DE3317292A1

DE3317292A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbessern der aufloesung einer gammakamera

Info

Publication number: DE3317292A1
Application number: DE19833317292
Authority: DE
Inventors: Dan Haifa Inbar
Original assignee: Elscint Inc
Current assignee: Elscint Inc
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1983-05-11
Publication date: 1983-12-22
Anticipated expiration: 2003-05-12
Also published as: IL68656A; JPS5920880A; DE3317292C2; IL68656A0; NL192352B; NL8301699A; FR2530824A1; JPH0823589B2; FR2530824B1; US4429226A; NL192352C

Description

I α * ψ « »β

Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern der Auflösung einer Gammakamera

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Gammakameras, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des 2Q Auflösungsvermögens derartiger Kameras.

Zum Stand der Technik wird auf die US-PSen 3 011 057 (Druckschrift (1)), 4 060 730 (Druckschrift (2)) und 4 095 108 (Druckschrift (3)) verwiesen. Bekanntlich be-5 sitzt eine übliche Gammakamera einen Szintillationskristall, der ansprechend auf Strahlungsreize Lichtblitze an solchen Stellen des Kristalls erzeugt/ an denen die Reize mit der Gitterstruktur des Kristalls in Wechselwirkung treten. Ein dem Kristall zugeordnetes Feld von Fotoelektronen-Vervielfachern (FEV) spricht auf die Lichtblitze an und erzeugt individuelle Ausgangssignale, die durch eine Rechenschaltung verarbeitet werden. Die Rechenschaltung berechnet die Koordinaten jedes Lichtblitzes.

·

Bei der Aufbereitung einer Anzeige der Strahlungsintensitätsverteilung des auf den Kristall zwecks Erzeugung von Lichtblitzen abgebildeten Strahlungsfeldes ist es üblich, eine Darstellung der Dichteverteilung von Lichtblitzen in dem Kristall zu akkumulieren, indem eine Matrix aus Speicherregistern verwendet wird, deren Elemente Elementarbereichen (Punkten) des Kristalls in einer Eins-zuEins-Entsprechung zugeordnet sind- Jedesmal, wenn in dem Kristall ein Lichtblitz auftritt, werden dessen Koordi-. ■naten berechnet, und der Inhalt des diesen Koordinaten entsprechenden Elements in der Matrix wird erhöht. Somit erhält man als Inhalt eines gegebenen Matrixelements eine

Zahl, die die Anzahl von Ereignissen darstellt, die innerhalb einer gegebenen Zeitspanne in einem der Stelle c des gegebenen Matrixelements entsprechenden Elementarbereich des Kristalls auftreten. Diese Zahl ist direkt proportional der von demjenigen Elementarbereich des Strahlungsfeldes ausgesandten Strahlungsintensität, der dem gegebenen Matrixelement zugeordnet ist. Wenn man also ._Q diese Zahl zur Festlegung der Helligkeit der jeweils den Matrixelementen entsprechenden Bildelemente einer Anzeigevorrichtung heranzieht, läßt sich die Intensitätsverteilung eines Strahlungsfeldes durch die Helligkeitsverteilung auf der Anzeigevorrichtung darstellen.

In einer herkömmlichen Gammakamera, wie sie z.B. in (1) beschrieben ist, werden die Koordinaten eines Lichtblitzes dadurch berechnet, daß die Ausgangssignale der Fotoelektronen-Vervielfacher verarbeitet werden. Insbesondere

„β wird der sog. "Schwerpunkt" der von den Fotoelektronen-Vervielfachern erzeugten Signale berechnet, indem jedem Fotoelektronen-Vervielfacher nach Maßgabe seiner relativen Lage bezüglich einer Koordinatenachse in dem Kristall ein Gewicht zugewiesen wird, das Gewicht eines Fotoelek-

nc tronen-Vervielfachers mit dessen Ausgangssignal multipliziert wird, sämtliche gewichteten Ausgangssignale der Fotoelektronen-Vervielfacher summiert und die Summe durch die Anzahl der Fotoelektronen-Vervielfacher dividiert wird. Aus dem Fachmann bekannten Gründen kann eine be-

QQ rechnete Lichtblitzstelle von der tatsächlichen Stelle des Lichtblitzes in dem Kristall abweichen. Folglich stellt ein aus einer Matrix mit derart hergeleiteten Inhalten erzeugtes Bild nicht immer eine exakte Wiedergabe des tatsächlichen Strahlungsfeldes dar. Die Genauigkeit

gc läßt sich verbessern, wenn Nichtlinearitäten des Systems kompensiert werden.

In (2) ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Berechnung durch ein schrittweises Verfahren erfolgt, nach dem zuerst die ungefähre Stelle eines Lichtblitzes bestimmt und dann eine bestimmte Funktion der Ausgangssignale der in der Nähe der ungefähren Stelle liegenden Fotoelektronen-Vervielfacher dazu benutzt wird, um die Koordinaten des Lichtblitzes zu berechnen. Nach einem anderen Verfahren, das in (3) beschrieben ist, wird für eine gegebene Gammakamera eine Eichkarte oder Eichmatrix ermittelt, und die berechneten Koordinaten werden nach Maßgabe der Eichkarte modifiziert. Diese Behelfslösungen haben jedoch in keinem Fall in voll zufriedenstellender ,_ Weise eine Korrektur der Gammakameras anhaftenden Probleme bei der exakten optischen Darstellung eines Bildes eines Strahlungsfeldes erbringen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein 2Q Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der die Auflösung einer Gammakamera des oben genannten Types verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen „_ gekennzeichnet.

