DE3243284A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur bewegungskorrektur bei einem bilddarstellungsgeraet - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 8256 DE

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bewegungskorrektur bei einem Bilddarstellungsgerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewegungskorrektur bei einem Bilddarstellungsgerät, das mit Hilfe von Strahlung arbeitet. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Schaltungsanordnung zur Bewegungskorrektur bei einem ebensolchen BilddarStellungsgerät-

Die Erfindung läßt sich beispielsweise bei einer Szintillationskamera einsetzen, um Verwaschungen oder Unscharfen des Bildes zu vermeiden, die durch Bewegungen des zu untersuchenden Objektes entstehen. Eine solche Szintillationskamera arbeitet bevorzugt mit Gamma-Strahlung. Die Erfindung läßt sich aber auch bei anderen Strahlungsarten einsetzen.

Bilddarstellungsgeräte, die ein Bild mit Hilfe von aufgenommener Strahlung erzeugen, werden in weitem Umfange benutzt als diagnostische Instrumente zur Bestimmung der Verteilung der strahlungsaussendenden Substanz im zu untersuchenden Objekt, beispielsweise bei der medizinischen Diagnose des Zustands eines Organs im menschlichen Körper.

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Ein typisches Bilddarstellungsgerät, auf das sich die vorliegende Erfindung mit Vorteil anwenden läßt, ist eine Szintillationskamera vom Anger-Typ. Die Grundprinzipien dieser Kamera sind im US-Patent 3,011,057 beschrieben. In einem solchen Gerät treffen Strahlungsquanten, die von dem zu untersuchenden Objekt ausge-

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sandt werden, auf einen Umsetzer in Form eines Szintillationskristalls. Das Auftreffen führt zu Szxntillationsereignissen. Diese Ereignisse werden mit Lichtdetektoren nachgewiesen, welche hinter dem Umsetzer angeordnet sind. Sie werden weiterverarbeitet zu das jeweilige Ereignis beschreibenden X-, Y- Lagekoordinaten-Signalen, die den Herkunftsorten der Strahlungsquanten entsprechen. Die Informationen über die Energien dieser Ereignisse werden auch zu HeIltast-Signalen weiterverarbeitet, so daß nur diejenigen Ereignisse, welche innerhalb eines besonders interessierenden Energiebereichs liegen, zur Bilddarstellung herangezogen und aufgezeichnet werden, beispielsweise auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre.

Verfahren und Schaltungen zur Erzeugung von Lagekoordinaten-Signalen und Helltast-Signalen für Bilddarstellungsgeräte sind an sich bekannt und beispielsweise im US-Patent 3,984,689 beschrieben.

Die Nützlichkeit eines Bilddarstellungsgerätes als diagnostisches Instrument hängt in hohem Grade von der Fähigkeit dieses Gerätes ab, die Verteilung der Strahlungsemittierenden Substanz in dem zu untersuchenden Objekt getreu zu reproduzieren. Ein Faktor, der diese Fähigkeit beschränkt, ist die Bewegung des Objekts, d.h. des Patienten oder eines Körperorgans, während der diagnostischen Aufnahme. Bei der Bilddarstellung auf einer Kathodenstrahlröhre verursacht eine solche Bewegung unerwünschte Verwischungen oder Unscharfen mit der Folge, daß sich das Bild verschlechtert, Der Gebrauch von Kathodenstrahlröhren zur Bilddarstellung ist in der medizinischen Diagnose allgemein gebräuchlich, beispielsweise bei Leberuntersuchungen, Herz-Studien, und dergleichen.

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Bisher angestellte Anstrengungen, die Wirkung der Patientenbewegung während des Bilddarstellungsprozesses zu reduzieren, liefen beispielsweise darauf hinaus, den Patienten durch physikalische Mittel, wie z.B. Stützen 5 oder Befestigen, still zu halten. Solche Gerätschaften sind nur von begrenztem Wert, verursachen für den Patienten Unbequemlichkeiten und begrenzen die Zahl der Untersuchungsmethoden, die durchgeführt werden können.

Ein eher akzeptierbarer Versuch zur Bewegungskorrektur bei Bilddarstellungsgeräten war bisher die Verwendung einer Kompensationsschaltung, die die Lagekoordinaten-Signale, die von den empfangenen Strahlungsereignissen abgeleitet sind, korrigiert. Sie vermeidet dadurch die Wirkungen der Objektbewegung. Bekanntgewordene Verfahren zur Bewegungskorrektur dieser Art benutzen die Lagekoordinaten-Signale, die gebildet werden zur Darstellung von Ereignissen innerhalb des gewünschten Energiebereichs, um. die mittlere oder Schwerpunktsposition des zu untersuchenden Objekts zu berechnen. Die Lagekoordinaten-Signale werden sodann nach Maßgabe der überwachten Verschiebung des berechneten Objektschwerpunkts hinsichtlich der Objektbewegung korrigiert.

Ein Verfahren zur Bewegungskorrektur bei Leberuntersuchungen unter Verwendung eines Digital-Rechners, welches durch das Atmen des Patienten hervorgerufene Unscharfen korrigiert, wird beschrieben von Bernard E. Oppenheim in seinem Aufsatz "A Method Using a Digital Computer for Reducing Respiratory Artifact on Liver Scans Made with a Camera", Journal of Nuclear Medicine, Vol. 12, No. 9, pp. 625 - 628 (1971). Bei diesem Verfahren wird ein Rechnerspeicher verwendet, um Ereignisdaten in Matrixform zu speichern. In jedem der 0,6 see langen Datensammlungsintervalle wird eine sogenannte

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'Mittellinie" der Datenmatrix be:timmt. Jede der aufeinanderfolgenden Datenmatrizen wird sodann so verschoben, daß alle Einzelbilder ihre "Mittellinien" am selben Ort haben. Die einzelnen so verschobenen Einzelbilder werden sodann aufsummiert. Hierdurch ergibt sich ein resultierendes Bild, bei dem die Unschärfe-Effekte der mittleren Position des sich verschiebenden Objekts verringert sind. Dieses Vorgehen ist jedoch relativ kostspielig, kompliziert und erfordert eine verhältnismäßig lange Datenverarbeitungszeit.

Eine bequemere und weniger teuere Methode zur Bewegungskorrektur wurde von Hoffer entwickelt. Wie aus dem US- Patent 3,780,290 hervorgeht, benutzt dieses Verfahren einfache Analogschaltungen. Eine schematische Darstellung der bekannten Schaltung nach Hoffer ist in Figur dargestellt. Sie bezieht sich auf die Korrektur des X-Lagekoordinaten-Signals. Eine zweite Schaltung dieser Art wird für die Korrektur des Y-Lagekorrektur-Signals eingesetzt.

Nach Figur 1 werden ankommende unkorrigierte X-Lagekoordinaten-Signale in einen Integrator CI gegeben.

Dieser umfaßt einen Operationsverstärker A1, einen Kondensator C1 und zwei Widerstände R1, alle in der dargestellten Schaltverknüpfung. Die Größe des X-Signals bestimmt die Lage des entsprechenden Strahlungsereignisses in bezug auf eine X-Richtung. Signale mit positivem Vorzeichen, die Ereignissen auf der positiven Seite der X-Achse entsprechen, dienen dazu, den Integrationskondensator C1 mit einer Polarität aufzuladen. Signale mit negativen Werten, die Ereignissen auf der negativen Seite der X-Achse entsprechen, dienen dazu, den Integrationskondensator C1 mit ent-

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gegengesetzter Polarität aufzuladen. Die Spannung am Integrationskondensator C1 zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt entspricht der mittleren Lage oder der Schwerpunktslage X der vorangehenden Verteilung von Ereignissen, welche durch den Integrator aufsummiert wurden. Ein Summierglied SU, das einen Operationsverstärker A2 und Widerstände R_x", Rz und Rp umfaßt, dient dazu, jedes der folgenden Lagesignale zu korrigieren. Dies geschieht, indem die berechnete ■ 10 Schwerpunktslage von dem Lagekoordinaten-Signal des jeweils darzustellenden Ereignisses abgezogen wird. Wenn beispielsweise der berechnete Lageschwerpunkt von einer Position X = 0 zu einer Position X = 2 wandert, so wird der Wert X = 2 von den Lagekoordinaten-Signalen der dargestellten Ereignisse abgezogen. Dieses resultiert in einem Bild, welches stationär auf dem Monitor dargestellt wird, d.h. ohne Unscharfe durch die Bewegung. Diese Vorgehensweise enthält eine Anzahl von Vorteilen gegenüber der digitalen Methode, insbesondere dahingehend, daß sie nicht die Zeit zur Erzeugung eines Bildes verlängert oder die jeweils aufsummierte Zählrate verringert.

