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Verfahren und Vorrichtung zur Mehrkanal-Mehrstufen-Analyse Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur mehrstufigen Analyse mit mehreren simultanen Kanälen,
insbesondere ein Verfahren, das gestattet, gleichzeitig und praktisch ohne Informationsverluste
die Analyse der zeitlichen Entwicklung von mehreren Variablen vorzunehmen, die in
elektrische Impulse mit zu ihrer Amplitude proportionaler Frequenz umgesetzt sind.
Die Erfindung betrifft ferner einen mehrstufigen Mehrkanal-Analysator mit sehr kleiner
Totzeit zur Durchführung des erfindungsgem&13en Verfahrens.
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Ein derartiger Analysator ist insbesondere in der Medizin von Nutzen,
um mit Hilfe einer Anordnung von Strahlungsdetektoren die Verteilung und Festsetzung
einer kurzlebigen radioaktiven Substanz festzustellen, die in einen Organismus injiziert
worden ist.
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Augenblicklich wird eine derartige Analyse in verschiedenster Weise
durchgeführt. Bei einem der gegenwärtig verbreitetsten Verfahrcn, genannt "zuerst
angekommen - zuerst genutzt", speichert man im Speicher nur den ersten Impuls (und
zwar unabhängig,
von welchem Detektor er kommt), der nach Abschluß
des "Speicherzyklus" auftritt, der die Einspeicherung des vorhergehenden Impulses
gewährleistet hat. Jeder Speicherzyklus hat eine Dauer von ungefähr 5 /usec, woraus
ersichtlich ist, da jeder gespeicherte Impuls von einem Speicherzyklus begleitet
ist, daß ein derartiges Verfahren ziemlich nachteilig ist, nämlich außer zu einer
schwachen Auflösung zu größeren Informationsverlusten führt, die um so größer sind,
Je größer die gemessenen Aktivitäten sind0 Bei einem anderen Verfahren, der sogenannten
"ineinandergeschachtelten mehrstufigen Analyse" ordnet man zyklisch jedem Detektor
ein Zeitintervall zu, währenddem die von ihm abgegebenen Impulse gespeichert werden.
Jeder Detektor wird daher nur während eines Bruchteils der Gesamtanalysenzeit verwendet,
der um so geringer ist, je größer die Zahl der Detektoren ist.
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Wenn auch ein derartiges Verfahren bei nur zwei oder drei vorhandenen
Detektoren befriedigend ist, ist es offensichtlich, daß die Informationsverluste
oberhalb dieser Grenze meistens unannehmbar sind.
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Um den Einfluß der Totzeit bei der mehrstufigen Mehrkanal-Analyse
zu verringern, ist bereits in Brwägung gezogen worden, jedem Detektor eine Zwischenzählstufe
großer Kapazität, einen sogenannten Pufferspeicher, zuzuordnen, und zyklisch den
Inhalt jeder Zählstufe in den Datenspeicher zu übertragen. Ein derartiges Vorgehen
ermöglicht zwar, daß für einen gegebenen Detektor nur die während der Übertragungszeit
abgegebenen Impulse verlorengehen. Andererseits bleibt es dabei, daß jeder Detektor
zyklisch während mehrerer /usec außer Betrieb gesetzt wird, was häufig als zu lang
angesehen wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, vor allem die Informationsverluste
bei der mehrstufigen Nehrkanal-Analyse auf einen vernachlässigbaren Wert zu verringern.