Jedes Element einer die Dichteverteilung von Lichtblitzen in einem Szintillationskristall einer Gammakamera repräsentierenden Matrix itfird derart gewichtet, daß die Auf-

OQ lösung der Kamera verbessert wird. Das Gewicht eines Elements entspricht der Wahrscheinlichkeit, mit der ein Lichtblitz, der laut Berechnung in einem dem Element entsprechenden Elementarbereich aufgetreten ist, tatsächlich dort aufgetreten ist= In einer Ausführungsform der Erfin-

Og dung wird eine solche Wahrscheinlichkeit mittels einer Eichprozedur berechnet, bei der ein Gamma-Eichstrahlenbündel auf bekannte Stellen des Kristalls gelenkt und

*14 "

unter Verwendung der Gammakamera die Stelle der Lichtbitze berechnet wird. Es wird die mittlere berechnete g Stelle von Lichtblitzen berechnet, die durch Auftreffen des Eichstrahlenbündels auf einen festen Punkt in dem Kristall erzeugt werden. Der Abstand zwischen der mittleren berechneten Stelle und der bekannten Stelle des Lichtblitzes steht in reziproker Beziehung zu der Wahrschein-

,Q lichkeit, daß ein laut Berechnung an einem Eichpunkt aufgetretener Lichtblitz tatsächlich an diesem Eichpunkt . aufgetreten ist. Die Eichprozedur liefert also eine Konfidenz-Meßgröße oder Vertrauens-Meßgröße, die ein Maß dafür ist, daß ein laut Berechnung in dem gegebenen EIe-

,c mentarbereich aufgetretener Lichtblitz tatsächlich auch dort aufgetreten ist.

Die Eichprozedur kann auch dadurch erfolgen, daß den berechneten Koordinatenwerten eines Lichtblitzes eine

2Q mittlere Verteilung von Ausgangssignalen der Fotoelektronen-Vervielfacher der Kamera zugeordnet wird, die repräsentativ ist für die durch das Auftreten einer Anzahl von Lichtblitzen an den berechneten Koordinatenstellen hervorgerufene Verteilung. Die Wahrscheinlichkeit, daß

rye an den berechneten Koordinatenstellen ein Lichtblitz aufgetreten ist, steht in Beziehung zu der Kreuzkorrelation zwischen der mittleren Verteilung und der tatsächlichen Verteilung der Ausgangssignale-. Somit kann jedem Lichtblitz einzeln ein Gewicht zugewiesen werden, welches auf

3Q die Wahrscheinlichkeit bezogen ist, daß ein laut Berechnung an einer gegebenen Stelle aufgetretener Lichtblitz tatsächlich an dieser Stelle aufgetreten ist, und das Ergebnis kann für die Anzeige in einem Speicher gespeichert werden. Bei dieser Eichprozedur läßt sich die mitt-

3g lere Verteilung auf analytischem Wege nach Maßgabe der räumlichen Verteilung der Fotoelektronen-Vervielfacher oder vorzugsweise durch eine tatsächlich vorgenommene

Eichprozedur ermitteln, bei der an mehreren bekannten Stellen in dem Kristall eine Anzahl von Lichtblitzen erzeugt wird, wobei die mittlere Verteilung der Ausgangssignale für jede bekannte Stelle aufgezeichnet wird. Die bekannten Stellen können auf ein Motiv eines Wiederholungsmusters des Feldes der Fotoelektronen-Vervielfacher begrenzt oder über die gesamte Fläche des Kristalls er-2Q streckt werden. Um bei der Untersuchung eines unbekannten Strahlungsfeldes %ie mittlere Verteilung an solchen Stellen zu bestimmen, die nicht mit Eichpunkten zusammenfallen, kann interpoliert werden.

j 5 Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. T eine perspektivische Ansicht eines Gammakamerakopfs mit diesem zugeordneter, schematisch dargestellter Rechenschaltung, wobei veranschau

licht ist, in welcher Weise eine Eichprozedur durchgeführt wird,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Szintillationskristalls des Gammakamerakopfs, wobei drei Elementarbereiche

des Kristalls und die mittlere berechnete Stelle von tatsächlich in den drei Elementarbereichen aufgetretenen Lichtblitzen veranschaulicht ist,

" Fig. 3 eine graphische Darstellung des funktionellen Zusammenhangs zwischen dem Korrekturfaktor für Elementarbereiche des Kristalls und dem Abstand der mittleren Stelle eines Lichtblitzes von der tatsächlichen Stelle,

Fig., 4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Gammakamera,

Fig. 5 und 6 jeweils ein Flußdiagramm zum Veranschaulichen unterschiedlicher Methoden zum Kalibrieren der Gammakamera,

Fig. 7 einen vereinfachten Grundriß eines Feldes von Fotoelektronen-Vervielfachern, die auf einem Szintillationskristall einer Gammakamera angelt q ordnet sind,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der typischen mittleren Verteilung der Ausgangssignale der in Fig. 7 dargestellten Fotoelektronen-Vervielfa- ^g . eher für einen Lichtblitz an einer bestimmten Stelle des Kristalls,

Fig. 9 einen Grundriß eines Szintillationskristalls, wobei das Motiv des Feldmusters dargestellt ist, auf dem die Eichpunkte eines Motivs überlagert

werden, und

Fig. 10 ein schematisches Blockdiagramm einer Methode zum Berechnen der Wahrscheinlichkeit, daß ein gemäß Berechnung an einer gegebenen Stelle auf

getretener Lichtblitz tatsächlich an dieser Stelle aufgetreten ist.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Gammakamera 1, wie sie z.B. in der Druckschrift (1) beschrieben ist. Die Kamera 1 enthält einen Szintillationskristall 12, der auf von einem Strahlungsfeld ausgesendete Strahlungsreize oder Strahlungsanregungen anspricht und in dem Kristall an solchen Stellen Lichtblitze erzeugt, an denen die Reize mit der Gitterstruktur des Kristalls in Wechselwirkung treten. Dem Kristall ist ein Feld von Fotodetektoren, z.B. Fotoelektronen-Vervielfachern (FEV) 14 zugeordnet,