Eine verbesserte analoge Korrekturschaltung wird von Ronald E. McKeighen in seinem Aufsatz "Improved Means of Correcting Motion Blurring in Scintigraphic Images" in Phys. Med. Biol., Vol. 2, No. 2, pp. 353 bis 362 (1979), beschrieben. Diese bekannte Schaltung ist in Figur 2 dargestellt. Wie bei der Schaltung nach Figur wird die Verschiebung der Schwerpunktsposition der Strahlungsverteilung von nachgewiesenen Ereignissen benutzt, um die Lagekoordinaten-Signale der nachfolgenden Ereignisse zu korrigieren. Ein Schwerpunktsintegrator CI, der wieder einen Verstärker A1, einen Kondensator C1 und einen Widerstand R1 umfaßt, ist hier in der Weise

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modifiziert, daß er nunmehr auch einen Schalter SW1 enthält, welcher in Abhängigkeit von einem Takt- oder Strobe-Signal SB geschlossen wird. Dieses Taktsignal SB entspricht dem Hellsteuer-Signal, welches durch einen Energieanalysator gebildet wird» Es sorgt dafür, daß der Schalter SW1 geschlossen wird, und zwar immer dann, wenn ein Ereignis festgestellt wird, das innerhalb des vorgegebenen Energiebereichs der darzustellenden Ereignisse liegt.

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Der Schwerpunktsintegrator CI der bekannten Schaltung nach Figur 2 besitzt gewisse Vorteile gegenüber dem bekannten Schwerpunktsintegrator nach Figur 1. In der Schaltung nach Figur 1.lädt jedes Ereignis den Integrator auf, und zwar bis das nächste Ereignis anfällt. Somit sind die Zeitspannen_f in denen der Integrator beaufschlagt wird, von Ereignis zu Ereignis unterschiedlich und von der Zählrate abhängig. Auch ist anzumerken, daß diese Schaltung den Schwerpunkt auf der Grundlage der Zählrate ermittelt, im Gegensatz dazu ermittelt die bekannte Schaltung nach Figur 2 den Schwerpunkt auf der Grundlage einer fest vorgegebenen Anzahl von Ereignissen, und zwar unabhängig von der Zählrate. Weiterhin ist der Rückkopplungswiderstand R1 des Integrators nach Figur 2 dem Kondensator C1 nur während der Pulsdauer parallelgeschaltet. Dieses sorgt dafür, daß der Rückkopplungswiderstand R1 die Ladung des Kondensators C1 nicht während derjenigen Zeitintervalle ableiten kann, in denen keine Pulse den Integrator CI aufladen.

Die Schaltung nach Figur 2 enthält auch einen zweiten Integrator zur Bestimmung und zum Festhalten der Ausgangsposition des Schwerpunkts. Dieser "Haltekreis für die Ausgangsposition IPH" umfaßt einen Verstärker A3,

VPA 81 P 8256 DE einen Integrationskondensator C3 und einen Widerstand R3. Ein Schalter SW3 dient dazu, Lagekoordinaten-Signale an den Integrationskondensator C3 weiterzuleiten, und zwar während eines konstanten Zeitintervalls am Anfang. Dieses Zeitintervall wird an Bedienungselementen am Schaltpult des Bilddarstellungsgeräts eingestellt. Der "Haltekreis für die Anfangslage IPH" dient dazu, die Ausgangslage des Objekts festzustellen und dieses in seiner relativen Lage auf dem Bildschirm festzuhalten, ungeachtet von weiteren Bewegungen. Diese Eigenschaft stellt einen weiteren Vorteil gegenüber der Schaltung nach Figur 1 dar, in welcher die Schwerpunktslage stets an der Stelle X=O festgelegt ist.

Die bekannte Schaltung nach Figur 2 enthält auch einen Eingangs-Pufferkreis oder Trennverstärker IB, der einen'. Verstärker A4 und zwei Widerstände R4 umfaßt.

Ein Summierglied SU, welches einen Verstärker A2 und verschiedene Widerstände R2, R_x, R^ und R^q enthält, korrigiert das ynkorrigierte Ladekoordinaten-Signal dadurch, daß es von diesem die Verschiebung des Schwerpunkts von dessen Ausgangsposition subtrahiert. Somit ergibt sich für das korrigierte Signal: Xq *= X-(X-XO).

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Die bisher beschriebenen Schaltungen haben alle den Nachteil, daß die Schwerpunktsverschiebung, die zwecks Korrektur der darzustellenden Lagekoordinaten-Signale ermittelt wird, auf der Lageverteilung der dargestellten Signale selbst basiert. Die Verwendung von Schwerpunkten zur Bewegungskorrektur, welche, auf Abstrahlungen aus dem zu untersuchenden Organ selbst basieren, erscheint jedoch wenig wünschenswert, denn di.ese Schwerpunkte können wiederum von Faktoren beeinflußt sein, die ihrerseits nicht korrigierbar sind. Ein.Beispiel

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hierfür ist die Verwendung von BewegungsSchwerpunkten zur Korrektur der Patientenbewegung bei Herzuntersuchungen. Hierbei wird der Schwerpunkt durch Bewegungen, die von der Atmung und von spezifischen He rzkontraktionen herrühren, beeinflußt. Beide Bewegungen haben einen nachteiligen Einfluß auf die Korrektur. Verwindungen und Drehungen des Herzens selbst, d„h. Bewegungen des Herzens bezüglich der Z-Richtung, machen sich bei der Berechnung des Verteilungsschwerpunkts ii der X-Y-Ebene störend bemerkbar. Eine instrumenteile Hinzufügung einer Atmungsüberwachungsschaltung und elektrokardiographisehe Maßnahmen (ECG) könnten diese störenden Faktoren nicht vollständig kompensieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltungsanordnung und ein verbessertes Verfahren zur Bewegungskorrektur bei einem Bilddarstellungsgerät, das mit Hilfe von hochenergetischer Strahlung, wie insbesondere Gamma-Strahlung arbeitet, anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Maßgabe der im Verfahrensanspruch 1 und der im Schaltungsanspruch 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Demgemäß umfaßt das Verfahren zur Korrektur von Bewegungsunschärfen im Strahlungsbild der Verteilung einer ersten Strahlungssubstanz in einem Objekt den folgenden Schritt: Korrektur von Lagekoordinaten-Signalen, die abgeleitet sind zur Darstellung von Strahlungsereignissen innerhalb eines ersten, durch die erste Strahlungssubstanz vorgegebenen Energiebereichs unter Verwendung von Schwerpunkt-Lage-Signalen, die abgeleitet sind von Lagekoordinaten-Signalen von

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Strahlungsereignissen innerhalb eines zweiten, durch eine zweite Strahlungssubstanz vorgegebenen Energiebereichs.

Demgemäß umfaßt, die Schaltungsanordnung zur Durchführung des soeben erwähnten Verfahrens zur Bewegungskorrektur:

a) eine Schwerpunkt-Rechenschaltung zur Verarbeitung der Lagekoordinaten-Signale der Strahlungsereignisse innerhalb des zweiten Energiebereichs mit dem Ziel, die erwähnten Schwerpunkt-Lage-Signale zu bilden, und

b) eine Korrekturschaltung zur Korrektur der Lage- .

koordinaten-Signale der Strahlungsereignisse innerhalb des ersten Energiebereiches unter Verwendung der so gebildeten Schwerpunkt-Lage-Signale.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, die in Einzelheiten weiter unten diskutiert wird, liegt auf dem Gebiet der Herzuntersuchung und verwendet eine Szintillationskamera nach dem Anger-Prinzip. Gemäß dieser Ausführungsform werden Lagekoordinaten-Signale von Szintillationsereignissen korrigiert, die von einem strahlungsemittierenden Präparat der Energie I hervorgerufen werden, welches in den Blutstrom des Patienten injiziert ist und durch das Herz hindurchströmt. Die Korrektur erfolgt unter Verwendung von Schwerpunkt-Lage-Signalen, die für Ereignisse berechnet werden, welche von einer Punktquelle mit einem Präparat der Energie II hervorgerufen werden. Dieses zweite Präparat ist in einem Behälter enthalten, welcher an die Brust des Patienten geheftet ist. Die Energien I und II sind dabei verschieden voneinander.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist eine analoge Schaltung zur Bewegungskorrektur vorgesehen, die ein Eingangs-Puff erglied, einen gesteuerten Schwerpunkts-Integrator, einen Haltekreisj zum Pesthalten einer ursprünglichen Schwerpunktsposition und ein Summierglied enthält. Hierbei werden die Integrationskondensatoren des Schwerpunkt-Integrators und des Haltekreises für die Ausgangsposition aufgeladen, sobald Ereignisse in ein Energiefenster fallen, das der Punktquelle der Energie II entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand der Figuren 3 bis.6 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Szintillationskamera nach dem Anger-Typ, welche gemäß der vorliegenden Erfindung

ausgestattet ist und für die medizinische Diagnose eingesetzt werden kann;

Fig. A eine Blockdarstellung einer Schaltungsan-Ordnung zur Bewegungskorrektur gemäß der

vorliegenden Erfindung, wobei diese Schaltungsanordnung im Zusammenwirken mit anderen Teilen eines Bilddarstellungsgerätes für hochenergetische Strahlung gezeigt ist; 30

Fig. 5 ins einzelne gehende Ausführungsbeispiele

für einige Bauelemente der Schaltungsanordnung zur Bewegungskorrektur nach Figur 4, und

Fig. 6 ins einzelne gehende Ausführungsbeispiele für weitere Bauelemente der Schaltungsanordnung nach Figur 4.

