DE69728894T2

DE69728894T2 - Vorrichtung und verfahren zur signalverarbeitung der photodetektoranordnung einer gammakamera

Info

Publication number: DE69728894T2
Application number: DE69728894T
Authority: DE
Inventors: Alain Chapuis; Claude Janin; Corinne Mestais; Michel Tararine
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2017-11-08
Also published as: US6326624B1; WO1998021607A1; JP2001503527A; EP0937265A1; DE69728894D1; EP0937265B1; FR2755815B1; FR2755815A1

Description

Technischer Bereich
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der vermuteten Position eines Ereignisses, das ein Signal in Photodetektoren induziert, wobei diese Position z. B. bezogen auf alle Photodetektoren markiert wird.
Die Erfindung wird insbesondere für die Bestimmung der Position eines Ereignisses auf der Grundlage von Signalen verwendet, die von den Photomultipliern einer Gammakamera geliefert werden, wobei die Position bezogen auf die Photomultiplier selber markiert wird. Unter Gammakamera ist eine Kamera zu verstehen, die empfindlich auf Gammastrahlung (γ) reagiert. Derartige Kameras werden vor allem in bildgebenden Verfahren in der Medizin eingesetzt.
Derzeitiger Stand der Technik
Derzeit sind die meisten der in der Nuklearmedizin eingesetzten Gammakameras Kameras nach dem Anger-Typ. Diesbezüglich wird auf Dokument US-3 011 057 verwiesen.
Mit Gammakameras kann man insbesondere in einem Organ die Verteilung von Molekülen sichtbar machen, die durch ein radioaktives Isotop markiert werden, das dem Patienten vorab injiziert wurde.
Der Aufbau und die Funktionsweise einer bekannten Gammakamera werden nachfolgend erläutert und zusammengefaßt, und zwar unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1, 2A und 2B.
1 zeigt einen Meßkopf 10 einer Gammakamera, der gegenüber von einem Organ 12 angeordnet ist, das durch ein radioaktives Isotop markierte Moleküle enthält.
Der Meßkopf 10 umfaßt einen Kollimator 20, ein Szintillationskristall 22, eine Lichtführung 24 und eine Vielzahl von Photomultiplierröhren 26, die so aneinander lagern, daß sie eine Seite der Lichtführung 24 bedecken. Der Szintillator ist z. B. ein Nal(Tl)-Kristall.
Der Kollimator 20 dient dazu, unter der Gesamtheit der vom Organ 12 ausgesandten Gammastrahlung 30 den Anteil zu selektieren, der in etwa normal auf den Meßkopf einfällt. Durch dieses Selektionsvermögen des Kollimators kann man die Auflösung und die Schärfe des erzeugten Bildes erhöhen. Die erhöhte Auflösung geht jedoch auf Kosten der Empfindlichkeit. Als Beispiel sei angeführt, daß von ca. 10.000 γ-Photonen, die vom Organ 12 abgestrahlt werden, ein einziges tatsächlich erfaßt wird.
Die γ-Photonen, die den Kollimator durchquert haben, erreichen den Szintillationskristall 22, wo fast alle γ-Photonen in eine Vielzahl von Lichtphotonen umgewandelt werden. Im folgenden wird jede Interaktion eines Gammaphotons mit dem Kristall, die zu einer Szintillation führt, als Ereignis bezeichnet.
Die Photomultiplier 26 sind so konstruiert, daß sie einen elektrischen Impuls aussenden, der proportional zur Anzahl der Lichtphotonen ist, die pro Ereignis auf den Szintillator auftreffen.
Um nun ein Szintillationsereignis genauer lokalisieren zu können, sind die Photomultiplier 26 nicht direkt an den Szintillationskristall 22 angesetzt, sondern werden durch die Lichtführung 24 von ihm getrennt.
Die Photomultiplier senden ein Signal aus, dessen Amplitude proportional zur Gesamtlichtmenge ist, die im Szintillator durch eine Gammastrahlung erzeugt wird, d. h. sie ist proportional zur Energie. Das Einzelsignal eines jeden Photomultipliers hängt jedoch in jedem Fall auch vom Abstand ab, der ihn vom Interaktionspunkt 30 der Gammastrahlung mit dem Material des Szintillators trennt. Jeder Photomultiplier liefert nämlich einen Stromimpuls, der proportional zum Lichtfluß ist, der auf ihn auftrifft. In dem in 1 dargestellten Beispiel zeigen die kleinen Unterabbildungen A, B und C, wie die Photomultiplier 26a, 26b und 26e, die sich in unterschiedlichen Abständen vom Interaktionspunkt 30 befinden, Signale mit unterschiedlichen Amplituden liefern.
Die Position des Interaktionspunktes 30 eines Gammaphotons errechnet sich in der Gammakamera auf der Grundlage der Signale aller Photomultiplier, wobei der Beitrag eines jeden Photomultipliers baryzentrisch gewichtet wird.
Das Prinzip der in den Anger-Kameras eingesetzten baryzentrischen Gewichtung ist aus den beigefügten 2A und 2B noch besser zu erkennen.