nett · * « «ο ψ α ο β · β ο

das auf Lichtblitze anspricht und individuelle Ausgangssignale erzeugt, die von einer Rechenschaltung 16 verarbeitet werden, um die Koordinaten jedes Lichtblitzes zu berechnen. Eine punktförmige Gammastrahlenquelle 18 erzeugt unter Zusammenwirkung mit einem geeigneten (nicht dargestellten) Kollimator ein Gammastrahlenbündel 20, so daß das Strahlenbündel an einer Stelle 22 (x1, y1) auf den Kristall 12 auftrifft und an der bekannten Stelle Lichtblitze erzeugt. Die Rechenschaltung erzeugt in bekannter Weise ein Paar von Koordinatensignalen x1' , y1', welches die Koordinaten des Lichtblitzes an der Stelle x1 , y1 darstellt. Um die Koordinatensignale zu normieren, werden sie durch die Gesamtenergie eines Lichtblitzes dividiert, diese Maßnahme ist jedoch in der Blockdiagrammdarstellung fortgelassen, um die Zeichnung nicht zu überlasten.

Die punktförmige Gammastrahlenguelle wird an einer festen Stelle bezüglich des Kristalls während einer Zeitspanne gehalten, die ausreicht, um eine relativ große Zahl von Lichtblitzen, beispielsweise 1000 Lichtblitzen zu erzeugen und die Koordinaten der Lichtblitze zu Vergleichszwecken zu berechnen. Diese Situation ist in Fig. 2 .veranschaulicht. Die tatsächlichen Koordinaten des Lichtblitzes 22 sind mit x1, y1 bezeichnet, während die strichpunktierte Linie 24 die Grenze kennzeichnet, innerhalb derer all diejenigen Koordinatenpunkte liegen, die von der Schaltung 16 für tatsächlich bei x1, y1 auftretende Lichtblitze berechnet werden. Nachdem eine relativ große Anzahl von Koordinatenpunkten berechnet ist, werden nach herkömmlichen Methoden die mittleren Koordinaten, genauer gesagt, die Koordinaten der Schwerpunkte sämtlicher Koordinaten, nämlich x1', y1', berechnet. Der Abstand D1 zwischen der bekannten Stelle x1, y1 der Lichtblitze und der berechneten mittleren Stelle x1', y1' der Licht-

ννα «w· ·* It · · w* » ■

blitze soll im folgenden als Eichabstand bezeichnet werden, der demjenigen Elementarbereich des Kristalls zugeordnet wird, der den Koordinatenwerten x1 , y1 entspricht.

Unter Verwendung einer Kurve, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, läßt sich der Eichabstand in einen Konfidenz- oder Vertrauensfaktor umsetzen, der zu dem Eichabstand

2Q eine reziproke Beziehung aufweist. Ist beispielsweise der Eichabstand Null, d.h., stimmen die berechneten Koordinatenwerte der Lichtblitze mit den tatsächlichen Koordinatenwerten überein, so beträgt der Konfidenzfaktor Eins oder 100%. Eine derartige Situation könnte dann vorliegen, wenn der Lichtblitz in der geometrischen Mitte eines Fotoelektronen-Vervielfachers erzeugt wird.

Im Gegensatz dazu ist einem relativ großen Eichabstand ein niedriger Konfidenzfaktor in der Nähe des Wertes Null zugeordnet. Eine solche Situation könnte vorliegen, wenn ein Lichtblitz in der Nähe des Umfangs des Kristalls in einer Zone zwischen verschiedenen Fotoelektronen-Vervielfachern auftritt. In jedem Fall wird der auf diese Weise ermittelte Konfidenzfaktor den mittleren Koordinaten x1', y1' zugeordnet und in einer Korrekturmatrix unter einer Adresse gespeichert, die zu den mittleren Koordinatenwerten gehört.

Der beschriebene Vorgang wird dann wiederholt, nachdem die punktförmige Gammastrahlenquelle soweit versetzt wurde, daß das Strahlenbündel auf einen Punkt x2, y1 des Kristalls auftrifft, so daß durch den wiederholten Vorgang der der Stelle x2', y1' zugeordnete Eichabstand ermittelt wird. Entsprechend der obigen Beschreibung wird ein weiterer Konfidenzfaktor auf der Grundlage des Eichabstands D2 berechnet und in einer Korrekturmatrix an einer solchen Stelle gespeichert, die den Koordinaten x2',

y1' entspricht. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gesamte Fläche des Kristalls 12 abgedeckt ist. In Fig. 5 ist ein Flußdiagramm dieser Prozedur dargestellt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß 1000 Lichtblitze benötigt werden, um jeweils einen Eichabstand zu berechnen. Der genannte Wert dient nur als Beispiel, und es können auch andere Werte gewählt werden.

Fig. 6 veranschaulicht anhand eines Flußdiagramms die Prozedur zum Berechnen der Konfidenzfaktoren der verschiedenen Elemente in der Korrekturmatrix durch Speichern der Ausgangssignale der Fotoelektronen-Vervielfaeher anstatt durch Verwenden der Rechenschaltung, deren Arbeitsweise in Fig. 5 skizziert ist. Gemäß Fig. 6 würde die punktförmige Gammastrahlenquelle ein Strahlenbündel erzeugen, das an einer bekannten Stelle des Kristalls auftrifft und an jedem der Fotoelektronen-Vervielfachcr des dem Szintillationskristall zugeordneten Feldes ein Ausgangssignal hervorruft. Dem Kristall können z.B. 19 Fotoelektronen-Vervielfacher zugeordnet sein. Das Ausgangssignal jedes dieser Fotoelektronen-Vervielfacher würde bei jedem Auftreten eines Lichtblitzes gespeichert werden. Dies ist in Fig. 6 für den Fall dargestellt, daß die Speicherung so lange stattfindet, bis 1000 Lichtblitze aufgetreten sind. Nach dem letzten Lichtblitz einer Folge wird das durchschnittliche Ausgangssignal jedes Fotoelektronen-Vervielfachers durch Summieren der Ausgangssignale jedes Vervielfachers und anschließendes Dividieren durch die Anzahl der Lichtblitze ermittelt. Aus dem mittleren Ausgangssignal jedes Vervielfachers werden die mittleren Koordinatenwerte x¹, y" unter Verwendung der Rechenschaltung der Gammakamera errechnet.