- Vi⁴- VPA 81 P 8256 DE In allen Zeichnungen stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile dar.

Gemäß Figur 3 enthält eine Szintillationskamera 10 vom Anger-Typ eine Schaltungsanordnung zur Bewegungskorrektur gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kamera 10 umfaßt einen Detektorkopf 12 zur Bestimmung der Verteilung eines strahlungsemittierenden Stoffes (Strahlungssubstanz, radioaktives Isotop) innerhalb eines Körper-'10 organs, beispielsweise des Herzens, eines Patienten Dieser Stoff ist zuvor zugeführt worden, beispielsweise durch Injektion in die Blutbahn des Patienten 1-4. Die von dem zugeführten Stoff emittierten Strahlungsquanten bewirken, daß Szintillationsereignisse innerhalb des Szintillationskristalls auftreten, der innerhalb des Detektorkopfes 12 gelegen und ein Bestandteil desselben ist. Das Auftreten der Szintillationsereignisse innerhalb des Kristalls wird registriert durch eine regelmäßige· Anordnung von FotovervieLfachern. · Deren Ausgangssignale werden nach statistischen Gesichtspunkten ausgewertet und weiterverarbeitet, und es werden hiervon X-, Y-Lagekoordinaten-Signale und Hellsteuer-Signale für eine Kathodenstrahlröhre abgeleitet. Diese Signale werden benutzt, um ein Bild ' der Verteilung des besagten radioaktiven Stoffes auf einem Bildschirm 16 der Kathodenstrahlröhre herzustellen. Der Bildschirm 16 befindet sich dabei auf einer Bedienungs- und/oder Darstellungskonsole 18, die elektrisch mit dem Detektorkopf 12 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung, welche die Ausgangssignale der Fotomultiplier auswertet, enthält einen konventionellen Analysator mit einem ersten Energiefenster, welcher die Helltast-Signale abgibt. Dies geschieht dergestalt, daß nur Ereignisse, deren Energien innerhalb,eines vorgegebenen ersten Energiebereichs liegen, dargestellt werden.

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Innerhalb eines Behälters 20 (siehe Figur 3) befindet sich eine gewisse Menge eines Strahlungsemittierenden Isotops. Dieses Isotop hat eine Strahlungsenergie, welche unterschiedlich ist von der Energie desjenigen Isotops, welches dem Patienten 14 zugeführt wurde. • Der Behälter 20 ist oberhalb des Brustkorbes auf der Brust des Patienten mit einem Band befestigt. Das im Behälter 20 untergebrachte Isotop dient als Punktquelle für radioaktive Emissionen. Da die Punktquelle an der Brust des Patienten festgebunden ist, kann die Bewegung des Patienten dadurch überwacht werden, daß die entsprechende Bewegung der Punktquelle registriert und überwacht wird. Strahlungsquanten, die von dieser Punktquelle ausgesandt werden, treffen auf den Szintillationskristall innerhalb der Kamera 10 auf, ebenso wie Strahlungsquanten von der Probesubstanz, die innerhalb des Herzens verteilt ist. Es ist wichtig anzumerken, daß Szintillationsereignisse, welche durch Strahlung der Punktquelle hervorgerufen werden, bei Normalbetrieb nicht auf dem Bildschirm dargestellt werden.

Die X-, Y-Lagekoordinaten-Signale, die von den Emissionen der Punktquelle abgeleitet werden, werden benutzt, um die Position des Schwerpunktes dieser Punktquelle zu berechnen. Die von der Punktquelle herrührenden Strahlungsereignisse werden dabei mit Hilfe eines zweiten Analysators mit Energiefenster von konventionellem Aufbau identifiziert. Dieser zweite Analysator ist auf ein zweites Energiefenster eingestellt. Er befindet sich ebenfalls innerhalb der Schaltungselektronik der Kamera 10. Dieser zweite Analysator bildet Steuersignale. Diese charakterisieren diejenigen Ereignisse, deren Energien innerhalb eines zweiten vorgegebenen Energiebereiches liegen. Der zweite Energiebereich entspricht dabei den Strahlen des zweiten Isotops mit der unterschiedlichen Energie.

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Einzelheiten der innerhalb der Kamera 10 angeordneten Schaltung, die zur Erzeugung der X-, Y-Lagekoordinaten-Signale, der Helltast-Signale und der Energiefenster-Steuersignale verwendet wird, sind a3s solche im Stande der Technik bekannt. Sie sind beispielsweise im US-Patent 3,984,689 beschrieben. Dieses US-Patent 3,984,689 beschreibt die Konstruktion von Analysatoren mit Energiefenster zum Zwecke der Bildung von Steuersignalen, die Ereignissen entsprechen, welche Energien innerhalb begrenzter Energiebänder besitzen. Solche Analysatoren sind brauchbar für Messungen mittels zweier Arten von Isotopen gemäß der vorliegenden Erfindung. Szintillationskameras, die jeweils eine solche Schaltung enthalten, sind auch kommerziell erhältlich.

Figur 4 zeigt Bauteile und Schaltverknüpfungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung zur Bewegungskorrektur gemäß der Erfindung. Hierin sind auch Verbindungsleitungen eingezeichnet, die zu anderen Schaltkreisen der Anger-Kamera 10 und zum Darstellungsgerät (Kathodenstrahlröhre) 16 führen.

Strahlungsquanten E1, die von einem radioaktiven Stoff oder Isotop wie z.B. Tc-99m der Energie I ausgesandt werden, das in einem Körperorgan 22 verteilt ist, treffen auf einen Energie-Umsetzer innerhalb der Kamera 10. Dieser Umsetzer ist insbesondere ein Szintillationskristall, hinter dem eine Anzahl von Fotomultipliern in regelmäßiger Verteilung angeordnet ist.

Die Strahlungsquanten erzeugen dabei elektrische Impulse. Konventionelle Schaltungen (nicht dargestellt) zur Lageberechnung, die sich innerhalb der Kamera 10 befinden, verarbeiten diese Impulse und erzeugen für die einzelnen Sziatillationsereignisse· X-, Y-Lage-

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koordinaten-Signale, die die räumliche Zuordnung der Ursprungsc-rte der einfallenden Strahlungsquanten repräsentieren, ßine Analysatorschaltung, und zwar in. der Form eines ersten Analysators WA1 mit einem ersten Energiefenster, bildet erste Steuersignale, welche anzeigen, daß die Energien der Quanten innerhalb eines ersten vorgegebenen Energiebereichs liegen. Weitere konventionelle Schaltungen innerhalb der Elektronik der Kamera 10 verwenden diese ersten Steuersignale und bilden in bekannter Weise CRT-Helltast-Signale Z.. Die erwähnten X-, Y-Lagekoordinaten-Signale und die erwähnten Z-Helltast-Signale entsprechen den "Horizontal-", "Vertikal-" und "CRT Gate"-Signalen, die von der Auswerteschaltung nach US-Patent 3,984,689 gebildet werden (siehe insbesondere Figuren 2A bis 2C).

Die Anger-Kamera 10 ist über Schalter 24, 25 (siehe Figur 4) mit dem Darstellungsgerät 16 verbunden«, Die Verbindung ist so getroffen, daß dann, wenn die Schalter 24, 25 in den eingezeichneten Α-Positionen sind, die X-, Y-Lagekoordinaten-Signale unkorrigiert von dem Darstellungsgerät 16 dargestellt werden. Wenn sich dagegen die Schalter 24, 25 in den eingezeichneten-B-Positionen befinden, dann werden korrigierte Lagekoordinateh-Signale (X_n, Y_n) und die zugehörigen Freitastsignale Z von der Schaltungsanordnung 28 zur Bewegungskorrektur gebildet.

Nach Figur 4 sendet eine Punktquelle 26 der Energie II, z.B. Am-241, die in dem in Figur 3 dargestellten Behälter 20 untergebracht ist, Strahlungsquanten E2 aus, welche ebenfalls von der Anger-Kamera 10 aufgefangen und analysiert werden. Dieselben elektronischen Schaltungen der Kamera 10, die die X-, Y-Lagekoordinaten-Signale herleiten, für Szintillationsereignisse, die

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von Strahlungsquanten E1 aus dem Körperorgan 22 hervorgerufen werden, dienen gleichfalls dazu, X¹-, Y'-Lagekoordinaten-Signale herzuleiten und zwar für Ereignisse, die von aus der Strahlungsquelle 26 herstammenden Strahlungsquanten E2 hervorgerufen werden. Eine Analysatorschaltung, in der Form eines zweiten Analysators WA2 mit zweitem Energiefenster, bildet zweite Steuersignale für Szintillatxonsereignisse, die innerhalb eines zweiten vorgegebenen Energiebereichs liegen und die durch die Strahlungsquanten E2 bewirkt werden.

