h ebenfalls, wobei f nur auf 1 kommt (bei Nullrückstellung des Registers 6o und des Zählers 1Οθ), wenn e nach Null zurückgeht. Der logische Wert von f geht nach 0, wenn m, d.h. k und also e nach 0 zurückgehen.

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Λζ

Die in Fig. 1A und 1B dargestellte Anordnung kann auf verschiedene Weisen geändert werden, ohne dass aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgetreten wird. So ist es möglich, die digitalen Integrationsmittel 40, 50, 60 durch einen Analogintegrator zu erzetzen, der mit einem A/D-Wandler in Reihe geschaltet ist, dessen Ausgang an den Eingang des Registers 70 anschliessbar ist. Der A/D-Wandler muss ein Steuersignal erhalten (beispielsweise das Steuersignal auf der Leitung 201), wobei die Ansteuerung des Registers 70 in bezug auf die Ansteuerung des A/D-Yandlers verzögert erfolgen muss. Da ein Analogintegrator mit einer Entladezeit behaftet ist und die Stromimpulse einander überlappen können, so dass zum Entladen keine Zeit zur Verfügung steht, ist es vorteilhaft, zwei analoge Integratoren parallelzuschalten. Das Ergebnis der Parallelschaltung besteht darin, dass der eine Integrator integrieren kann (aufladen), während sich der andere entladen kann (nach der Abtastung vom A/D-Wandler, der immer vom einen Integrator zum anderen umzuschalten ist, beispielsweise unter der Steuerung des Signals auf der Leitung 201 ).

Weiter ist es möglich, wie in Fig. 5a dargestellt, mit nur einem Speicher (ΐ8θ) und mit nur einem Multiplizierer (150) auszukommen. Der Speicher 170 und der Multiplizierer I30 (siehe Fig. 1B) können entfallen, wenn der Ausgang der Subtraktionsschaltung 120 mit dem Eingang des Registers 14θ verbunden und ein erster Eingang der Addierschaltung 135 an den Ausgang 145 angeschlossen wird. Ein zweiter Eingang der Addierungsschaltung wird an den Ausgang des Registers 160 angeschlossen, wodurch die fehlende Energiemenge (Fig. 2d), die im Register 160 gespeichert ist, zu der bereits vorhandenen Energiemenge addiert wird, die im Register 14θ gespeichert ist. Das Ergebnis einer Messung wird also um eine Laufzeit ^rC„ (Rechenzeit des

nc .

Addierers) nach der Verfügbarsteilung des Inhaltes des Registers 160 (Signal h auf Leitung 2θ4, siehe Fig. ya. und Fig. 4) erhalten. Ggf. kann das Ergebnis des Addierers in ein daran angeschlossenes Registers 155 eingeschrieben

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werden, das dazu ein Steuersignal 205 empfangen muss, das beispielsweise vom Signal h auf der Leitung 2O4 ableitbar ist (beispielsweise über ein Laufzeitelement, wie die Elemente 4O9 und 410 in Fig. 4, mit einer Laufzeit ^o)· Eine andere Möglichkeit zum Auskommen mit nur einem Speicher (17O) und nur einem Multiplizierer (13O) ist in Fig. 5t> dargestellt und kann durch Auslassen des Speichers 18O und des Multiplizierers 150 (siehe Fig. 1B) und durch die Verbindung der Ausgänge des Registers 140 und der Subtraktionsschaltung 120 mit einem Eingang einer zusätzlichen Subtraktionsschaltung 125 realisierbar. Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 125 liefert einen Korrekturwert, wie er in Fig. 2d angegeben ist, und der am Eingang des Registers 16O zum Korrigieren des integrierten Wertes der folgenden (überlagerten) Stromimpulse zugeführt wird.

Das eben gegebene Beispiel bietet in bezug auf das vorangehende Beispiel den Vorteil, dass keine weiteren Steuersignale als d... _■ jenigen Steuersignale benötigt werden, die an Hand der Fig. 3a bis h und Fig. 4 beschrieben sind.

Zwar sind die hier gegebenen Beispiele und die nachstehend beschriebene (Fig. 4) Impulssequenzschaltung in diskreten Schaltungen ausgeführt aber sie können jedoch vollständig oder teilweise mit Hili'e eines Mikroprozessors verwirklieht werden (insbesondere die Impulssequenzschaltung wenn sie nur schnell genug ist (Multiplikationen ausführbar innerhalb von 100 ns)).

Selbstverständlich beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die in bezug auf die Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen, von denen weitere Abwandlungen ableitbar sind, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten. So lässt sich z.B. bemerken, dass, wenn der Impulsflankendetektor 80 zwischen den Schaltungen 20 und 30 angeschlossen wird, wie in Fig. 1 angegeben, dieser Detektor mit einem Filterelement ausgerüstet werden kann, aber dass ein derartiges Filterelement nicht mehr erforderlich ist, wenn der Detektor zwischen den Schaltungen 30 und 40 angeschlossen wird.