Mit dieser Information läßt sich der Eichabstand berechnen, und aus der Kurve gemäß Fig. 3 kann man den Konfidenzfaktor bestimmen und in der Korrekturmatrix speichern.

Unabhängig davon, welche Prozedur man zum Ermitteln der Konfidenzfaktoren wählt, liefert der Abschluß der Eichprozedur einen Eintrag in jedem der Elemente der in Fig. 4 gezeigten Korrekturmatrix 30. Wie in der Zeichnung angedeutet ist, liegt der Inhalt jedes Matrixelements in der Form C(x,y) vor, was bedeutet, daß der Konfidenzfaktor an der Stelle x, y in der Matrix C beträgt.

Im Betrieb der Kamera würde der Gammakamerakopf 32 in herkömmlicher Weise arbeiten und Daten eines Strahlungsfeldes erfassen. Die Rechenschaltung 34 kann so ausgebildet sein und arbeiten, wie es in (1) oder (2) beschrie-5 ben ist, um die Koordinatenwerte für jeden Lichtblitz zu erhalten. Diese Koordinatenwerte werden der Speichermatrix 36 mit dem Zweck zugeführt, den Inhalt desjenigen Matrixelements zu erhöhen, das einer berechneten Koordinate zugeordnet ist. In der Zeichnung liegt der Inhalt jedes Matrixelements in der Form N(x,y) vor, was bedeutet, daß die in der Stelle x, y der Speichermatrix gespeicherte Anzahl von Lichtblitzen N beträgt. Mit anderen Worten: N repräsentiert die tatsächliche Anzahl von Lichtblitzen, die in dem Kristall an der berechneten Stelle Xf y aufgetreten sind.

In der Anzeigematrix 38 wird die gewichtete Anzahl von Lichtblitzen gespeichert, die an dieser Stelle aufgetreten sind. Ein Element dieser Matrix ist mit N'(x,y) bezeichnet. Dieses Symbol bedeutet, daß an der Stelle x, y eine gewichtete Anzahl von N¹ Lichtblitzen aufgetreten sind. Die gewichtete Anzahl von Lichtblitzen an einer gegebenen Stelle erhält man aus der tatsächlichen Anzahl von Lichtblitzen an dieser Stelle dadurch, daß die tatsächliche Zahl mit dem Konfidenzfaktor an der gegebenen Stelle multipliziert wird. Dies ist in der Zeichnung angedeutet durch die Beziehung N¹(x,y) =

Verwendet man die Anzeigematrix 38 für Anzeigezwecke anstelle der Speichermatrix 36, so erkennt man, daß die Lichtblitze nach Maßgabe der während des Eichvorgangs ermittelten Konfidenzfaktoren neu verteilt werden. D.h.: die Anzahl der Lichtblitze, die an solchen Stellen auftreten, die einen relativ niedrigen Konfidenzfaktor besitzen, reduziert sich im Vergleich zu solchen Stellen,

JO ^ai* denen der Konfidenzfaktor größer ist. Auf diese Weise läßt sich das Auflösungsvermögen der Kamera beträchtlich verbessern. Außerdem läßt sich eine solche Verbesserung auch bei herkömmlichen Gammakameratypen erreichen, indem solche Kameras mit den Korrektur- und Anzeigematrizen nachgerüstet werden. Es ist lediglich erforderlich, die oben beschriebene Eichprozedur durchzuführen und die Körrekturmatrix zu erzeugen, die als Multiplikationsfaktor für die früher verwendete Speichermatrix benutzt wird.

Wie oben bereits erläutert wurde, besteht der Zweck der Erfindung darin, die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, mit der die Koordinaten eines Lichtblitzes gemäß Berechnung durch die Koordinaten-Rechenschaltung einer Gammakamera nach Berücksichtigung sämtlicher herkömmlicher Justiervorgänge für Versetzungen u. dgl. die gleichen sind wie die tatsächlichen Koordinaten des Lichtblitzes. Hierzu wird den berechneten Koordinatenwerten eine mittlere Verteilung von Ausgangssignalen der Fotodetektoren der Gammakamera zugeordnet, die repräsentativ ist für die durch Auftreten einer großen Anzahl von Lichtblitzen bei solchen Koordinaten verursachte Verteilung. Die Kreuzkorrelation der mittleren Verteilung mit der tatsächlichen Verteilung (d.h. der Verteilung, bei der die Koordinaten berechneten wurden) ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, daß der die tatsächliche Verteilung verursachende Lichtblitz bei den berechneten Koordinaten aufgetreten ist.

Fig. 7 zeigt einen vereinfachten Gammakamerakopf 50 mit sieben Fotodetektoren, die als Fotoelektronen-Vervielfächer 51 ausgebildet sind und in Form eines Feldes über einem Szintillationskristall 52 angeordnet sind. Es versteht sich, daß die Zahl Sieben in erster Linie deshalb gewählt wurde, um die Darstellung zu vereinfachen. Die einzelnen Fotodetektoren sind durch die Bezugszeichen A-G

-^q gekennzeichnet. Jeder Fotodetektor gibt ansprechend auf einen Lichtblitz an einem Punkt x„, y„ ein typisches Ausgangssignal ab, wie es jeweils in Fig. 8 durch die Kurven 53 dargestellt ist. Nachdem die Ausgangssignale in.herkömmlicher Weise integriert und normiert wurden, lassen