Die internen Schaltungen der Anger-Kamera 10 werden normalerweise so eingestellt, daß die Freitastsignale Z für das CRT-Gerät 16 nur von den ersten Steuersignalen abgeleitet werden. Dabei befinden sich die Schalter 24, 25 in den Α-Positionen. Dies hat zur Folge, daß nur die X-, Y-Lagekoordinaten-Signale dargestellt werden. • Für den Fachmann ist jedoch einsehbar, daß die internen Schaltungen der Anger-Kamera 10 auch so eingestellt werden können, daß die CRT-Freitastsignale Z nach Wunsch gleichzeitig von den ersten und den zweiten Steuersignalen abgeleitet werden können. Dies hat zur Folge, daß sowohl die X-, Y- als auch die X'-, Y¹-Lagekoordinaten-Signale eine Abbildung von Szintillationsereignissen auf dem Darstellungsgerät 16 bewirken.

Die punktförmige Strahlungsquelle 26 kann im· übrigen gleichzeitig auch als eine anatomische Markierung dienen.

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Die in Figur 4 in Blockform gezeigte Schaltungsanordnung 28 zur Bewegungskorrektur umfaßt einen Puffer¹· oder Trennverstärker 30, einen Schwerpunkts-Rechner 32, einen ■ Haltekreis 34 zum Halten einer Ausgangsposition und ein Summierglied 36. Unkorrigierte Lagekoordinaten-Signal'e

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X, Y,. die von der Auswerteschaltung der Anger-Kamera 10 abgegeben werden, werden dem Eingangs-Pufferglied 30 zugeführt. Ein im folgenden als Tastschalter bezeichneter Schalter 38, der von einem Eintakt- oder Abtastimpulsgeber 40 gesteuert wird, verbindet den Ausgang des Puffergliedes 30 mit dem Schwerpunkte-Rechner 32 bei Szintillationsereignissen mit Energien, die innerhalb eines vorgegebenen Energiebereichs auftreten. Der Schwerpunkts-Rechner 32 berechnet die Schwerpunktslage dieser Ereignisse auf der Grundlage der Lagekoordinaten-Signale, welche vom Pufferglied 30 zum Schwerpunkts-Rechner 32 gelangen, wenn der Tastschalter 38 geschlossen ist.

Die Halteschaltung 34 zum Halten der Ausgangsposition ermittelt oder berechnet die anfängliche Schwerpunkts-Position. Die Zuleitung eines Eingangssignals wird durch einen Auslösekreis 42 gesteuert» Dieser ist dabei vorgesehen, zu gewissen Zeiten einen Eingangsschalter 44 zu schließen, der zwischen dem Ausgang des Schwerpunkts-Rechners 32 und dem Eingang der Halteschaltung . 34 liegt.

Das Summierglied 36 hat die Aufgabe, die Lagekoordinaten-Signale, die von der Elektronik der Anger-Kamera 10 ermittelt werden, zu korrigieren, und zwar nach Maßgabe der Position des Schwerpunkts, der von dem Schwerpunkts-Rechner 32 berechnet wird, und nach Maßgabe der Schwerpunkts-Ausgangsposition, die durch den Haltekreis 34 bestimmt wird. Sobald der Schalter 24 in der B-Position und ein Schalter 46 in der Α-Position ist, erzeugt ein Freitastsignal-Generator 48 Hellsteuer-Signale zur Ansteuerung des CRT-Darstellungsgerätes 16.

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Zwei Schalter 49, 50 bestimmen, ob das erste oder zweite Steuersignal (die von dem ersten bzw. zweiten Analysator WR2 bzw. WR2 mit Energiefenster erzeugt werden) die Helltastung des Darstellungsgerätes 16 und letztlich auch den Abtastzeitgeber 40 (der den Tastschalter 38 zur Zuleitung von Lagekoordinaten-Signalen zum Schwerpunkts-Rechner 32 steuert) ansteuert. Sind die Schalter 46, 49 und 50 in den A-Positionen, die durch durchgezogene Linien in Figur 4 eingezeichnet sind, so werden korrigierte Lagekoordinaten-Signale Xp, Yp für Ereignisse, die Energien innerhalb des ersten vorgegebenen Energiebereichs haben, auf dem Darstellungsgerät 16 dargestellt; andere Ereignisse werden nicht aufgezeichnet. Mit anderen Worten, für die eingezeichneten (stark hervorgehobenen) Schaltstellen werden die X-, Y-Lagekoordinaten-Signale (die aufgrund von Strahlungsquanten E1 gebildet werden, die vom Isotop der Energie I bei dessen Verteilung innerhalb des Körperorgans 22 emittiert werden)

20. korrigiert in der Weise, daß die Bewegungsunschärfe eliminiert wird. Es soll noch einmal betont werden, daß dies auf der Verwendung der Schwerpunkts-Lagesignale beruht, welche aus den X'-, Y¹-Lagekoordinaten-Signalen von denjenigen einfallenden Strahlungsquanten' E2 gebildet werden, die von der Punktquelle 26 des Isotops mit der Energie II emittiert werden.

Die anderen Schaltstellungen der Schalter 46, 49 und ermöglichen weitere Anwendungsmöglichkeiten für dieselben Schaltungsanordnung. Befindet sich der Schalter 46 wieder in der besagten Α-Position, sind die Schalter 49 und dagegen in der B-Position, dann wird das zweite Steuer-.signal, das von dem zweiten Fensteranalysator WR 2 gebildet wird, dazu benutzt, um den Helltast-Signalgenerator 48 anzusteuern, und das erste Steuersignal, das ·

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von dem ersten-Fensteranalysator WR1 gebildet wird, wird dazu verwendet, um den Eintaktimpulsgeber 40 anzusteuern. Hit anderen V/orten, befinden sich die Schalter 49, 50 in der B-Position, dann wird die Verteilung der Punktquelle 26 auf dem Bildschirm des Darstellungsgerätes 16 abgebildet, wobei die X'-, Y'-Lagekoordinaten-Signale korrigiert werden nach Maßgabe einer Kompensation der Schwerpunktsbewegung, die auf der vom Körperorgan 22 her einfallenden Strahlung beruht. Steuersignale werden von durch den Schalter 50 ausgewählten Fensteranalysator zum Eintaktimpulsgeber 40 geleitet, und zwar über einen dazwischen angeordneten Impulsgenerator 52, Sobald der-Schalter in seine B-Position gelegt ist, werden die Ereitast- oder Hellsteuer-Signale für das Darstellungsgerät 16 von dem Impulsgenerator 52 erzeugt. Folglich werden . die Lagekoordinaten-Signale für die Strahlungsquanten E1 oder E2 (abhängig von der Stellung des Schalters 50) nach der Korrektur im Gerät 16 dargestellt, und zwar auf der Grundlage von Schwerpunktsberechnungen für Ereignisse, die im selben Energiebereich wie das dargestellte Ereignis liegen. Wenn beispielsweise die Schalter 46 und 50 jeweils in der B-Position sind, dann ergibt sich eine Bewegungskorrektur bei der BiIddarstellung der Verteilung des Isotops der Energie I innerhalb des Körperorgans 22, und zwar auf der Grund- ' lage der Verschiebung des Schwerpunkts der Verteilung der Quanten E1. Da bei einer solchen Einstellung die Korrektur sich auf genau die Ereignisse abstützt, die auch dargestellt werden (und nicht auf eine Verschiebung des Schwerpunkts eines anderen Isotops der Energie II, beispielsweise der Punktquelle 26), werden bei dieser Schaltstellung die gesamten Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht voll wirksam.

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VPA 81 P 8256 DE Vorteilhafterweise ist auch noch ein Meßgerät 54 zur Messung der Zählrate vorgesehen. Dieses Meßgerät 54 ist in Figur 4 gestrichelt eingezeichnet. Es zeigt an, wann die Zählrate groß genug ist, so daß die Berechnung oder Ermittlung der korrigierten Daten erfolgen kann.

Figuren 5 und 6 zeigen im einzelnen gewisse Ausführungsformen der in Figur 4 in Blockform dargestellten Bauelemente. Figur 5 enthält dabei Einzelheiten des Eingangspuffers 30, des Schwerpunkts-Rechners 32, des Haltekreises 34 und des Summiergliedes 36. Figur 6 enthält Einzelheiten der Steuerschaltung, die den Tastimpulsgeber 40, den Triggerkreis 42, den Freitastsignal-Generator 48, den Impulsgenerator 52 und das Zählraten-Meßgerät 54 umfaßt.