2A zeigt die elektrische Verkabelung eines Meßkopfes 10 einer Gammakamera, wodurch diese mit einer bildgebenden Einheit verbunden ist. Der Meßkopf umfaßt eine Vielzahl von Photomultipliern 26.
Wie aus 2B ersichtlich, sind jedem Photomultiplier 26 des Meßkopfes 4 Widerstände mit der Bezeichnung RX^–, RX⁺, RY^– und RY⁺ zugeordnet. Diese Widerstände haben für jeden Photomultiplier einen eigenen Wert und hängen von seiner Position im Meßkopf 10 ab.
Die Widerstände RX^–, RX⁺, RY^– und RY⁺ eines jeden Photomultipliers werden an einen Ausgang 50 dieses Photomultipliers angeschlossen, der in 2B symbolisch als Stromerzeuger dargestellt ist. Sie sind aber auch an gemeinsame Sammelleitungen angeschlossen, die in 2A als LX^–, LX⁺, LY^– und LY⁺ bezeichnet werden.
Die Leitungen LX^–, LX⁺, LY^– und LY⁺ sind ihrerseits an die analogen Integratoren 52X^–, 52X⁺, 52Y^– und 52Y⁺ und über diese an Analog-Digitalwandler 54X^–, 54X⁺, 54Y^– und 54Y⁺ angeschlossen. Der Ausgang der Wandler 54X^–, 54X⁺, 54Y^– und 54Y⁺ geht zu einem numerischen Operator 56. Die Leitungen LX^–, LX⁺, LY^– und LY⁺ sind im übrigen an einen gemeinsamen Zweig, den sog. Energiezweig, angeschlossen. Dieser Zweig umfaßt ebenfalls einen Integrator 57 und einen Analog-Digitalwandler 58, und der Ausgang geht ebenfalls zum Operator 56.
Mit Hilfe der Vorrichtung aus 2 kann man die Position der Interaktion nach folgenden Gleichungen berechnen (US-4 672 542):
wobei X und Y die Koordinaten auf den beiden rechtwinkligen Achsen für die Interaktionsposition am Kristall und X⁺, X^–, Y⁺ und Y^– jeweils die gewichteten Signale sind, die von den Integratoren 52X⁺, 52X^–, 52Y⁺ und 52Y^– geliefert werden.
Die Werte X und Y sowie die Gesamtenergie E der Gammastrahlung, die zu einer Interaktion mit dem Kristall geführt hat, werden durch den numerischen Operator 56 ermittelt. Diese Werte werden anschließend, wie z. B. in FR-2 669 439 beschrieben, zum Aufbau eines Bildes verwendet.
Die Berechnung der Interaktionsposition ist wegen der statistischen Schwankungen der Poisson-Verteilung der Anzahl von Lichtphotonen und der Anzahl der für jedes Ereignis produzierten Photoelektronen, d. h. für jedes erfaßte Gammaphoton, mit einer Unsicherheit behaftet. Die Standardabweichung der Schwankung ist um so schwächer, je höher die Anzahl von Photonen oder Photoelektronen ist. Deswegen ist es ratsam, das Licht so sorgfältig wie möglich zu sammeln. Charakteristisch für die spezifische räumliche Auflösung der Kamera ist die Breite auf halber Höhe der Verteilung der berechneten Positionen für ein und dieselbe parallel gemachte punktförmige Quelle, die auf den Szintillationskristall aufgesetzt wird.
Für Gammastrahlen mit einer Energie von 140 keV liegt die Auflösung i. a. in der Größenordnung von 3–4 mm.
Die Energie eines erfaßten Gammaphotons wird berechnet, indem die Summe der Beiträge aller Photomultiplier gebildet wird, auf die Licht auftraf. Auch hier gibt es eine statistische Schwankung. Charakteristisch für die Energieauflösung der Kamera ist das Verhältnis zwischen der Breite auf halber Höhe der Verteilung der errechneten Energien und dem Mittelwert der Verteilung für ein und dieselbe Quelle.
Die Energieauflösung liegt i. a. für Gammastrahlung mit einer Energie von 140 keV in der Größenordnung von 9 bis 11%.
Eine Gammakamera des Anger-Typs hat schließlich den Vorteil, daß das Baryzentrum der Signale der Photomultiplier mit sehr einfachen Mitteln in Echtzeit berechnet werden kann.
Das zuvor beschriebene System umfaßt relativ geringe Anzahl von Teilen. Außerdem sind die Widerstände, über die das Signal der Photomultiplier in die Sammelleitungen eingeleitet wird, sehr kostengünstig.
Eine solche Kamera hat dennoch einen gravierenden Nachteil, und zwar die geringe Zählrate. Unter der Zählrate versteht man die Anzahl der Ereignisse, d. h. der Interaktionen zwischen einem γ-Photon und dem Szintillator, die die Kamera pro Zeiteinheit verarbeiten kann.
Eine der Einschränkungen bei der Zählrate rührt insbesondere daher, daß die Kamera nicht zwei Ereignisse verarbeiten kann, die genau gleichzeitig an unterschiedlichen Punkten des Szintillationskristalls eintreten.
Gleichzeitige Ereignisse, die jedoch von der Geometrie her verschieden angeordnet sind, erzeugen elektrische Signale, die in den Sammelleitungen LX^–, LX⁺, LY^– und LY⁺ auflaufen und nicht mehr unterschieden werden klönen. Diese Ereignisse gehen dann auch für die Erzeugung eines Bildes „verloren".