^g sie sich als eine Reihe von Impulsen 54 darstellen, deren Amplituden den jeweiligen integrierten Werten der Ausgangssignale der Fotoelektronen-Vervielfacher entsprechen. Die Rechenschaltung verarbeitet die integrierten Signale, um die Koordinaten eines Lichtblitzes zu berechnen. Bei weiteren Lichtblitzen an derselben Stelle wäre die Verteilung der Ausgangssignale der Fotodetektoren aus statistischen Gründen anders. Würde man die Verteilungen aus einer großen Anzahl von Lichtblitzen zusammenstellen, so erhielte man eine sog. mittlere oder durchschnittliche Verteilung von Ausgangssignalen durch Ausführen einer Mittelwertberechnung. Das Resultat wäre eine mittlere Verteilung von Ausgangssignalen, die einem tatsächlichen Lichtblitz am Punkt X₀, y~ zugeordnet wäre. Die mittlere Verteilung am Punkt x_, y„ kann man durch Verwendung einer punktförmigen radioaktiven Quelle erhalten, die derart angeordnet ist, daß sie den Kristall exakt am Punkt X_n, y„ bestrahlt, und man das Ausgangs·- signal jedes Fotoelektronen-Vervielfachers in einer solchen Zeitspanne mittelt, in der eine große Anzahl von Lichtblitzen, beispielsweise 1000 Lichtblitzen auf den Punkt auftrifft. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Fall werden in diesem Fall die Koordinaten der Lichtblitze nicht berechnet; lediglich die Ausgangssignale selbst

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werden individuell akkumuliert und gemittelt.

Um mehrere Eichpunkte zu definieren, können weitere mittlere Verteilungen an weiteren diskreten Punkten auf dar gesamten Fläche des Kristalls ermittelt werden. Alternativ lassen sich die Verteilungen an mehreren Punkten innerhalb eines zentral gelegenen sechseckförmigen Mo-

IQ tivs 55 des Fotodetektormusters ermitteln, und das Resultat kann über das gesamte Muster extrapoliert werden. Ist das Gesamtmuster groß (d.h., wird das Motiv sehr häufig wiederholt, was z.B. dann der Fall ist, wenn neunzehn oder dreißig Fotodetektoren über dem Kristall verteilt sind), so können in einem zwei Schritte umfassenden Prozeß die Eichpunkte in solchen Motiven ermittelt werden, die sich von den Motiven unterscheiden, in denen tatsächliche Messungen erfolgen. Ein solcher Prozeß trägt der Lage eines Eichpunkts in einem Motiv sowie dem "Motivfaktor" des Motivs Rechnung. Dieser "'Motivfaktor" , der sich empirisch oder auf analytischem Wege ermitteln läßt, hängt ab von der Lage des Motivs in dem größeren Muster. Als weitere Alternative lassen sich die Verteilungen auf analytischem Wege aus der räumlichen ' Verteilung der Fotodetektoren und deren bekanntem Ansprechverhalten bestimmen.

Fig. 9 veranschaulicht die Weise, in der das oben beschriebene Verfahren nach der Erfindung durchgeführt wird. Hierbei ist angenommen, daß ein Lichtblitz durch ein unbekanntes (nicht gezeigtes) Strahlungsfeld erzeugt wurde und die Gammakamera die Koordinaten des Lichtblitzes berechnet hat, der in der dargestellten Stelle 56 erzeugt wurde. Eine Messung der Warscheinlichkeit, daß der Lichtblitz tatsächlich an der Stelle 56 entstanden ist, läßt sich dadurch erreichen, daß der Stelle 56 eine mittlere Verteilung von Ausgangssignalen

beispielsweise dadurch zugeordnet wird, daß zwischen einer Anzahl von Eichpunkten 57, 58, ... interpoliert wird und dann eine Kreuzkorrelation zwischen der mittleren Verteilung und der tatsächlichen Verteilung vorgenommen wird.

Der aus dem oben beschriebenen Prozeß resultierende

-^q Kreuzkorrelationsfaktor kann normiert werden, so daß er bei einer Korrelation von 100% den Einheitswert besitzt, während er dann, wenn keine Korrelation gegeben ist, den Wert Null annimmt. Ein derartiger Faktor kann direkt als Maß verwendet werden für die Wahrscheinlichkeit, daß ein

!5 gemäß Berechnung an einem gegebenen Satz von Koordinaten aufgetretener Lichtblitz tatsächlich auch dort aufgetreten ist. Der Faktor kann auch zur Hervorhebung des Effekts quadriert werden, oder es kann aus ihm zur Abschwächung des Effekts die Quadratwurzel gezogen werden.

Andere Funktionen des Faktors sind ebenfalls möglich.

Der auf diese Weise ermittelte Faktor kann in einem Speicher aufgezeichnet werden, indem der Faktor als Inkrement auf den Inhalt einer Zelle addiert wird, dessen Adresse in einer Speichermatrix durch die berechneten Koordinaten desjenigen Lichtblitzes bestimmt wird, der Ursache für den berechneten Faktor war. In einem solchen Fall wird der Inhalt jeder Speicherzelle derart gewichtet, daß der Inhalt der Speichermatrix die tatsächliche Dichteverteilung der Lichtblitze im Vergleich zur ungewichteten Matrix besser annähert.

Anstatt den für eine gegebene Adresse eines Lichtblitzes berechneten Kreuzkorrelationsfaktor als Inkrement-, d.h. Erhöhungswert zu verwenden, der auf den Inhalt einer Speichermatrixzelle mit derselben Adresse zu addieren ist, kann eine Darstellung des Faktors in einem anderen Speicher gespeichert werden, nämlich dem Schirm einer

Kathodenstrahlröhre, indem die Intensität des Strahls der Kathodenstrahlröhre nach Maßgabe des Faktors moduliert wird. In diesem Fall läßt sich eine Darstellung der Intensitätsverteilung eines Strahlungsfeldes auf einem dem Schirm der Kathodenstrahlröhre zugeordneten fotoempfindlichen Blatt aufzeichnen. Somit bezieht die Erfindung sowohl das analoge als auch das digitale Aufzeichnen ,Q von Darstellungen des Auftretens von Lichtblitzen in dem Kristall ein.