Die Schaltung nach Figur 5 dient dazu, die Lagekoordinaten-Signale X, Y, die von der Anger-Kamera 10 für von dem Körperorgan 22 ausgehenden Strahlungsquanten E1 gebildet werden, zu- korrigieren. Die Schaltung nach Figur 6 dient dazu, die Schaltung von Figur 5 zu steuern, und sie formt Tastimpulse und Haltesignale, welche die Eingänge zum Schwerpunkts-Rechner 32 und zum Haltekreis 34 freigeben oder sperren. Es gibt insgesamt drei Eirigangssignale, die von der Anger-Kamera 10 an die Schaltung nach Figur 5 gegeben werden. Diese Eingangssignale sind das Lagekoordinaten-Signal X, das Lagekoordinaten-Signal Y und ein Signal GND, das Massepotential entspricht. Wenn der Schalter 25 nach Figuren 4 und 5 in seiner Α-Position ist, dann werden diese Signale direkt weitergeleitet zur Vertikalablenkung, zur Horizontalablenkung und zu den Masse-Anschlüssen des Darstellungsgerätes 16. Wenn sich dageg.en der Schalter 25 in der B-

35. Position befindet, dann werden die Lagekoordinaten-

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- ZS- - 2Ω - VPA 81 P 8256 DE

Signale durch die Schaltungsanordnung 28 weiterverarbeitet. Da die Schaltung zur Weiterverarbeitung der X-Lagekoordinaten-Signale vom Aufbau her identisch ist mit der Schaltung zur Weiterverarbeitung der Y-Lagekoordinaten-Signale, wird im folgenden anhand von Figur 5 nur die das Lagekoordinaten-Signal X betreffende Schaltung beschrieben.

Für jedes Strahlungsereignis, das von der Anger-Kamera 10 nachgewiesen wird, d.h. für einfallende Strahlungsquanten E1 oder E2, wird von der inneren Elektronik der Kamera 10 ein X- oder X'-Lagekoordinaten-Signal gebildet. Jedes X-Lagekoordinaten-Signal wird als Eingangssignal dem Eingangspuffer 30 nach Figur 5 zugeführt. Dieser Eingangspuffer 30 ist hier als Operationsverstärker, speziell als Differenzverstärker, ausgebildet. Er kann beispielsweise einen Verstärker 60 des Typs HA 2525, vier Widerstände 61, 62, 63 und 64 vom Wert 4,99 kOhm, einen einstellbaren Widerstand 66 vom Wert 20 kOhm und einen Kondensator 67 mit der Kapazität 20 pF besitzen, wobei diese Komponenten in der in Figur 5 eingetragenen Weise angeschlossen sind. Der Widerstand 62 ist über den Massestecker (GND) an der Signalquelle an Masse angeschlossen. Das Lagekoordinaten-Signal X wird an den invertierenden Eingang des Verstärkers 60 über den Widerstand 61 gelegt. Ein Rückkopplungsstrom wird mit Hilfe des Widerstandes 64 im Rückkopplungszweig erzeugt. Der einstellbare Widerstand 66 dient dazu, Fehleinstellungen aufgrund der Offset-Spannung am Verstärkereingang zu kompensieren. Der Kondensator 67 ist aus Gründen der Frequenzstabilität vorhanden; er verhindert unerwünschte Schwingungen.

Der Verstärker 60 und seine zugeordneten Komponenten 61, 62, 63, 64, 66 und 67 sind als invertierender Verstärker aufgebaut und dienen als Trennverstärker. Das

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-Afc.

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Ausgangssignal dieses Trennverstärkers 30 ist am Punkt TP1 ein Signal, welches bezüglich der Amplitude gleich, aber bezüglich der Polarität invertiert zum Eingangssignal ist. Das heißt, daß das Ausgangssignal ein (-X)-Signal ist. Der Ausgang des Trennverstärkers 30 ist sowohl an den Eingang des Schwerpunkts-Rechners 32 als auch an den Eingang des Summiergliedes 36 angeschlossen.

Der Schwerpunkts-Rechner 32 besteht aus Bauelementen 70 bis 82 in der dargestellten Schaltverknüpfung. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Verstärker 70 vom Typ HA 2525, zwei Widerstände 71 und 72 vom Wert 4,99 kOhm, zwei Analogschalter 73 und 74 vom Typ CD 4016 zwei Feldeffekttransistoren (FET) 75.und 76, zwei Widerstände 77 und 78 vom Wert 60,4 kOhm, einen Widerstand 79 vom Wert 100 0hm, einen einstellbaren Widerstand 80 vom Wert 20 kOhm, einen Kondensator 81 vom Wert 0,027/uF und einen Kondensator 82 vom Wert 5 pF. Die einzelnen Komponenten 70- bis 82 des Schwerpunkts-Rechners 32 sind in der in Figur 5 dargestellten Weise zu einem Integrator zusammengeschaltet.

Der Kondensator 81 wird durch negative Signale aufgeladen und durch positive Signale entladen, wobei diese Signale am Punkt TP1 erscheinen, wenn der Analogschalter 73 geschlossen ist.

Der Analogschalter 73 wird geschlossen in Abhängigkeit von Steuersignalen ST, die von dem Strobe-Signalgeber 40 gebildet werden. Das Steuersignal ST hat eine feste Zeitperiode, d.h.· eine konstante Pulsbreite, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird. Das heißt, daß der Kondensator 81 sich bei jedem Ereignis im ausgewählten Energiebereich (wie durch den Analysator WA2 bei der

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- VPA 81 P 8256 DE Schaltposition A des Schalters 50 festgelegt) stets dieselbe Zeit lang auflädt. Nach einer Anzahl solcher Ereignisse entspricht der (Spannungs-)Wert, der von dem Kondensator 81 erreicht ist und der am Ausgangspunkt TP2 zu einem gegebenen Zeitpunkt erscheint, dem · mittleren Wert oder dem Schwerpunkt der Verteilung der vorangehenden Ereignispositionen im ausgewählten Energiebereich (der ausgewählt ist durch WA2)„ Wenn der Analogschalter 73 geschlossen ist, wird der durch den Widerstand 71 fließende Strom verwendet, um den Kondensator 81 aufzuladen. Der Feldeffekttransistor 75, der im üblichen Drain-Verfahren betrieben wird, ist am Eingang des Verstärkers 70 eingeschaltet, um Ladungsverluste des Kondensators 75, die aufgrund eines Bias- oder Vorstroms'entstehen könnten, möglichst gering zu halten. Der Widerstand 77 stellt den Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors 75 ein. Der änderbare Widerstand 80 dient dazu, Fehler zu eliminieren, die durch die Offset-Spannung am Ver-Stärkereingang 70 entstehen. Der Widerstand 72 stellt den Verstärkungsfaktor auf 1 ein. Der Feldeffekttransistor 76 und die Widerstände 78 und 79 verringern Fehler, die aufgrund des Bias- oder Vorstroms entstehen. Der Analogschalter 74 entlädt den Kondensator 81 in Abhängigkeit von einem Rückstellsignal RS, welches dann erzeugt wird, wenn die Schaltungsanordnung 28 zur Bewegungskorrektur abgeschaltet wird.

Bei Vernachlässigung statistischen Rauschens folgt die Spannung am Ausgang des Schwerpunkts-Rechners 32, d.h. am Punkt TP2, der mittleren oder Schwerpunkts-Positionsverteilung von Ereignissen an seinem Eingang TP1, wenn der Schalter 73 geschlossen ist (d.h. für Ereignisse, die von der Punktquelle 26 nach Figur 4 ausgehen), Das Signal am Punkt TP2 ist jedoch invertiert. Das Aus-

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gangssignal des Schwerpunkts-Rechners 32 ist als Eingangssignal sowohl dem Haltekreis 34 als auch dem Summierglied 36 zugeführt.

Der Haltekreis 34 umfaßt Baukomponenten 84 bis 96. Insbesondere kann es sich dabei um einen Verstärker 84, zwei Widerstände 85 und 86 von je 10 kOhm, zwei Analogschalter 87 und 88 vom Typ CD 4016, zwei Feldeffekttransistoren 89 und 90, zwei Widerstände 91 und 92 von jeweils 60,4 kOhm, einen Widerstand 93 von 100 Ohm, einen veränderbaren Widerstand 94 von 20 kOhm, einen Kondensator 95 von 0,27 /uF und um einen Kondensator 96 von 10 pF handeln. Diese Komponenten des Haltekreises 34 sind in der in Figur 5 eingezeichneten Weise so zusammengeschlossen, daß sie eine Aufspür- und Halte- oder Speicherschaltung bilden. Während der Aufspürphase arbeitet der Haltekreis 34 wie ein invertierender Verstärker vom Verstärkungsfaktor 1. Während der Haltephase wird der Kondensator 95 auf einen Wert aufgeladen, welcher gleich ist dem ' absoluten Wert des Eingangssignals (am Punkt TP2), und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem der Analogschalter 87 abgeschaltet wird. Die Spannung, die am Punkt TP2 auftritt, bewirkt, daß Strom durch den Widerstand 85 fließt, wenn der Analogschalter 87 eingeschaltet ist.