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Ein Verfahren zur gleichzeitigen 'Analyse der zeitlichen Entwicklung
von mehreren Variablen, die in elektrische Impulse umgesetzt worden sind, die mit
einer zur Amplitude der Variablen proportionalen Frequenz sich wiederholen, wobei
für jede Variable vorgesehen sind eine EroTge von Phasen der Einspeicherung in einen
zugeordneten Hauptpufferspeicher der Zahl der Impulse, die während vorbestimmter
Zeitintervalle auftreten, und die anschließende Übertragung dieser Zahl in einen
einzigen ordnenden Speicher ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
während jeder Speicherphase mehrere Male und zyklisch der Inhalt der Hauptpufferspeicher
in einen einzigen HilSspufferspeicher übertragen wird, wonach der Inhalt des Hilfspufferspeichers
in den ordnenden Speicher übertragen wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit mehrersviHauptzählstuSen, die jeweils im Einspeisekanal der Impulse entsprechend
jeder der zu analysierenden Variablen angeordnet sind, und mit einem ordnenden Speicher,
der durch eine Anzahl von Kanälen, die in mehrere Gruppen unterteilt sind, die jeweils
einer der Variablen zugeordnet sind, und durch ein Adressenregister gebildet ist,
von dem ein Gruppenadressenregister genannter Abschnitt zur Bestimmung der verschiedenen
Gruppen der Kanäle, und ein Kanaladressenregister genannter anderer Abschnitt zur
Bestimmung der Kanalnummern dient ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine
einzige Hilfszählstufe, die parallel zu den Hauptzählstufen geschaltet ist und deren
Ausgang an den Eingang
des ordnenden Speichers angeschlossen ist,
durch einen Teiler, der durch das Gruppenadressenregister ansteuerbar ist und das
Kanaladressenregister ansteuert, und durch eine Steuereinrichtung, die einspeist:
a) in jede Hauptzählstufe zyklisch ein Steuersignal zur Übertragung deren Inhalts
in die Hilfszählsture; b) in die Hilfsstufe Signale zur Auslösung der Übertragung
deren Inhalts in den ordnenden Speicher; und c) in das Gruppenadressenregister Signale,
um dieses auf die Andresse entsprechend der Hauptzählstufe weiterzuschalten, dessen
Inhalt in die Hilfszählstufe übertragen wird.
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Die Erfindung wird anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden
Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Analysators gezeigt ist.
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Zur gleichzeitigen Verfolgung der zeitlichen Entwicklung der Strahlung,
die von vier Detektoren 1A, 1B, 1C und 1D empfangen wird, hat man einen Speicher
2 aus Ferritkernen, dessen Kanäle in vier Gruppen A, B, C und D unterteilt sind,
und dessen arithmetisches oder Speicherregister, das die einzuspeichernden Impulse
empfängt, und dessen Adressenregister, das den Kanal bestimmt, in den eingespeichert
werden soll, mit 3 bzw. 4 bezeichnet sind. Ein Teil 5 des Adressenregisters 4, der
den Stellen oder Bits mit kleinerem Stellenwert zugeordnet ist, dient zur Bestimmung
der Kanalnummer. Ein den Bits oder Stellen mit höherem Stellenwert zugeordneter
Abschnitt 6 dient zur Bestimmung der Kanalgruppen. Das Gruppenadressenregister 6
und das Kanaladressenregister 5 sind über eine Stufe 7 verbunden, die als Teiler
dient und den Ubergang von einem gegebenen Kanal zu seinem folgenden nur erlaubt,
nachdem dort
eine gegebene Anzahl (n) Speicherungen durchgeführt
worden sind.
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Jeder Detektor ist über ein Gatter 8 an eine Zählsture kleiner Kapazität
angeschlossen, die beispielsweise zwei Dekaden 9 und 10 aufweist und einen Pufferspeicher
bildet, der Hauptpufferspeicher genannt wird. Ein UND-Gatter 11 befindet sich an
jedem der vier Ausgänge der Dekaden 9 und 10.
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Eine identische Zählstufe, die ebenfalls zwei Dekaden 12 und 13 aufweist
und einen anderen Pufferspeicher bildet, der Hilfspufferspeicher genannt wird, ist
mit ihren'Eingängen parallel an die Ausgänge der UND-Gatter 11 über ODER-Gatter
14 angeschlossen. Das gleichzeitige Öffnen aller UND-Gatter des gleichen Hauptpufferspeichers
löst die Parallelübertragung des Inhalts seiner beiden Dekaden 9 und 10 zu den beiden
Dekaden 12 und 13 des Hilfspurferspeiohers aus. Das Uffnen der UND-Gatter 11 einerseits
und das Trennen jedes Detektors 1 von seinem Pufferspeicher während der für diese
Übertragung notwendigen Zeit andererseits werden durch logische Signale TA, TB,
Tc und TD gesteuert.