Die Begrenzung der Zählrate ist bei der herkömmlichen Technik der medizinischen Bildgebung keine allzu große Einschränkung. Wie bereits angeführt, stoppt der Kollimator nämlich eine sehr große Anzahl von Gammastrahlen, und wenige Ereignisse werden tatsächlich erfaßt.
Gammakameras werden allerdings auch für zwei weitere Techniken der medizinischen Bildgebung verwendet, wo die eingeschränkte Zählrate sehr wohl ein gravierendes Manko ist.
Es handelt sich hierbei um die „Abschwächungskorrektur durch Transmission" und die „Koinzidenz-Positronen-Emissions-Tomographie (Koinzidenz-PET)".
Bei der Technik der Abschwächungskorrektur durch Transmission wird beim Aufbau eines medizinischen Bildes die Eigendämpfung durch das Gewebe des Patienten, das das untersuchte Organ umgibt, berücksichtigt. Um diese Abschwächung zu ermitteln, wird der Durchgang von Gammastrahlen durch den Körper des Patienten mit einer Gammakamera gemessen. Dazu wird der Patient zwischen einer externen, sehr aktiven Quelle und dem Meßkopf der Gammakamera plaziert. Damit kommt es während der Messung der transmittierten Strahlung zu sehr vielen Ereignissen im Szintillationskristall. Mit der hohen Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit steigt auch die Wahrscheinlichkeit, daß mehrere Ereignisse genau zeitgleich auftreten. Für diesen Fall ist die klassische Anger-Kamera dann ungeeignet.
Bei der PET-Technologie injiziert man dem Patienten ein Element wie F¹⁸, das Positronen aussenden kann. Bei der Vernichtung eines Positrons und eines Elektrons werden zwei γ-Photonen freigesetzt und in entgegensetzte Richtungen ausgestrahlt; sie haben eine Energie von 511 keV. Dieses physikalische Phänomen wird für die bildgebende PET-Technik genutzt. Hierbei verwendet man eine Gammakamera mit mindestens zwei Meßköpfen, die zu beiden Seiten des Patienten angeordnet werden. Diese eingesetzten Meßköpfe haben keine Kollimatoren. Bei der elektronischen Verarbeitung der Informationen, der sog. Koinzidenzverarbeitung, kann man nämlich unter den Ereignissen diejenigen auswählen, die zeitgleich stattfinden, und daraus den Verlauf Trajektorie der Gammaphotonen errechnen.
Die Meßköpfe unterliegen also einem hohen Gammastrahlenfluß. Die klassischen Anger-Gammakameras haben i. a. eine zu geringe Zählrate für eine solche Anwendung.
Als Anhaltspunkt sei angeführt, daß eine Anger-Gammakamera normalerweise im Betrieb 1·10⁵ Ereignisse pro Sekunde erfassen kann, während bei der PET-Bildgebung für den normalen Betrieb mindestens 1·10⁶ Ereignisse pro Sekunde erforderlich sind.
Eine weitere Einschränkung der zuvor beschriebenen Gammakameras des Anger-Typs rührt daher, daß die Berechnung des Baryzentrums eines Ereignisses definitiv durch den Bau des Meßkopfes festgelegt wird, insbesondere bei der Auswahl der Widerstände RX^–, RX⁺, RY^– und RY⁺ für jeden Photomultiplier. Auch die Energieberechnung hängt von der Verkabelung der Photomultiplier mit einem gemeinsamen Zweig (Energiezweig) ab.
Nach dem bisherigen Stand der Technik sind auch die Patentanmeldung EP 0 265 025 , wonach eine Szintillationskamera mit Mitteln zur Ortung der Position eines Ereignisses versehen ist, sowie das Patent US 4 852 056 bekannt, das eine Vorrichtung zur Lokalisierung eines Ereignisses im Verhältnis zu einer Gesamtheit von Photodetektoren beinhaltet.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Signalverarbeitung einer Anordnung aus N Photodetektoren, die eine höhere Zählrate als die bekannten Anger-Kameras zuläßt. Außerdem kann man mit einer solchen Vorrichtung bzw. einem solchen Verfahren sehr schnell einen Bereich für die gesamte Anordnung aus N Photodetektoren ermitteln, der von einem Ereignis betroffen ist. Die Berücksichtigung eines solchen Bereiches erlaubt eine effizientere Signalverarbeitung als bei den bekannten Vorrichtungen.
Mit der Erfindung sollen außerdem eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgestellt werden, die eine flexiblere Verarbeitung der Signale ermöglichen, die von einer Anordnung aus N Photomultipliern oder Photodetektoren empfangen werden; damit können diverse Algorithmen für die Berechnung eingesetzt werden, und man ist nicht mehr allein an denjenigen Algorithmus gebunden, der sich beim Meßkopf einer Gammakamera nach dem bisherigen Stand der Technik aus der Auswahl der Eigenschaften der Photodetektoren, insbesondere jedoch aus der Auswahl der Widerstände RX⁺, RX^–, RY⁺ und RY^–, ergibt.
Um genauer zu sein, hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung einer Anordnung aus N Photodetektoren zur Aufgabe, die umfaßt:

– jedem einzelnen Photodetektor zugeordnete Mittel zur Erzeugung eines Signals, das typisch für den Höchstwert oder die Energie eines vom Photodetektor abgegebenen und digitalisierten Impulses ist,
– Mittel zur Erzeugung eines Schwellwertüberschreitungssignals für jeden einzelnen Photodetektor, wenn die Amplitude des Signals, das typisch für den Höchstwert oder die Energie des digitalisierten Impulses ist, höher als dieser Schwellwert ist,
– gemeinsame Mittel der Photodetektoren, um ein Signal zu liefern, das typisch für die vermutete Position eines Ereignisses ist, und zwar in Abhängigkeit von den Schwellwertüberschreitungssignalen.

Eine solche Vorrichtung verarbeitet somit die vorab digitalisierten Daten und ermöglicht die Erzeugung eines Positionssignals, mit dessen Hilfe der Bereich aus dem Feld der Photodetektoren markiert oder kodiert werden kann, der von der Interaktion oder von dem Ereignis betroffen ist. Wenn ein Ereignis ein signifikantes Signal erzeugt, d. h. ein Signal, dessen Amplitude oder Energie einen Schwellwert in mehreren Photodetektoren überschreitet, so erzeugt jedes dazugehörige digitalisierte Signal ein Schwellwertüberschreitungssignal. Je nach Verteilung der Schwellwertüberschreitungssignale kann ein Positionssignal ausgesendet werden.
Dieses Signal oder diese Positionsinformation kann anschließend z. B. an Mittel zur Berechnung einer oder mehrerer Eigenschaften dieses Ereignisses übertragen werden. Diese Mittel zur Berechnung müssen also nicht das gesamte Photodetektorfeld auslesen, um die Position des Ereignisses zu bestimmen: Diese ist bereits durch die Mittel „kodiert", über die ein Positionssignal geliefert werden kann. Sie müssen auch nicht alle Photodetektoren berücksichtigen, um eine Eigenschaft des Ereignisses – z. B. seine Energie – zu bestimmen. Würden alle Photodetektoren gelesen, so dauerte dies lange und führte zu einer starken Beeinträchtigung bei der Leistung hinsichtlich der Zählrate.
Mit einer solchen Vorrichtung kann man vermeiden, daß man bei der Berechnung der Position des Ereignisses durch ein Netz von Widerständen oder der Verkabelung festgelegt ist, wie dies bei den Anger-Kameras der Fall ist.
Sind mehrere Photodetektoren von einem Ereignis betroffen, d. h. wenn Schwellwertüberschreitungssignale von mehreren Photodetektoren als Antwort auf ein Ereignis ausgesendet werden, kann es von Vorteil sein, daß die einzelnen Mittel zur Erzeugung eines Schwellwertüberschreitungssignals, die davon betroffen sind, die verschiedenen Überschreitungssignale gleichzeitig oder synchronisiert aussenden.
Zu diesem Zweck umfaßt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer besonderen Ausführungsform unter anderem Mittel, die jedem einzelnen Photodetektor zugeordnet sind, um die temporäre Position des Höchstwertes des digitalisierten Impulses zu erfassen, sowie Mittel, um diesen um eine bestimmte Zeitdauer zu verzögern und ihn somit mit dem Höchstwert des entsprechenden Integralwertes zu synchronisieren.
Nach einem weiteren Aspekt kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung unter anderem wie folgt umfassen:

– Mittel zur Erzeugung eines analogen Gesamtsignals, das gleich der Summe der von Ni Photodetektoren gelieferten Analogsignale ist (N₁ ≤ N);
– Mittel zur Erzeugung eines Signals, das typisch für die temporäre Position des Höchstwerts des analogen Gesamtsignals ist;
– Mittel zum Verzögern der Ausgabe eines Signals, das typisch für die Position eines Ereignisses ist, für einen bestimmten Zeitraum ab der temporären Position des Höchstwertes des analogen Gesamtsignals.

Damit wird das Positionssignal in einem gewissen Abstand gegenüber der Ermittlung des Ereignisses (dargestellt durch das analoge Gesamtsignal) abgegeben, so daß die Zeit berücksichtigt werden kann, die der Summierer für die Bestimmung des Integrals benötigt.
Die Signale für die Validierung des Ereignisses können auch innerhalb eines Zeitfensters berücksichtigt werden, das mit dem Überschreiten eines Schwellwerts beginnt. Die Breite wird so festgelegt, daß nur die Signale berücksichtigt werden, die während eines bestimmten Zeitraums nach dem Überschreiten des Schwellwerts erzeugt werden. Wenn man von der Statistik her weiß, daß ein Ereignis während eines solchen Zeitraums Schwellwertüberschreitungssignale induzieren kann, kann man auf diese Art und Weise Störsignale eliminieren, die später, d. h. außerhalb dieses Intervalls, erzeugt werden und nicht im Zusammenhang mit dem betreffenden Ereignis stehen.
Wenn man außerdem das physikalische Prinzip berücksichtigen will, wonach ein Ereignis nur nebeneinanderliegende Photodetektoren oder Photodetektoren in einer zusammenhängenden Fläche oder einem solchen Bereich aktivieren kann, können Mittel zur Ausgabe eines Positionssignals vorgesehen werden, und zwar in der Art, daß nur dann ein Signal ausgesendet wird, wenn alle erzeugten Schwellwertüberschreitungssignale nebeneinanderliegenden oder zusammenhängenden Photodetektoren entsprechen. Man kann auch vorsehen, daß diese Mittel kein Positionssignal liefern, wenn die Schwellwertüberschreitungssignale von nicht nebeneinanderliegenden Photodetektoren ausgesendet werden.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Ermittlung von Ereignissen zum Gegenstand, die umfaßt:

– ein zweidimensionales Netz aus N Photodetektoren, die eine Ebene bilden;
– Digitalisierungsmittel, die jedem einzelnen Photodetektor zugeordnet sind;
– eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie bereits oben beschrieben.

Das Signal, das typisch für die Position eines Ereignisses ist, umfaßt eine erste und eine zweite Komponente, von denen jede einer Koordinate des Ereignisses in der Ebene des Photodetektornetzes entspricht.
Generell können erfindungsgemäß die Mittel zur Ausgabe eines für die Position eines Ereignisses typischen Signals unabhängig von der gewählten Vorrichtung auch folgendes liefern:

– ein erstes Signal, das typisch für eine erste Position ist, wenn nur ein einziges Schwellwertüberschreitungssignal ausgegeben wird, das von einem beliebigen ersten Photodetektor unter den N Photodetektoren stammt;
– ein zweites Signal, das typisch für eine zweite Position ist, wenn zwei Schwellwertüberschreitungssignale von zwei nebeneinanderliegenden Photodetektoren ausgegeben werden.