Die Steuerung des Schalters 87 erfolgt durch den Auslösekreis 42 mittels des Haltesignals H, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Der Feldeffekttransistor 89, der im üblichen Drain-Status betrieben wird und am Eingang des Verstärkers 84 angeordnet· ist, dient dazu, aufgrund des Vorstroms hervorgerufene Ableitverluste des Kondensators 95 zu verringern. Der Widerstand 91 stellt den Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors 89 ein. Der Feldeffekttransistor 90 und

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die Widerstände 91 und 92 dienen in gleicher Weise dazu, infolge des Vorstroms mögliche Abweichungen zu reduzieren. Der Analogschalter 88, der von einem Rücksetzsignal RS beaufschlagt ist, dient dazu, den Kondensator 95 als Funktion dieses Rücksetzsignals RS zu entladen, und zwar dann,' wenn di.e Schaltungsanordnung 28 zur Bewegungskorrektur abgeschaltet wird. Der Widerstand 86 stellt den Verstärkungsfaktor in der. Rückkopplung auf 1 ein.

Der Haltekreis 42, der weiter unten diskutiert wird, wirkt so, daß er den Analogschalter 87 in der "Einstellung (d.h. das Haltesignal H ist auf einem +5 V-' Niveau) hält, und zwar für eine kurze Zeit vor dem Beginn eines diagnostischen Vorganges. Diese Zeit kann etwa 10 sek betragen. Sobald die Untersuchung begonnen hat, wird das Haltesignal H auf ein -5 V-Niveau gebracht, das den Analogschalter 87 ausschaltet. Die Gleichspannung, die zu diesem Zeitpunkt am Kondensator 95 anliegt, stellt die anfängliche durchschnittliche Position oder Schwerpunkts-Position der Ereignisverteilung (wobei diese Ereignisse von der Punktquelle ausgehen) zu demjenigen Zeitpunkt dar, zu dem der Schalter 87 geöffnet wurde. Diese Spannung erscheint-auch am Ausgang des Kreises 34 am Punkt TP3. Diese Spannung ist die.invertierte Spannung, die am Punkt TP2 vorhanden war, als das Haltesignal H negativ wurde. Das · Ausgangssignal am Punkt TP3 wird als Eingangssignal an das Summierglied 36 weitergeleitet,

Das Summierglied 36 ist ein Summierverstärker und umfaßt die Baukomponenten 100 bis 108. Insbesondere kann es einen Verstärker 100 vom Typ HA 2525, Widerstände 101, 102 und 103 vom Wert 10 kOhm, einen Widerstand 104 vom Wert 8,25 kOhm, einen Widerstand

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30-

- VPA 81 P 8256 DE 105 vom· Wert 2,5 kOhm, einen einstellbaren Widerstand 106 vom Wert 5 kOhm, einen einstellbaren Widerstand 107 vom Wert 20 kOhm und einen Kondensator 108 vom Wert- 20 pF enthalten. Das Summierglied 36 addiert zusammen oder überlagert die Ausgangssignale des Eingangspuffers 30, des Schwerpunkts-Rechners 32 und des Haltekreises 3A- für die Ausgangsposition. Diese Ausgangssignale sind über die Widerstände 101, 102 bzw. 103 als Eingangssignale dem Verstärker 100 zugeführt.

Ein Rückkopplungsstrom wird erzeugt durch die beiden in Reihe geschalteten Widerstände 104 und 106. Der einstellbare Widerstand 107 ist so eingestellt, daß durch die Offset-Spannung des Verstärkers 100 verursachte Abweichungen verringert werden. Der Kondensator 108 stabilisiert den Frequenzgang und verhindert Schwingungen.

Der Aufbau der Schalter 49 und 50 (siehe Figur 4) ist im einzelnen in Figur 6 gezeigt. Diese Schalter 49 und 50 dienen dazu auszuwählen, welches von dem ersten und zweiten Steuersignal (die von den Analysatoren WA1 bzw. WA2 erzeugt werden) das Strobe-Zeitglied 40 und welches den Helltast-Generator 48 ansteuern soll. Figur 6 zeigt auch die Konstruktion des Schalters 46, der im Zusammenwirken mit den anderen Schaltern für eine Bewegungskorrektur entweder auf der Basis von zwei Isotopen oder auf der Basis eines einzigen Isotops sorgt. Die Steuerung der Schalter 46, 49 und 50 erfolgt dadurch, daß nach Wahl entweder die Eingangsklemmen 110, 112 an Masse gelegt werden (dieses er- gibt eine logische "0") oder indem man sie offenläßt (dieses ergibt eine logische "1") und durch momentane Anschaltung von Masse an den Schalter 111. Die Tabelle 1 zeigt die notwendigen Schaltverbindungen für die einzelnen Funktionsarten.

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	Darzustellende Ereignisse	■ - 26 - Ereignisse, die zur Korrektur	VPi	P :h	8256 DE Lußverbin 111	düngen 112
5		benutzt werden			so ge schaltet, daß sich ergibt
	E1	E2			Q = O	0
10	E2	E1			Q = 1	0
	E1	E1				1
\ 81 Ansc 110
1
1
0

Während der gesamten Beschreibung wird angenommen, daß die Schalter 46, 49 und 50 in den A-Positionen liegen, es sei denn, es ist etwas anderes vermerkt. Dieses führt dazu, daß vom Isotop der Energie I (verteilt im Körperorgan 22) hervorgerufene Ereignisse auf Bildschirm-Positionen dargestellt werden, die durch die X-, Y-Lagekoordinaten bestimmt sind, wobei diese X-, Y-Lagekoordinäten korrigiert sind, und zwar aufgrund von Schwerpunkts-Informationen, die von Ereignissen abgeleitet.sind, welche ihrerseits von der Punktquelle 26 des Isotops mit der Energie II verursacht werden.

Die von den Fensteranalysatoren WA1 und WA2 gebildeten ersten bzw. zweiten Steuersignale werden über NAND-Glieder 114 bis 117 und ODER-Glieder 118 und 119.in der eingezeichneten Schaltverknüpfung an den Pulsgenerator 52 und den Freitastgenerator 48 geleitet. Dabei.liefert der Analysator WA1 die ersten Steuersignale über ein Reihen-Eingangsglied 120 vom Typ 8820.

und einen Inverter 121 an die beiden NAND-Glieder

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Ή-

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und 116. Entsprechend liefert der zweite Analysator WA2 die zweiten Steuersignale an die NAI¹ID-Glieder 115 und 117 über ein Reihen-Eingangsglied 122 vom Typ 8820 und einen Inverter 123. Die Weiterleitung der Steuersignale über die NAND-Glieder 114 bis 117 wird von einem Flip-Flop 126 des Typs 7474 (D-Version) gesteuert. Dazu sind die zweiten Eingänge der NAND-Glieder 114 und 117 an den nicht invertierenden Anschluß Q und die zweiten Eingänge der NAND-Glieder 115 und 116 an den invertierenden Anschluß Q des Flip-Flops 126 angeschlossen. Der Stelleingang S (Set-Eingang) des Flip-Flops 126 ist in der angegebenen Weise zwecks Aufnahme von Signalen vom Anschluß 110 her verbunden. Wenn dieser Anschluß 110 O-Signal besitzt, d.h. an Masse gelegt ist, dann wird das Flip-Flop 126 so gesetzt, daß der Ausgang Q "1"-Signal und der Ausgang Q "0"-Signal besitzt. Dieses leitet das erste Steuersignal vom Analysator WA1 weiter zum Pulsgenerator 52. Wenn jedoch der Anschluß 110 "1"-Signal (offener Schaltzustand) besitzt, so wird das aufgezwungene Setzsignal vom Flip-Flop 126 entfernt. In diesem Fall wird das Flip-Flop 126 vom Signal am Anschluß 111 gesteuert. Dieses Signal wird über ein Reihen-Eingangsglied 127 vom Typ 8820, ein NAND-Glied 128 und einen Inverter 129 an den T-Anschluß des Flip-i-Flops 126 geleitet. Zwei monostabile Multivibratoren 130 und 131, die zwischen dem Eingangs-Verstärker 127 und dem NAND-Glied 128 angeordnet sind, dienen als eine Verzögerungsschaltung und verhindern damit, daß Störungen oder Rauschen am Anschluß 111 das Flip-Flop 126 schalten. Jedesmal, wenn der Anschluß auf "0"-Niveau liegt, d.h. an Masse gelegt ist, wird der ■ G-Zustand des Flip-Flops 126 geändert. Falls Q « 1 beträgt, werden die WA1 Steuerpulse zum Pulsgenerator und die WA2-Pulse zum Freitastgenerator 48 weiterge-

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leitet. Wenn dagegen Q=O beträgt, dann werden die WA1 Steuerimpulse zum Pulsgenerator 52 und die WA2 Steuerimpulse zum Freitastgenerator weitergeleitet,, Sobald das Flip-Flop 126 einmal den einen oder·anderen Zustand angenommen hat, wird es diesen Zustand nicht ändern, bis entweder der Anschluß 110 oder 111 auf Masse gelegt wird.