- Leerseite

Claims

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PATEENTANSPRUCHE

ζ. J Anordnung zur Messung von Kernstrahlung, die zum etektieren von Strahlungsquanten einen Szintillator enthält, der mit einem Fotodetektor zum Umwandeln der Szintillationen in Stromimpulse optisch verbunden ist, welche Szintillationen von den Strahlungsquanten erzeugt werden, und zum Verarbeiten der Stromimpulse einen Impulsunterscheidungskreis enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsunterscheidüngskreis folgende Mittel enthält: Impulsflankendetektormittel zum Detektieren einer Vorder—

'" flanke eines Stromimpulses, Integrationsmittel zum Integrieren der Stromimpulse abhängig von der Zeit, Zeitmessmittel zum Messen einer· Dauer t zwischen einer Vorderflanke und einer folgenden Vorderflanke eines folgenden Impulses, welche Integration- und Zeitmessmittel Steuersignale empfangen, die wenigstens von der Detektion einer Vorderflanke eines Stromimpulses abgeleitet werden, Speichermittel zum Speichern von Korrekturfaktoren, die mit dem Messwert-der Integrationsdauer t selektierbar sind, Rechenmittel zur Bestimmung a) eines extrapolierten Wertes des über die

Dauer t integrierten Stromimpulses, welcher extrapolierte Wert ein Mass für das Zeitintegral des ganzen Stromimpulses ist, b) eines Korrekturwertes, der dem integrierten Wert des Stromimpulses nach der Dauer t entspricht aus dem Korrekturfaktor und dem über die Dauer t integrierten Strom-

impuls, und weitere Speichermittel zum Speichern des Korrekturwertes, wobei die Rechenmittel den Unterschied zwischen dem Korrekturwert und einem nächsten, über die Zeit integrierten Stromimpuls und dadurch aus dem erhaltenen Unterschied und aus der bei diesem nächsten Stromimpuls be-

nutzten Integrationsdauer einen extrapolierten Wert und einen Korrekturwert bestimmen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitmessmittel einen Taktgeber, einen Zähler,

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einen Komparator, und ein Zählerregister enthalten, wobei entweder der Komparator einen Stoppimpuls erzeugt, wenn der Zähler einen Zählerstand erreicht, der genau so hoch ist wie der im Komparator voreingestellte Zählerstand, oder der Zählerstand im Zählerregister gespeichert wird, wenn die Impulsflankendetektormittel eine Vorderflanke eines Stromimpulses detektiert, wobei in beiden Fällen der Zählerstand des Zählers auf Null zurückgestellt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrationsmittel folgendes enthalten: einen Analog/Digital-Wandler, einen Addierer und ein erstes Register, wobei der Ausgang des A/D-Wandlers mit einem ersten Eingang einer Addierschaltung verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang des ersten Registers verbunden ist, dessen Ausgang an einen zweiten Eingang der Addier schaltung angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Addierers an den Eingang eines zweiten Registers zur Speicherung des integrierten Stromimpulses am Ende der Dauer t angeschlossen ist.
h. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel Subtraktionsmittel zum Subtrahieren des Korrekturwertes des über die Zeit t integrierten Stromimpulses sowie Multiplikationsmittel zum Multiplizieren des von den Subtraktionsmitteln gelieferten Unti rschieds mit einem von den Speichermitteln gelieferten Korrekturfaktor enthalten.
5. Anordnung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionsmittel eine Subtraktionsschaltung enthalten, deren erster Eingang mit dem Ausgang der Integrationsmittel verbunden ist, dass die Multiplikationsmittel eine Multiplikationsschaltung enthalten, deren erster Eingang mit dem Ausgang der Subtraktionsschaltung und deren zweiter Eingang mit einem Ausgang der Speichermittel verbunden ist, deren Adresseingang an den Ausgang des Zählerregisters angeschlossen ist, wobei der zweite Eingang der Subtraktionsschaltung den Korrekturwert empfängt.
6. Anordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsschaltung den Korrekturwert liefert,

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•wobei ein Ausgang der Multiplikationsschaltung an einen Eingang eines Korrekturwertregisters angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung verbunden ist.
7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel eine Addierschaltung enthalten deren erster Eingang mit dem Ausgang des Korrekturwertregisters verbunden und ein zweiter Eingang an einen Ausgang eines Zwischenregisters angeschlossen ist, dessen Eingang an den Ausgang der Subtraktionsschaltung angeschlossen ist, welche Addierschaltung an seinen Ausgang den extrapolierten Wert liefert.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Subtraktionsschaltung mit einem ersten Eingang einer zweiten Multiplikationsschaltung verbunden ist, die einen Teil der Rechenmittel bildet und deren zweiter Eingang an einen Ausgang eines Extrapolationskoeffizientenspeichers angeschlossen ist, der ein Teil der Speichermittel ist und dessen einer Adresseingang mit dem Zählerregister verbunden ist, welche zweite Multiplikationsschaltung an ihren Ausgang den extrapolierten Wert liefert.
9. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsschaltung den extrapolierten Wert erzeugt, wobei der Ausgang der Multiplikationsschaltung mit dem Eingang eines Extrapolationswertregisters verbunden ist, dessen einer Ausgang an einen Eingang einer zweiten Subtraktionsschaltung angeschlossen ist, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der ersten Subtraktionsschaltung verbunden ist, wobei der Ausgang der zweiten Subtraktionsschaltung an einen Eingang eines Korrekturwertregisters angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der ersten Subtraktionsschaltung verbunden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 7» 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsunterscheidungskreis eine

Impulssequenzschaltung enthält, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Komparators und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der Impulsflankendetektormittel verbunden ist, welche Impulssequenzsclialtung in Beantwortung eines Eingangs

PHF 83 575 Jj6* 24.8.1984

signals an einem der zwei Eingänge an vier verschiedenen Ausgängen aufeinanderfolgend vier Steuerimpulse erzeugt, von dem ein erster an einen Steuereingang des Zählerregisters und des zweiten Registers zum Speichern des Zähler-Standes und des Zeitintegrals des detektierten Stromimpulses in diese Register, ein zweiter Steuerimpuls an einen Rückstelleingang des Zählers und des ersten Registers, ein dritter Steuerimpuls an einen Steuereingang entweder des Zwischenregisters oder des Extrapolationswertregisters und ein vierter Steuerimpuls an das Korrekturwertregister gelangt.
11. Gammakamera mit einer Anordnung zur Messung von Kernsstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gammakamera mehrere Strahlungsdetektoren enthält, die mit je einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgerüstet ist.