Damit kann die Position eines Ereignisses nicht nur im Verhältnis zu den zentralen Positionen der Photodetektoren markiert werden, sondern auch im Verhältnis zu einer Zwischenposition zwischen zwei nebeneinanderliegenden Photodetektoren. Somit kann man auch zwischen den Fällen unterscheiden, in denen es mehr oder minder genau zur Interaktion im Zentrum eines Photodetektors kommt, und denjenigen Fällen, bei denen die Interaktion zwischen zwei oder drei Photodetektoren stattfindet. Diese Unterscheidung treffen zu können, ist insofern interessant, als daß man damit ein besonderes Umfeld für jeden Fall berücksichtigen kann, wenn man die Eigenschaften des Ereignisses berechnen will, so z. B. das Baryzentrum des Ortes, wo es stattfindet, oder aber auch seine Energie, ohne daß man hierzu der Berücksichtigung der Rückmeldung aller Photodetektoren bedürfte.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung einer Anordnung aus N Photodetektoren zur Aufgabe, die umfaßt:

– N digitale Kodiereinheiten;
– Mittel zur digitalen Summierung, die jeder einzelnen digitalen Kodiereinheit zugeordnet sind;
– Mittel zum Vergleich eines Ausgangssignals aus den Summierungsmitteln mit einem voreingestellten Wert;
– zwei Speicher mit Lesezugriff die durch die Ausgänge der Vergleichsmittel angesprochen werden.

Mit einer solchen Vorrichtung kann eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung einer Anordnung aus N Photodetektoren realisiert werden, wie sie zuvor bereits beschrieben wurde. So kann man insbesondere mit den digitalen Summierungsmitteln (bzw. den Mitteln zur Ermittlung des Höchstwertes), die jeder einzelnen digitalen Kodiereinheit zugeordnet werden, ein Signal erzeugen, das typisch für den Energiewert (bzw. die Amplitude) eines digitalen Impulses ist; die Mittel zum Vergleich dieses Signals mit einem voreingestellten Wert ermöglichen die Erzeugung eines Schwellwertüberschreitungssignals, wenn der Energiewert (bzw. die Amplitude) des Impulses den voreingestellten Wert überschreitet; der Speicher mit Lesezugriff kann so programmiert werden, daß er ein Signal liefert, das typisch für eine Position eines Ereignisses ist, und zwar in Abhängigkeit von den verschiedenen Schwellwertüberschreitungssignalen.
Eine solche Vorrichtung kann außerdem folgende Elemente umfassen, die einer einzelnen digitalen Kodiereinheit zugeordnet sind:

– Mittel zur Ermittlung der temporären Position des Höchstwertes eines digitalisierten Impulses, wobei diese Mittel durch die entsprechende digitale Kodiereinheit gesteuert werden;
– ein Schieberegister und
– ein durch den Ausgang der Vergleichsmittel und den Ausgang des Schieberegisters gesteuertes UND-Gatter.

In dieser besonderen Ausführungsform werden jedem Detektor Mittel zur Ermittlung der temporären Position des Höchstwertes eines digitalisierten Impulses und zur Verzögerung der Ausgabe des Schwellwertüberscheitungssignals bis zu einem festzulegenden Zeitpunkt zugeordnet.
Die Erfindung kann außerdem umfassen:

– analoge Summierungsmittel, die dazu bestimmt sind, als Eingang die Ausgänge der N Photodetektoren zu empfangen;
– Mittel zur Ermittlung des Höchstwertes eines Analogsignals, die durch die analogen Summierungsmittel gesteuert werden;
– ein Schieberegister, das durch die Mittel zur Ermittlung des Höchstwertes gesteuert wird;
– ein Register, das durch den Speicher mit Lesezugriff und das o. g. Schieberegister gesteuert wird.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Ermittlung von Ereignissen zum Gegenstand, die ein zweidimensionales Netz aus N Photodetektoren und eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung aus einer Anordnung von N Photodetektoren wie oben beschrieben, umfaßt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kamera mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben, wobei die Photodetektoren Photomultiplier sind.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Bildgebung durch Gammastrahlung, die eine solche Kamera umfaßt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verarbeitung der Signale, die aus einer Anordnung von N Photodetektoren als Reaktion auf ein Ereignis erzeugt werden, wobei dieses Verfahren wie folgt umfaßt:

– für jeden Photodetektor die Erzeugung eines für den Höchstwert oder die Energie typischen Signals eines Impulses, der vom Photodetektor ausgegeben und digitalisiert wird;
– Erzeugung eines Schwellwertüberschreitungssignals (V_τ) für jeden einzelnen Photodetektor, wenn die Amplitude des für den Höchstwert oder die Energie typischen Signals des digitalisierten Impulses über diesem Schwellwert liegt;
– Bildung eines für eine Position eines Ereignisses typischen Signals als Funktion der Schwellwertüberschreitungssignale.

Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren wird vorteilhaft in einem bildgebenden Verfahren mit Korrektur der Abschwächung durch Transmission oder in einem bildgebenden Verfahren in der Koinzidenz-PET eingesetzt. Die Prinzipien dieser Verfahren wurden in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die typischen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden auf jeden Fall anhand der folgenden Beschreibung klarer. Diese Beschreibung bezieht sich auf Ausführungsbeispiele, die der Erläuterung dienen und den Erfindungsgegenstand nicht beschränken; die beiliegenden Zeichnungen stellen im einzelnen wie folgt dar:
Die bereits beschriebene 1 ist ein schematischer Schnitt durch den Meßkopf einer bekannten Anger-Kamera;
Die bereits beschriebene 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Sammlung und Kodierung von Signalen aus den Photomultipliern des Meßkopfes aus 1;
3 zeigt einen Schaltkreis, der einem Photodetektor für die Verarbeitung der Daten aus diesem Photodetektor zugeordnet ist;
Die 4A und 4B zeigen ein von einem Photodetektor (4A) geliefertes Analogsignal sowie das digitalisierte Analogsignal und das entsprechende Zeitdiagramm für die Aufnahme der Informationen (4B);
5 zeigt eine Ausführung eines Summierers;
6 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung;
7 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Ermittlung des Höchstwertes des Analogsignals;
8 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch die Summe der Analogsignale aus einer Photodetektoranordnung, die Identifizierung des Höchstwertes aus dieser Summe, die Schwellwertüberschreitungssignale, die Reaktionszeit eines PROM-Speichers und ein vom PROM ausgegebenes Signal für eine vermutete Position zeigt;
Die 9A und 9B zeigen zwei Beispiele eines Feldes von Photodetektoren mit unterschiedlichen Symmetrien;
10 zeigt die Positionen oder ein Netz von Spalten aus einem Photodetektorfeld und mögliche Positionen von Ereignissen bezogen auf dieses Spaltennetz;
Die 11A und 11B zeigen zwei Beispiele von nutzbaren Bereichen in Abhängigkeit vom vermuteten Teil.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsvarianten der Erfindung
3 zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Signalverarbeitung. Es ist nur ein einziger Kanal einer solchen Vorrichtung zu sehen, d. h. der Teil der Vorrichtung, der einem einzigen Photodetektor 60 zugeordnet ist. Der Photodetektor 60 ist zum Beispiel ein mit einem Strom-Spannungswandler 62 verbundener Photomultiplier. Als Reaktion auf ein vom Photomultiplier erfaßtes Ereignis erhält man am Ausgang 64 des Strom-Spannungswandlers 62 ein Signal, z. B. in der Art wie in 4A dargestellt.
Die Graphik in 4A zeigt auf der Ordinatenachse die Amplitude des zum Impuls gehörigen Signals und auf der Abszissenachse die Zeit. Die Amplitude des Signals und die Zeit sind in einem willkürlichen Maßstab wiedergegeben. In 4 ist t₀ der Startpunkt des vom Photodetektor gelieferten Impulses und t₁ der Zeitpunkt, an dem der Impuls erneut praktisch gegen Null geht, nachdem er einen Höchstwert überschritten hat. Als Anhaltspunkt sei gesagt, daß die Dauer des Intervalls t₁–t₀ für einen Photomultiplier einer Gammakamera, die an ein NaI(Tl)-Kristall gekoppelt ist, in der Größenordnung einer Mikrosekunde liegt.
Das auf der Ausgangsklemme 64 liegende Analogsignal wird zu einem Analog-Digitalwandler 66 geleitet. Dieser tastet jeden Signalimpuls mit einer bestimmten Anzahl von Abtastschritten n ab; s. hierzu die Darstellung in 4B. Zwei aufeinanderfolgende Abtastwerte werden durch einen Schritt oder ein Taktgeberintervall p getrennt, wobei der Taktgeber mit 1/p Hz läuft.
Beispielshalber sei angeführt, daß der Wandler jeden Signalimpuls in n = 10 Abtastvorgänge zerlegt. Ein Signal von 1 Mikrosekunde Dauer wird also alle 100 Nanosekunden abgetastet.
Der Analog-Digitalwandler 66 ist vorzugsweise ein Schnellwandler des Typs Flash, der mit einer Frequenz in der Größenordnung von 10 bis 20 Megahertz betrieben werden kann.
Das vom Analog-Digitalwandler 66 ausgegebene digitale Signal wird an einen digitalen Summierer 68 übertragen. Dieser Summierer bildet eine Gleitsumme aus den Abtastwerten, die ihm vom Analog-Digitalwandler 66 übermittelt werden. Die Gleitsumme wird aus einer vorgegebenen Anzahl von Abtastwerten gebildet. Diese voreingestellte Zahl ist zum Beispiel gleich 10.
Gleichzeitig wird das Ergebnis der mit den Mitteln 68 durchgeführten Summierung in einem Register 71 gespeichert. Die Speicherfunktion kann aus mehreren Registern bestehen, denn so können mehrere, zeitlich eng nebeneinanderliegende Ereignisse gespeichert werden.
Der Wert der Gleitsumme wird an die Vergleichsmittel 70 übertragen. Der Wert der Gleitsumme wird dort mit einem festen Schwellwert verglichen, der an einem Eingang 72 des Komparators 70 eingestellt wird. Dieser Komparator sendet über den Ausgang 74 ein binäres Signal aus, das typisch für das Ergebnis des Vergleichs ist (z. B. 0, wenn der Wert der Gleitsumme kleiner als der voreingestellte Wert und 1, wenn der Wert der Gleitsumme höher als der Referenzwert ist).