Der Ausgang des NAND-Gliedes 118 ist über einen Widerstand 134 an die Basis eines Transistors 135 des Pulsgenerators 52 angeschlossen. Er liefert somit dorthin Impulse von dem ausgewählten Analysator WA1 oder WA2. An der·Basis eintreffende positive Impulse schalten den Transistor 135 ein und triggern einen monostabilen Verzögerungskreis 136, der vom Typ 9602 sein kann. Dieses verursacht eine kurze Verzögerung, welche weniger als 500 /usek betragen kann, während der die Lagekoordinaten-Signale an den Eingangspuffer für das entsprechende Ereignis (siehe Figur 4) geliefert werden können. Die Abfallflanke des Verzögerungsimpulses wird verwendet, um einen zweiten monostabilen Kreis 138, der ebenfalls vom Typ 9602 sein kann, zu triggern. Dieser erzeugt sodann einen Impuls von etwa 3. /Usek Dauer. Dieser Impuls wird an den Strobe-Impulsgeber 40, das Zählraten-Meßinstrument 54 und den Schalter 46 weitergegeben.

Der nicht invertierende Ausgang Q des rnonostabilen Baugliedes 138 des Pulsgenerator?, 52 ist über ein NAND-Gatter 139 an den Eingang eines monostabilen Baugliedes 140, welches wiederum vom Typ 9602 sein kann, des Strobe-Zeitgebers 40 angeschlossen.- Das monostabile Bauglied 140 erzeugt Impulse, welche dazu verwendet werden, um den Analogschalter 73 (siehe Figur 5) einzuschalten. Wie bereits ausgeführt, ge-

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-SfB- VPA 81 P 8256 DE

stattet es dieser Schalter 73, daß sich der Integrations-Kondensator 81 des Schwerpunkts-Rechners 32 dann auflädt. Ein Anpaßglied, das die Bauelemente 142 bis 146 nach Figur 6 umfaßt, dient dazu, das auf TTL-Niveau liegende Ausgangssignal des monostabilen Bauelements 140 in einen Strobe-Impuls zu verwandeln, der zwischen +5 V und -5 V hin- und herpendelt und der den Analogschalter 73 steuert. Wenn der Transistor 144 eingeschaltet ist, ist sein Kollektor positiv, und der Schalter 73 wird eingeschaltet.

Das invertierte Ausgangssignal am Ausgang Q des monostabilen Baugliedes 138 des Pulsgenerators 52 wird über den Inverter 148 dem Zählraten-Meßgerät 54 zugeleitet. Wenn während eines Impulses der Inverter 148 positiv wird, wird ein Transistor 149 eingeschaltet, wodurch wiederum ein Kondensator 150 aufgeladen wird. Bei niedrigen Zählraten ist die Ladung des Kondensators 150 nicht groß genug, um einen angeschlossenen Komparator 151, der vom Typ 741 sein kann, zu sehalten. Ein Signal "Hoch" am Ausgang des Komparators 151 wird durch einen Kollektor-Inverter 152 invertiert. Dieser Inverter 152 dient dazu, eine lichtemittierende Diode (LED) 153 einzuschalten, was eine niedrige Zählrate anzeigt. Wenn jedoch die Zählrate einen vorgegebenen Wert erreicht, beispielsweise 2300 Ereignisse pro Sekunde, dann ändert der Komparator 151 seinen Zustand und schaltet eine lichtemittierende Diode (LED) 154 ein. Diese Diode 154 zeigt eine hohe Zählrate an.

Der Ausgang des ODER-Gliedes ist an den Eingang eines monostabilen Vei'zögerungskreises 156 des Freitastgenerators 48 ai geschlossen. Somit triggern die Steuersignale des Ana.! /sato tu WAI oder WA2, entsprechend der

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:■■:".■ 3 2 A 328 A

.3S- - -

- 3Θ - VPA 81 P 8256 DE

Einstellung der Schalter 49, 50 nach Figur 6, die monostabile Verzögerungsstufe 156. Diese kann vom Typ 9602 sein. Der Ausgang der· monostabilen Stufe 156 dient dazu, eine weitere monostabile Stufe 157 zu triggern, die ebenfalls vom Typ 9602 sein kann. Diese Stufe 157 bildet Freitastimpulse zur Hellsteuerung des Darstellungsgerätes 16, und zwar gemäß den ausgesuchten Steuersignalen.

Der Schalter 46 (siehe auch Figur 4) umfaßt zwei NAND-Gatter 158 und 159. Diese sind miteinander verbunden derart, daß sie invertierte Eingangssignale an ein ODER-Gatter I60 liefern, wie in Figur 6 dargestellt ist. Der nicht invertierende Ausgang Q des monostabilen Kreises 138 ist über einen Inverter I6I mit dem Eingang des NAND-Gatters 158 verbunden. Der Ausgang Q für die nicht invertierten Freitastimpulse des monostabilen Baugliedes 157 des Heirtastgenerators 148 wiederum ist an den anderen Eingang des NAND-Gliedes 159 angeschlossen. Der Anschluß 112 erhält ein Steuersignal, welches entscheidet, welches von den beiden . NAND-Gliedern 158 oder 159 Helltastimpulse an die B-Klemme des Schalters 24 (siehe Figuren 4 und 6) liefert. Dies geschieht über einen Freitast-Emitter-Folge-Kreis

162. Wenn das Signal am Anschluß 112 den logischen Zustand "0" einnimmt.(d.h. wenn der Anschluß 112 an Masse gelegt ist, was der A-Position des Schalters 46 entspricht), dann ist das NAND-Glied 159 aktiv und liefert Freitastimpulse von dem Freitastgenerator 48 an den B-Anschluß des Schalters 24. Wenn dagegen der Anschluß 112 eine logische "1" erhält (d.h. offen ist, was der Α-Position des Schalters 46 entspricht), dann ist das NAND-Glied 158 aktiv und liefert Freitastimpulse, und zwar so, wie sie vom Pulsgenerator 52 gebildet werden.

In diesem letzteren Fall werden auch die auf dem Dar-

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- ?A - VPA 81 P 8256 DE

Stellungsgerät 16 dargestellten Ereignisse zur Korrektur herangezogen.

Der Triggerkreis 42 umfaßt einen Transistor 164 und weitere Komponenten, wie in Figur 6 gezeigt ist. Wenn der diagnostische Prozeß beginnt, wird ein an den Anschluß 165 des Kreises 42 geliefertes- Signal dafür sorgen, daß der Analogschalter 87 des Haltekreises 34 abgeschaltet wird. Einzelheiten der Schaltungsanordnung zur Bildung von Rückstellsignalen RESET zwecks Rückstellung der Analogschalter 74 und 88 (siehe Figur 5),zur Bildung von Weiterleitsignalen RYON zur Einstellung der Schalter 24 und 25 (siehe Figuren 4, 5 und 6) und zur Bildung von Signalen zur Aktivierung des NAND-Gliedes 139 und der lichtemittierenden Dioden 153 und 154 (siehe Figur 6) sind in Form wer Ein-/Aus-Schaltung I68 in Figur 6 gezeigt.'

Liegen beim Betrieb die Schalter 46, 49 und 50 in den Α-Positionen und die Schalter 24 und 25 in den B-Positionen, dann wird die Schaltungsanordnung 28 zur Bewegungskorrektur (siehe Figur 4) Lagekoordinaten-Sigialß korrigierm, die zwecks Darstellung von der Kamera 10 für von dem Körperorgan 22 einfallende Strahlungsquanten E1 gebildet werden, Und zwar in Übereinstimmung mit . Positionsänderungen eines Schwerpunkts, der aus den Lagekoordinaten für von einer Strahlungsquelle 26 eintreffenden' Strahlungsquanten E2 berechnet sind.

Das Summierglied 3f> bildet

a) korrigierte Lagekoordinaten-Signale X„, Yp für vom Körperorgan 22 herrührende Ereignisse, und zwar aus Lagekoordinaten-Signalen X, Y, die an den Eingangspuffer 30 geliefert werden;

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3Κ

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b) Schwerpunkts-Lage-Signale X', Y^!, welche den Mittelwert der Lagekoordinaten-Signale X^f, Y' für Ereignisse aus der Punktquelle 26 darstellen, und

c) Schwerpunkts-Lage-Signale Xq, Yq, die die anfängliche Lage des Schwerpunkts von Ereignissen, die von der Punktquelle 26 ausgehen, darstellen.