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Die Serienübertragung des Inhalts des Hilfspufferspeiohers zum Speicherregister
3 wird durch ein logisches Signal TM ausgelöst, während die Bestimmung der Adresse,
d.h. des Kanals einer gegebenen Gruppe des Kernspeichers 2, in den der Inhalt des
Speicherregisters eingespeichert werden muß, durch Einspeisung eines anderen logischen
Signals TG in den Registerabschnitt 6 gesteuert wird.
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Die verschiedenen logischen Steuersignale werden durch einen Oszillator
15 erzeugt, dessen Schwingungsperiode im wesentlichen 25 /use¢ beträgt. Das Signal
TG wird direkt in
das Adressenregister 6 eingespeist, während das
Signal TM bei 16 vor der Einspeisung in den Hilfspufferspeicher 12, 13 eine Verzögerung
von etwa 5 /usec erfährt, was gleich der Dauer des Speicherzyklus ist, der zur Ansteuerung
des Kanals des Kernspeichers 2 notwendig ist, in den die Einspeicherung vorgenommen
werden muß. Die Signale TA> UB Tc und TD laufen jeweils über ein UND-Gatter 17,
für die ein Programmgeber 18 das zyklische Offnen alle 100 /usec gewährleistet.
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Unter diesen Bedingungen arbeitet der beschriebene Analysator wie
folgt: Man wählt beispielsweise als Anfangs zeitpunkt t = 0 den Zeitpunkt der Abgabe
des Signals TA, das über das Gatter 8A den Eingang der'Dekaden 9A und 10A sperrt
und gleichzeitig das Öffnen der UND-Gatter 11A bewirkt. Die Parallelübertragung
des Inhalts der Dekaden 9A und 10A zu den Dekaden 12 und 13 des Hilfspufferspeichers
erfolgt nun während etwa 300 nsec und die Stufen 9A und lOA sind unmittelbar nach
einem automatischen Löschen auf Null wieder betriebsbereit, die Impulse vom Detektor
1A zu registrieren.
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Das logische Signal TG, das gleichzeitig mit dem Signal TA abgegeben
wird, beaufschlagt während dieser Zeit den Registerabschnitt 6 mit der Adresse der
Gruppe A des Speichers, so daß der Registerabschnitt 5 auf die Adresse 1 eingestellt
wird.
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Das Signal TM wird gleichzeitig wie das Signal TA abgegeben, aber
ausreichend verzögert, damit der Speicherzyklus beendet wird, der zum Ansteuern
der Adresse notwendig ist, die durch die Registerabschnitte 5 und 6 bestimmt ist
(d.h. des Kanals Nr. 1 der Gruppe A), wenn es in den Hilfspufferspeicher eingespeist
wird, und damit die Übertragung des Inhalts des Hilfspufferspeichers
zu
dieser Adresse über das Speicherregister 3 auslöst. Die Übertragung vollzieht sich
in etwa 10 ysec.
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Zum Zeitpunkt t = 25 /usec wiederholen sich die gleichen Vorgänge
am Kanal B des Analysators. Die Erzeugung des Signals T3 unterbricht die Einspeisung
in die Dekaden 9B und lOB gerade während der 300 nsec, die zur parallelen Übertragung
ihres Inhalts in die Dekaden 12 und 13 des Hilfspufferspeichers notwendig sind.