Eine Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung ist in Fig. 10 dargestellt. Die Vorrichtung 60 enthält einen

, p. herkömmlichen Kamerakopf 61 und eine herkömmliche Rechenschaltung 62. Der Kamerakopf 61 enthält einen (nicht gezeigten) Szintillationskristall, der auf von einem (nicht gezeigten) Strahlungsfeld kommenden Strahlungsreiz anspricht, um Lichtblitze an solchen Stellen zu er-

2Q zeugen, an denen die Reize mit dem Kristall in Wechselwirkung treten. Ein Feld von Fotodetektoren spricht auf einen Lichtblitz an, um individuelle Ausgangssignale zu erzeugen. Die Schaltung 62 spricht auf die Verteilung der Ausgangssignale der Fotodetektoren an, um die Koordinatenwerte des diese Ausgangssignale verursachenden Lichtblitzes zu errechnen. Eine Betrachtung der Arbeitsweise der so weit beschriebenen Vorrichtung ergibt, daß viele Verteilungen existieren, die dazu führen, daß die berechneten Koordinatenwerte identisch sind. Die.vorliegende Er-

QQ findung schlägt Mittel vor, mit denen die Wahrscheinlichkeit errechnet werden kann, mit der die berechneten Koordinatenwerte eines Lichtblitzes dessen tatsächliche Koordinaten sind.

Die Vorrichtung 60 enthält einen Tabellenspeicher 63, in dem die mittleren Verteilungen der Ausgangssignale für in der oben beschriebenen Weise erhaltene Eichpunkte

gespeichert sind. Die von der Schaltung 62 ermittelten x, y-Koordinaten des Lichtblitzes stellen das Eingangssignal des Tabellenspeichers dar, und den berechneten Koordinatenwerten läßt sich entweder direkt - wenn genügend Eichpunkte ausgewählt wurden - oder durch Interpolation eine mittlere Verteilung von Ausgangssignalen zuordnen. Das entsprechende Ausgangssignal des Tabellen-

]_q Speichers wird einem Eingang eines Kreuzkorrelators 64 zugeführt, dessen anderer Eingang die in einem Speicher 65 gespeicherte tatsächliche Verteilung der Ausgangssignale empfängt. Bei dem Kreuzkorrelator 64 handelt es sich um eine dem Fachmann geläufige herkömmliche Vorrichtung,

j5 deren Aufbau und Wirkungsweise nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. In an sich bekannter Weise vollzieht der Kreuzkorrelator eine faltungsähnliche Multiplikation der den beiden Verteilungen entsprechenden Eingangssignale und erzeugt als Ausgangssignal eine Darstellung des Korrelationsgrades zwischen der tatsächlichen Verteilung und der durch eine Eichung erhaltenen mittleren Verteilung. Das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators 64 wird auf einen Speicher 66 gegeben, der von dem Ausgangssignal der Schaltung 62 adressiert wird, damit in derjenigen Speicherzelle eine Darstellung des Auftretens eines Lichtblitzes in einem Elementarbereich des Kristalls gespeichert wird, die der berechneten Stelle des Lichtblitzes entspricht.

Wie oben erwähnt wurde, kann man das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators 64 aufzeichnen, um ein Maß für die Wahrscheinlichkeit zu erhalten, daß ein Lichtblitz tatsächlich bei seinen berechneten Koordinaten aufgetreten ist. Alternativ kann eine Funktion des Ausgangssignals des Kreuzkorrelators, beispielsweise das Quadrat oder die Quadratwurzel aufgezeichnet werden, was davon abhängt, ob der Effekt der Korrelation betont oder gedämpft werden soll.

27

Somit haftet der Darstellung des Auftretens eines Lichtblitzes die Wahrscheinlichkeit an, daß der Lichtblitz 5 tatsächlich an der berechneten Stelle aufgetreten ist. Die Anzeigevorrichtung 67 kann in herkömmlicher Weise zur Anzeige des Inhalts des Speichers 66 dienen/ so daß eine Übersicht des unbekannten Strahlungsfeldes anschaulich dargestellt wird.

Leerseite

Claims

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ΚΠ« H¹KVS ΙΎηΛΤΛΤΠ HtNEVS

Elscint Inc.
930 Commonwealth Avenue Boston, Massachusett 02215 United States of America

Patentansprüche

20 276/7we

η J Gammakamera, mit einem Szintillationskristall, der auf Strahlungsanregungen anspricht und an denjenigen Stellen Lichtblitze hervorruft, an denen die Anregungen mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, einem Feld von Fotoelektronen-Vervielfachern (14) , die auf einen Lichtblitz ansprechen und individuelle Ausgangssignale erzeugen, einer Schaltung (16), die ansprechend auf die Ausgangssignale denjenigen Elementarbereich des Kristalls (12) identifiziert, in dem ein Lichtblitz auftritt, einer Matrix (36) , deren Elemente den Elementarbereichen des Kristalls in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zugeordnet sind, wobei der Inhalt jedes Matrixelements bei Identifizierung durch die Schaltung erhöht wird und die Anzahl von Lichtblitzen repräsentiert, die innerhalb einer gegebenen Zeitspanne.in einem der Lage des Matrixelements entsprechenden Elementarbereich des Kristalls·stattgefunden haben, so daß die Inhalte der Matrix die Dichteverteilung der Lichtblitze in dem Kristall widerspiegeln, dadurch gekennzeichnet , daß die Inhalte der Matrixelemente derart gewichtet werden, daß die gewichteten Inhalte der Matrix verglichen mit den ungewichteten Inhalten der Matrix die tatsächliche Dichteverteilung der Lichtblitze besser annähern.
2. Gammakamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt jedes Elements nach Maßgabe der Wahrscheinlichkeit gewichtet wird, daß ein Lichtblitz, der als ein in einem dem Element entsprechenden Elementarbereich stattgefundener Lichtblitz identifiziert wird, tatsächlich dort stattgefunden hat.