Der Freitast-Generator 48 bildet Freitastsignale für vom Körperorgan 22 herrührende Ereignisse dergestalt, daß das Darstellungsgerät 16 oder die Kathodenstrahlröhre in synchroner Weise hellgetastet ist und die korrigierten Lagekoordinaten-Signale für vom Körperorgan 22 herstammende Ereignisse darstellt,

Da die Korrektur auf anderen Strahlungsereignissen als jenen, die zur Bestimmung der Verteilung der strahlungsemittierenden Substanz im Körperorgan verwendet werden, beruht, kann das Korrektur-Verfahren relativ frei von der nicht unterbindbaren Bewegung des Körperorgans senkrecht zur Darstellungsebene gemacht werden. Dies beruht auf der geeigneten Wahl einer zweiten Strahlungssubstanz für die Schwerpunkts-Berechnungen. Die Wahl von Isotopen der Energien I und II ist weitgehend in das persönliche Belieben gestellt. Wenn man das Isotop mit der- höheren Energie im Körperorgan und dasjenige mit der niederen Energie in der Punktquelle verwendet, anstelle der umgekehrten Vorgehensweise, dann wird verhindert, daß Sekundäremissionen (bei niederen Energien) von dem Isotop mit der höhren Energie von der Kamera empfangen und als gültige Daten für die Isotopenverteilung im Körperorgan ausgewertet werden.

10 Patentansprüche
6 Figuren

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Claims (10)

1. 3243234

   ^ VPA 81 P 8256 DE Patentansprüche

   ι 1./Verfahren zur Bewegungskorrektur bei einem Bilddarstellungsgerät, das mit Hilfe von Strahlung arbeitet, mit einem Umsetzer (10) zur Erzeugung elektrischer Impulse als Funktion von auf diesem Umsetzer (10) auftreffenden Strahlungsquanten (E1-, E2), und mit einer Schaltung (12) zur Verarbeitung der Impulse und zur Bildung erster und zweiter Lagekoordinaten-Signale (X, Y; X', Y¹), die den Herkunftsorten der Strahlungsquanten (E1, E2) entsprechen, wobei diese Strahlungsquanten (E1, E2) in einem ersten und einem zweiten vorgegebenen Energiebereich (I, II) gelegene Energien besitzen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   a) Weiterverarbeitung der zweiten Lagekoordinaten-Signale (X', Y¹) und Bildung von Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signalen, die der mittleren Lage einer Vielzahl der zweiten Lagekoordinaten-Signale (X', Y') entsprechen, und

   b) Weiterverarbeitung der ersten Lagekoordinaten-Signale (X, Y) nach Maßgabe der Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signale zur Bildung korrigierter erster Lagekoordinaten-Signale (X^, Yq)? welche den Herkunftsorten der Strahlungsquanten (E1) mit im ersten Energiebereich (I) gelegenen Energien entsprechen, wobei eine Bewegungskorrektur nach Maßgabe der Verschiebungen (X-XO) der Schwerpunkts-Position der Herkunftsorte der Strahlungsquanten (E2) mit im zweiten Energiebereich (II) gelegenen Energien erfolgt.

   -ι-

   - J<- VPA 81 P 8256 DE
2. 2. Schaltungsanordnung zur Bewegungskorrektur bei einem Bilddarstellungsgerät, das mit Hilfe von Strahlung arbeitet, mit einem Umsetzer (10) zur Erzeugung elektrischer Impulse als Funktion von auf diesen Umsetzer (10) auf treffenden Strahlungsquanten (E1 ·, E2), und mit einer Schaltung (12) zur Verarbeitung der Impulse und zur Bildung erster und zweiter Lagekoordinaten-Signale (X, Y; X^?, Y¹), die den Herkunftsorten der Strahlungsquanten (E1, E2) entsprechen, wobei diese Strahlungsquanten (E1, E2) in einem ersten und einem zweiten vorgegebenen Energiebereich (I, II) gelegene Energien besitzen, gekennzeichnet durch

   Sl) eine Schaltung zur Weiterverarbeitung der zweiten Lagekoordinaten-Signale (X¹, Y¹) und zur Bildung von Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signalen, die der mittleren Lage einer Vielzahl der zweiten Lagekoordinatensignale (X¹, Y¹) entsprechen, und

   b) eine Schaltung.(36) zur Weiterverarbeitung der ersten Lagekoordinaten-Signale (X, Y) nach Maßgaben der Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signale zur Bildung korrigierter erster Lagekoordinaten-Signale (X_c,

   Y_n), welche den Herkunftsorten der Strahlungsquanten (E1) mit im ersten Energiebereich (i) gelegenen Energien entsprechen, wobei eine Bewegungs-■ korrektur nach Maßgabe der Verschiebungen (X-XO) der Schwerpunkts-Position der Herkunftsorte der Strahlungsquanten (E2) mit im zweiten'Energiebereich (II) gelegenen Energien erfolgt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung zur Weiterverarbeitung der ersten Lagekoordinaten-Signale

   VPA 81 P 8256 DE (X, Y) ein Summierglied (36) umfaßt, das die ersten Lagekoordinaten-Signale (X, Y) zu den Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signalen hinzuaddiert (Fig. 4, 5B)."
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch T mit einem Bildgerät (16), gekennzeichnet d u r c. h · :

   a) Analysatoren (WA1, WA2) zur Verarbeitung der Impulse und zur Bildung von ersten und zweiten Steuersignalen für Impulse, die von Strahlungsquanten verursacht werden, deren Energien im ersten bzw. zweiten Energiebereich liegen,

   b) ein Integrierglied (32) in der Schaltung zur Bildung der Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signale, und

   c) einen ersten, von den zweiten Steuersignalen gesteuerten Schalter (38), der schaltungsmäßig zwisehen dem Bildgerät (16) und dem Integrierglied (32) angeordnet ist und der die zweiten Lagekoordinaten-Signale zum Integrierglied (32) leitet,, wobei das Ausgangssignal des Integriergliedes .(32) ein Signal ist, das die Verschiebungen der Schwerpunkts-Position beschreibt.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung zur Bildung der Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signale weiterhin einen Haltekreis (34), einen Triggerkreis (42) zur Bildung eines Haltesignals und einen zwischen den Ausgang des Integriergliedes (32) und den Eingang des Haltegliedes (34) geschalteten Schalter (44) besitzt, wobei der Schalter (44) von diesem Haltesignal gesteuert ist im Sinne einer Abtrennung des Ausgangs des Integrier-

   BAD ORtGINAL

   VPA 81 P 8256 DE gliedes (32) vom Haltekreis (34) dergestalt, daß das Ausgangssignal (X^, Y^) des Haltekreises (34) ein die Ausgangs-Schwerpunkts-Position beschreibendes Lagekoordinaten-Signal ist.
   5
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung zur Weiterverarbeitung der ersten Lagekoordinaten ein Summierglied (36) umfaßt, das die ersten Lagekoordinaten-Signale (X, Y) und das Ausgangssignal des Integriergliedes (32) zum Ausgangssignal des Haltegliedes (34) hinzuaddiert (Fig. 4, 5B).
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 6, g e kennzeichnet durch eine von den ersten Steuersignalen gesteuerte Schaltung (48) zur Erzeugung von Hellsteuersignalen.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (48) zur Erzeugung der Hellsteuersignale einen monostabilen Multivibrator (156, 157) enthält.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, g e kennzeichnet durch

   a) zwei Schalter (49, 50) zur wahlweisen Weiterleitung des ersten und zweiten Steuersignals,

   b) eine Schaltung (48) zur Weiterverarbeitung der Steuersignale, die vom ersten Schalter (49) weitergeleitet werden, und zur Bildung von Helltastsignalen, die dem Auftreten von ersten oder zweiten Strahlungs-■ quanten (E1, E2) gemäß dem gewählten Steuersignal entsprechen;

   BAD QRiGjNAjL _u λ ,

   VPA 81 P 8256 DE

   c) eine Aufschaltung der vom zweiten Schalter (30) gewählten Steuersignale auf die. Schaltung zur Verarbeitung der unkorrigierten Lagekoordinaten-Signale, wodurch Schwerpunkts-Lagekoordinaten-Signale, welche der mittleren Position einer Vielzahl von ersten oder zweiten Quanten, je nach angewähltem Steuersignal, entsprechen, gebildet werden, und

   d) ein Bildgerät (16) zur Darstellung der relativen

   Herkunftsorte der Strahlungsquanten an Darstellungsorten, die von den korrigierten Lagekoordinaten-Signalen (Xp, Yp) bestimmt sind.
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (10) eine Anger-Kamera ist.

    BAD ORIGINAL