Ein neues Signal TG, das gleichzeitig zum Signal TB abgegeben wird, bringt den Registerabschnitt
6 auf die Adresse der Gruppe B, wobei der Registerabschnitt 5 auf der Adresse 1
gehalten wird, was einen Speicherzyklus auslöst, der den Kanal Nr. 1 der Gruppe
B ansteuert. Danach löst ein neues Signal TM die Übertragung zu dieser Adresse über
das Speicherregister 3 des Inhalts der Dekaden 12 und 13 aus0 Der gleiche Vorgang
läuft für den Zeitpunkt t = 50 7usec für den Kanal C ab, so daß die Speicherung
jetzt im Kanal Nr. 1 der Gruppe C des Speichers 2 vorgeht, danach zum Zeitpunkt
t = 75 /usec für den Kanal D, wobei die Speicherung im Kanal Nr. 1 der Gruppe D
vorgenommen wird.
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Zum Zeitpunkt t = 100 /usec setzt ein viertes Signal TG das Register
6 auf die Adresse der Gruppe A zurück, so daß die Abgabe eines logischen Signals
zum Teiler 7 ausgelöst wird, der Setzt den Wert 1 feststellt, während der Registerabschnitt
5 auf der Adresse 1 bleibt. Ein neues Signal TA wird gleichzeitig zum Signal Ta
abgegeben, und ein zweiter Zyklus zur Parallelübertragung des Inhalts der Dekaden
9 und 10 zu den Dekaden 12 und 13 und zum Kernspeicher 2 findet nun statt, wobei
die Speicherung der empfangenen Impulse in den gleichen
Kanälen
wie vorher durchgeführt wird.
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Die Analyse schreitet also fort, indem alle 100 usec die Stufe 7
um Eins weitergeschaltet wird. Nach n Zyklen, wenn die Zahl n sich in der Stufe
7 befindet, ruft die Einspeisung des Signals Ta ihr Löschen auf den Wert 1 hervor,
was die Abgabe eines logischen Signals zum Registerabschnitt 5 bewirkt; dessen Inhalt
nimmt um Eins zu und gibt daher die Adresse 2 an. Während der n folgenden Zyklen
findet die Speicherung dann in den Kanälen Nr. 2 der Gruppen A, B, C und D des Speichers
2 statt.
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Auf diese Weise bewirkt man durch Übergang von einem Kanal zu seinem
folgenden alle n Zyklen und durch bei jedem dieser n Zyklen erfolgendes Speichern
der Impulse in den Kanälen gleicher Adresse der vier Gruppen, daß gleichzeitig die
Analyse der zeitlichen Entwicklung der Strahlungsgröße vorgenommen wird, die von
jedem der vier Detektoren empfangen wird.
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Es ist also ersichtlich, daß die einzige Totzeit, die bei diesem
mehrstufigen Mehrkanal-Analysenverfahren auftritt, diejenige ist, während der die
den Detektoren zugeordneten Zähistufen von diesen getrennt sind, d.h. ungefähr 300
nsec, also ein Wert, der in den meisten Fällen vernachlässigt werden kann. Es handelt
sich also um einen Informationsverlust, der kaum 1 ffi überschreitet. Da die Informationsverluste
in den bisher bekannten besten Analysatoren 5 - 10 % betragen, wird durch die Erfindung
ein beträchtlicher Fortschritt erreicht.
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Es versteht sich, daß die Erfindung auf das erläuterte Ausführungsbeispiel
nicht beschränkt ist. Obwohl das Ausführungsbeispiel vier Kanäle aufweist, bedarf
es keiner näheren
Erläuterung, daß irgendeine Anzahl von Kanälen
vorgesehen sein kann. Ebenso kann die Kapazität der Zählsturen der Pufferspeicher
oder das Zeitintervall, das die Übertragung des Inhalts der beiden Hauptpufferspeicher
trennt, stark geändert werden. Der erfindungsgemäße Analysator kann ferner nicht
nur in der Kernphysik verwendet werden, sondern auch allgemein zur Mehrstufenanalyse,
wobei es keine Rolle spielt, welche Größen vorher in elektrische Impulse umgewandelt
worden sind.