jQ
3. Gammakamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Eichprozedur Gebrauch gemacht wird, daß bei dieser Eichprozedur ein aus Gammastrahlen bestehendes Eichstrahlenbündel auf jeden Elementarbereich des Kristalls gelenkt wird, daß für jeden Elementarbe-

,r reich der Eichabstand zwischen der tatsächlichen Stelle eines Lichtblitzes und derjenigen Stelle eines Lichtblitzes gemessen wird, die durch die Schaltung berechnet wurde, und daß für jeden Elementarbereich des Kristalls ein Konfidenzfaktor berechnet wird, der funktionell mit dem Reziprokwert des Eichabstands in Beziehung steht.
4. Gammakamera, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein Kamerakopf (32) enthält einen Szintillationskristall (12), der auf von einem Strahlungsfeld kommende Strahlungsanregungen anspricht und an denjenigen Stellen Lichtblitze erzeugt, an denen die Anregungen mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, sowie ein Feld von Fotodetektoren, die auf einen Lichtblitz ansprechen, um individuelle Ausgangssignale zu erzeugen,

b) eine Schaltung (34) verarbeitet die individuellen Ausgangssignale, um denjenigen Elementarbereich des Kristalls zu identifizieren, in dem ein Lichtblitz aufgetreten ist,

• ο · · ° ^e..°„„

c) es ist eine Speichermatrix (36) vorgesehen, deren Elemente in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung den EIementarbereichen des Kristalls (12) zugeordnet sind, wobei der Inhalt jedes Elements des Kristalls die Anzahl derjenigen Lichtblitze darstellt, die als innerhalb einer gegebenen Zeitspanne in einem solchen Elementarbereich des Kristalls aufgetretene Lichtblitze identifiziert wurden, der der Stelle des Elements in der Matrix entspricht, und

d) es ist eine Einrichtung (30) vorgesehen, die den Inhalt der Elemente in der Speichermatrix (36) wichtet, 5 um die Auflösung der Kamera zu verbessern.
5. Gammakamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Wichten des Inhalts der Elemente der Speichermatrix (36) vorgesehene Einrichtung eine Korrekturmatrix (30) aufweist, deren Elemente den Elementen der Speichermatrix in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zugeordnet sind, und daß der Inhalt der Elemente der Korrekturmatrix die Gewichte darstellt.
6„ Gammakamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht eines Elements in der Korrekturmatrix (30) mit der Wahrscheinlichkeit übereinstimmt, daß· ein Lichtblitz auch tatsächlich in demjenigen dem Element der Korrekturmatrix entsprechenden Elementarbereich aufgetreten ist, der als Elementarbereich für das Auftreten des Lichtblitzes identifiziert wurde.
7. Gammakamera nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Multiplizieren des Inhalts entsprechender Elemente in der Speichermatrix und in der Korrekturmatrix.
8. Verfahren zum Verbessern der Auflösung einer Gammakamera mit einem Szintillationskristall/ der auf κ von einem Strahlungsfeld kommende Strahlungsanregungen

anspricht und an solchen Stellen Lichtblitze erzeugt, an denen die Anregungen mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, einem Feld von Fotodetektoren, die auf einen Lichtblitz ansprechen, um individuelle Ausgangssignale zu .Q erzeugen, und einer Schaltung zum Verarbeiten der individuellen Ausgangssignale, um die Stell-e eines Lichtblitzes zu ermitteln, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) ein Eich-Gammastrahlenbündel wird sequentiell auf jeden Elementarbereich des Kristalls gelenkt,

b) mit der Schaltung wird die Stelle jedes Lichtblitzes berechnet,

.

c) es wird die mittlere Stelle von durch das Auftreffen

des Eichstrahlenbündels auf einen gegebenen Elementarbereich hervorgerufenen Lichtblitzen abgeleitet,

«κ d) es" wird der Abstand zwischen der tatsächlichen Stelle der Lichtblitze und der mittleren Stelle für jeden Elementarbereich berechnet, um einen dem Elementarbereich zugehörigen Eichabstand festzulegen, und

gQ e) nach Maßgabe des dem Elementarbereich zugehörigen Eichabstands wird einem Lichtblitz innerhalb eines gegebenen Elementarbereichs ein Konfidenzfaktor zugeordnet .

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Konfidenzfaktor funktionsmäßig zu dem Reziprokwert des Eichabstands in Beziehung steht.
10. Nuklear-Bildwiedergabevorrichtung mit einem Szintillationskristall, der auf Strahlungsanregungen anspricht und Lichtblitze an solchen Stellen erzeugt, an denen die Anregungen mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, einem Feld von Fotodetektoren, die auf einen Lichtblitz ansprechen und einen Satz individueller Ausgangssignale erzeugen, einer Schaltung, die auf jeweils einen Satz der Ausgangssignale anspricht, um die Koordi-'naten der Lichtblitze zu berechnen, und einer Matrix, deren Elemente in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung Elementarbereichen des Kristalls zugeordnet sind, um eine Darstellung des Auftretens von Lichtblitzen an ihren berechneten Koordinatenstellen aufzuzeichnen, so daß der Inhalt der Matrix die Dichteverteilung von Lichtblitzen in dem Kristall repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Elemente in dem Matrixspeicher derart gewichtet wird, daß die gewichteten Inhalte des Speichers die tatsächliche Dichteverteilung der Lichtblitze besser annähern als die ungewichteten Inhalte des Speichers.

11. Nuklear-Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch iO, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt jedes Elements gewiehtet wird nach Maßgabe einer Messung der Wahrscheinlichkeit, daß die als in einem dem Element entsprechenden gegebenen Elementarbereich als aufgetreten identifizierten Lichtblitze tatsächlich dort aufgetreten sind.

12 . Nuklear-Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eichprozedur durchgeführt wird, und daß hierzu ein Eich-Gammastrahlenbündel auf Elementarbereiche des Kristalls gelenkt wird und für jeden Elementarbereich der Eichabstand zwischen der tatsächlichen Stelle eines Lichtblitzes und derjenigen Stelle des Lichtblitzes berechnet wird, die von der

Rechenschaltung ermittelt wurde, und daß für jeden Elementarbereich des Kristalls ein Konfidenzfaktor ausgeg wählt wird, der funktionsmäßig zu dem Reziprokwert des Eichabstands in Beziehung steht.

13. Verfahren zum Verwenden einer Gammakamera mit einem Szintillationskristall, der auf von einem Strah-

ig lungsfeld kommende Strahlungsanregungen anspricht, um Lichtblitze an solchen Stellen zu erzeugen, an denen die Anregungen mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, einem Feld von Fotodetektoren, die auf einen Lichtblitz ansprechen und eine Verteilung individueller Ausgangs-

■ig signale erzeugen, und einer Rechenschaltung, die auf durch das Auftreten eines Lichtblitzes hervorgerufene Verteilung von Ausgangssignalen anspricht, um die Koordinaten des Lichtblitzes zu berechnen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) aus der von den Fotodetektoren beim Auftreten eines

Lichtblitzes in dem Kristall erzeugten tatsächlichen Verteilung der Ausgangssignale werden die Koordinaten des Lichtblitzes berechnet,

b) den berechneten Koordinaten wird eine mittlere Verteilung von Ausgangssignalen der Fotodetektoren zugeordnet, die repräsentativ ist für die durch das Auftreten einer Anzahl von an den berechneten Koor-

QQ dinaten verursachten Verteilung, und

c) die mittlere Verteilung und die tatsächliche Verteilung werden einer Kreuzkorrelationsbildung unterworfen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verteilung auf analytischem Wege

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nach Maßgabe der räumlichen Verteilung der Fotodetektoren auf dem Kristall ermittelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verteilung durch einen Eichprozeß ermittelt wird, bei dem an mehreren Stellen eine Anzahl von Lichtblitzen erzeugt wird und die mittlere Verteilung

jQ von Ausgangssignalen für jede bekannte Stelle aufgezeichnet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verteilung an der durch die berech-

^5 neten Koordinaten definierten Stelle durch Interpolation erhalten wird, indem die mittleren Verteilungen an solchen bekannten Stellen zugrundegelegt werden, die der durch die berechneten Koordinaten definierten Stelle benachbart sind.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die bekannten Stellen innerhalb eines Motivs eines Wiederholungsmusters des Feldes der Fotodetektoren liegen, und daß die mittlere Verteilung der Stellen eines anderen Motivs des Musters aufgrund der Ähnlichkeit erhalten werden.

18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Speicher an einer durch die berechneten Koordinaten festgelegten Stelle eine Darstellung der Wahrscheinlichkeit aufgezeichnet wird, daß an den berechneten Koordinaten ein Lichtblitz aufgetreten ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherinhalt zur Anzeige gebracht wird.

20. Gammakamera, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein Szintillationskristall (12) spricht auf von einem Strahlungsfeld kommende Strahlungsanregungen an, um Lichtblitze an solchen Stellen zu erzeugen, an denen die Anregungen mit dem Kristall in Wechselwirkung treten, und ein Feld von Fotodetektoren (14) spricht auf einen Lichtblitz an, um eine Verteilung individueller Ausgangssignale zu erzeugen,

b) eine Rechenschaltung (16, 34) spricht auf die durch

das Auftreten eines Lichtblitzes erzeugte Verteilung von Ausgangssignalen an, um die Koordinaten des Lichtblitzes zu berechnen, und

c) es ist eine Einrichtung (30; 64) vorgesehen, die die

Wahrscheinlichkeit ermittelt, mit der die berechneten Koordinaten eines Lichtblitzes dessen tatsächliche Koordinaten sind.

21. Gammakamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (66) vorgesehen ist, der eine Darstellung des Auftretens eines Lichtblitzes an dessen berechneten Koordinaten speichert, wobei die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt wird, mit der ein solcher Lichtblitz tatsächlich an den berechneten Koordinaten auftritt.

22. Gammakamera nach Anspruch 21, gekennzeichnet

durch eine Einrichtung (67) zum Anzeigen des Inhalts des Speichers.

23. Gammakamera nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (63) zum Speichern einer Darstellung des Strahlungsfeldes, ausgedrückt durch die Wahrscheinlichkeit, mit der die berechneten Koordinaten der in dem Kristall durch das Strahlungsfeld erzeugten

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Lichtblitze die tatsächlichen Koordinaten der betreffenden Lichtblitze sind.

24» Gammakamera nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (67) zum Anzeigen der gespeicherten Darstellung des Strahlungsfeldes.

25ο Gammakamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ermitteln der Wahr- scheinlichkeit eine Korreliereinrichtung (64) aufweist, die eine durch einen Lichtblitz hervorgerufene Verteilung der Ausgangssignale der Fotodetektoren und eine den be-5 rechneten Koordinaten des Lichtblitzes zugeordnete Bezugsverteilung von Ausgangssignalen einer Kreuzkorrelierung unterwirft.

26. Gammakamera nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ermitteln der Wahrscheinlichkeit einen Speicher (66) aufweist, der an einer durch die berechneten Korrdinaten eines· Lichtblitzes festgelegten Stelle ein Inkrement speichert, dessen Wert funktionsmäßig zu dem Ausgangssignal der Korreliereinrichtung in Beziehung steht.

27ο Gammakamera nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher eine Matrix ist, und daß das Aufzeichnen dadurch erfolgt, daß der Inhalt des Speichers bei einer durch die berechneten Koordinaten des Lichtblitzes festgelegten Adresse mit einer Funktion des Ausgangssignals der Korreliereinrichtung erhöht wird.

28. Gammakamera nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherinhalt an den der durch die berechneten Koordinaten spezifizierten Adresse benachbarten Adressen mit einer Funktion des Ausgangssignals der

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Korreliereinrichtung erhöht wird, die an den benachbarten Adressen ermittelt wurde.