Nach einer besonderen Ausführungsvariante kann der Summierer 68, wie in 5 gezeigt, ein Schieberegister 82 aufweisen, dessen Länge bestimmt, wie viele Abtastwerte aufsummiert werden, und ein Addierwerk samt Speicher 86. Der Summiereingang dieses Addierwerks samt Speicher wird an den Ausgang des Kodierers und sein Substrahiereingang an den Ausgang des Schieberegisters 82 angeschlossen, so daß bei jedem Kodierschritt der Inhalt des in 86 angesiedelten Speichers (der die Gleitsumme darstellt) um die Abweichung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Schieberegisters 86 korrigiert wird: Der Ausgang des Speichers geht zum Komparator 70, der anschließend ein binäres Schwellwertüberschreitungssignal liefert. Um die Dauer der Überschreitung zu begrenzen, ist es vorzugsweise nur während eines Zeitfensters gültig, das nach dem Höchstwert der Gleitsumme zentriert ist. So ist es möglich, zeitnahe Ereignisse zu trennen, die jedoch in verschiedenen Bereichen im Detektorfeld liegen.
Dieses Fenster kann man in Bezug zum Durchgangszeitpunkt T₁ des von einem Höchstwert kodierten Signals positionieren. Diese Ermittlung wird in der Einheit 88 vorgenommen, indem der laufende Wert des Kodiererausgangs mit dem vorangegangenen Wert verglichen wird. Liegt der laufende Wert unter dem vorangegangenen, so gibt der Komparator 88 einen mit MAX bezeichneten Impuls aus (8). Dieser Impuls wird an ein Schieberegister gesendet, wo die Verzögerung ni eingestellt wird, um ein Zeitfenster DS₁ einzurichten, das um den Höchstwert der Gleitsumme IS₁ zentriert ist. Um die Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Position des Höchstwertes des kodierten Signals, die in etwa einem Abtastschritt entspricht, zu berücksichtigen, wird das Zeitfenster vorzugsweise während n₀ Abtastschritten aktiviert (4B), wobei n₀ ≥ 3 (z. B. n₀ = 3); wählt man drei als Minimum aus, so ist ein Minimum an Gleichzeitigkeit der Schwellwertüberschreitungssignale zwischen den durch dasselbe Ereignis aktivierten Photomultipliern gewährleistet.
Durch ein UND-Gatter, das das Signal, das man am Ausgang des Komparators 70 erhält, und das Ausgangssignal des Schieberegisters 90 als Eingänge hat, kann man an dessen Ausgang 94 zum gewünschten Zeitpunkt ein Schwellwertüberschreitungssignal (FLAG) bezogen auf den Durchgang durch den Höchstwert der digitalen Summe erhalten.
Zusammengefaßt kann man sagen, daß jeder mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ausgestattete Photomultiplier zwei Informationen liefert. Eine erste Information ist der Ausgang des Summierers 68, der das laufende Integral darstellt, und eine zweite Information das sog. Flag am Ausgang 94 des UND-Gatters 92, die synchron zum Höchstwert des laufenden Integrals verläuft und die Tatsache anzeigt, ob das laufende Integral einen Schwellwert überschritten hat oder nicht.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die Verarbeitung von Signalen aus mehreren Photodetektoren 60, 60-1 und 60-2. In dieser Abbildung finden sich dieselben Bezeichnungen wie in 3, und sie bezeichnen ähnliche oder entsprechende Elemente.
In dieser Abbildung sieht man, daß es möglich ist, am Ausgang des Photodetektors 60 ein analoges Signal 100 von der Art wie oben in Verbindung mit 4A beschrieben abzunehmen. In 6 steht die Nummer 102 generell für alle analogen Signale, die von den anderen Photodetektoren 60-1, 60-2, usw. abgenommen werden. All diese Signale werden in einen analogen Summierer 98 geleitet, der ein Signal S (8) liefert, das die Summe aller analogen Signale ist, die von einer bestimmten Anzahl von Photodetektoren – zum Beispiel von allen Photodetektoren – ausgegeben werden. Eine Vorrichtung 104 ermöglicht die Ausgabe eines Impulses I, wenn das Signal S seinen Höchstwert durchläuft. Diese Vorrichtung 104 umfaßt z. B., wie in 7 dargestellt, einen Differenziator 110 (Kapazität 112, Verstärker 114 und Widerstände 116 zwischen dem Ein- und dem Ausgang des Verstärkers 114); der Ausgang dieses Differenziators 110 speist einen Komparator 118, mit dem erfaßt werden kann, wann der Ausgang des Differenziators über 0 geht. Der Impuls I speist den Eingang eines Schieberegisters 106, dessen Schritt p vom Taktgeber H gesteuert wird. Der Ausgang 107 dieses Registers wird als Speicherimpuls bezeichnet, und über ihn ist es insbesondere möglich, das Speicherregister 71, das dem Photodetektor 60 entspricht, und das Register 122 für die vermutete Position auszulösen. Er löst auch jedes einzelne Speicherregister aus, die den einzelnen Photodetektoren zugeordnet sind. Die Verzögerung des Schieberegisters 106 wird so gesteuert, daß die ansteigende Front des Speichersignals 107 synchron zu dem Moment verläuft, an dem die Summen in den Registern 71 zu speichern sind.
Die Photodetektoranordnung 60, 60-1, 60-2, usw. ist zum Beispiel über ein zweidimensionales Netz von der Art wie unten in Verbindung mit 9A oder 9B beschrieben verteilt.
Damit können die Photodetektoren durch ihre Position entlang der Zeilen und Spalten des zweidimensionalen Netzes lokalisiert werden.
Um die Position eines Ereignisses im Verhältnis zu diesem Feld bzw. (zweidimensionalen) Netz von Photodetektoren zu lokalisieren, wird in das Photodetektorfeld vorzugsweise ein Speicher mit Lesezugriff für eine erste Markierungsrichtung im Photodetektorfeld und ein Speicher mit Lesezugriff für eine zweite Markierungsrichtung im Photodetektorfeld eingebaut. Wenn man dieses Feld durch Zeilen und Spalten markiert, dann kann man einen Speicher mit Lesezugriff für die Markierung einer „Zeilen"-Koordinate und einen Speicher mit Lesezugriff für die „Spalten"-Koordinate zuordnen.
Um genau zu sein, werden in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Art, wie sie in 6 dargestellt ist, die Ausgänge 94 dann, wenn sie aktiviert sind und typisch für die Photodetektoren im Mittelpunkt der Interaktion sind, wie folgt genutzt:

– Ein ODER-Schaltkreis (202) faßt die Ausgänge vom Typ 94 der Photodetektoren aus einer einzigen Spalte zusammen und erzeugt ein Signal 222, das aktiv ist, wenn mindestens einer seiner Eingänge aktiv ist. Es gibt genau so viele Schaltkreise des Typs 222 wie Spalten.
– Ein ODER-Schaltkreis (212) faßt die Ausgänge vom Typ 94 der Photodetektoren aus einer einzigen Zeile zusammen und erzeugt ein Signal 232, das aktiv ist, wenn mindestens einer seiner Eingänge aktiv ist. Es gibt genau so viele Schaltkreise des Typs 232 wie Zeilen.

Die Signale des Typs 222 sind Adressen eines PROM 76, das so programmiert wird, daß es die Koordinate (80) der vermuteten Position im Verhältnis zu den Spalten ist. Dies gilt auch für die Signale des Typs 232, die die Adressen eines zweiten PROM 77 sind, das so programmiert wird, daß es die Koordinate (81) der vermuteten Position im Verhältnis zu den Zeilen ist. Die vermutete Position, die durch das Wertepaar (80, 81) dargestellt wird, wird in einem Register 122 gespeichert, und zwar gleichzeitig mit der Speicherung des Beitrages aller Photodetektoren in ihren jeweiligen Registern (71). Dieser Speichervorgang wird durch das von Register 106 ausgelöste Signal 107 ausgelöst.
8 zeigt die einzelnen Signale chronologisch:

– Das Signal S steht für die analoge Summe aller Photodetektoren bei einem einzelnen Ereignis.
– Das Signal I steht für einen Impuls, der davon abhängt, daß S einen Höchstwert passiert. Dieser Impuls ist zeitlich bei T₀ angesiedelt.
– Das Signal S₁ steht für den Ausgang eines Photodetektors, der zu denjenigen gehört, die den Ort der Interaktion des Ereignisses abdecken, und das Signal CS₁ steht für das Signal S₁ nach der Kodierung (beim Austritt aus dem Analog-Digitalwandler 66).
– Das Signal MAX stellt den Impuls dar, der vom Durchgang von CS₁ durch einen Höchstwert abhängt, wenn CS₁ über einem Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert dient dazu, nur signifikante Höchstwerte zu validieren, d. h. diejenigen, die über dem Rauschen liegen. Das Signal MAX entsteht zum Zeitpunkt T₁. Die Dauer T₁–T₀ hängt von der Kodierzeit ab. Der Zeitpunkt T₁ wird auf ±1 Kodierschritte genau definiert. Dies ist zum einen auf das Rauschen des Kodierers und zum anderen auf das Rauschen des Signals zurückzuführen.
– Das Signal IS₁ stellt das Signal beim Austritt aus dem Summierer 68 dar. T₂ ist der Moment, in dem das Integral einen Höchstwert durchläuft, also theoretisch der Zeitpunkt, an dem man den Wert der Integrale und der dazugehörigen vermuteten Position speichern muß. Die Dauer T₂ – T₁ hängt mit der Integrationsdauer zusammen, d. h. mit der Anzahl der vom Summierer aufgenommen Abtastwerte, wobei diese Anzahl ihrerseits vom Kodierschritt und der mittleren Dauer der Impulse abhängt.
– Das Signal DS₁ wird vom Schieberegister 90 erzeugt, und es berücksichtigt die Ungenauigkeit bei der Bestimmung von T₁. Es dauert 3 Kodierschritte und wird gegenüber T₁ verzögert, so daß es um T₂ herum zentriert ist.
– Das Signal COMP wird vom Komparator 70 geliefert. Der Vergleichsschwellwert wird so gesteuert, daß nur die Photodetektoren validiert werden, die in der Nähe des Interaktionsortes liegen.
– Die Signale 94(1), 94(2) und 94(3) sind die Ausgänge 94 der drei anderen Photodetektoren, die in der Nähe des Interaktionsortes liegen und deren Energie höher als der Schwellwert ist. Diese Ausgänge berücksichtigen die gesamte Ungenauigkeit bei der Bestimmung von T₁ und damit von T₂, und aus diesem Grund wird das Speichersignal 107 von einer getrennten analogen Kette erzeugt.
– Das Speichersignal 107 wird aus dem Signal I heraus erzeugt, das durch den Schaltkreis 106 verzögert wird. Dieser Verzug wird so gesteuert, daß die Integrale und die entsprechende vermutete Position in dem Moment gespeichert werden, der den Mittelwert der unterschiedlichen Momente T₂ darstellt.

In 9A und 9B werden Beispiele zweidimensionaler Photodetektornetze gezeigt. Um genau zu sein, stellen diese Abbildungen die Anordnung eines Photodektornetzes von oben gesehen dar (bzw. bezogen auf 1 vom Szintillator 22 aus gesehen). Der Querschnitt eines Photodetektors kann verschiedene Formen haben und z. B. quadratisch, sechseckig oder rund sein.
9A stellt ein Photodetektorfeld von oben gesehen dar, und jeder Photodetektor hat einen quadratischen Querschnitt. In diesem Fall kann jeder einzelne Photodetektor ein Schwellwertüberschreitungssignal ausgeben, anhand dessen man ihn entlang einer Zeile und einer Spalte lokalisieren kann. So kann der Photodetektor 60-1 in 9A als Reaktion auf ein Ereignis ein Signal aussenden, das, wenn es einen bestimmten Schwellwert überschreitet, dazu führt, daß ein Schwellwertüberschreitungssignal ausgesendet wird, das die Zeile L₁ und die Spalte C₁ lokalisiert. Gleiches gilt auch für den Photodetektor 60-2, der durch die Zeile L₁ und die Spalte C₂ lokalisiert werden kann, wobei Schwellwertüberschreitungssignale an die Speicher 76 und 77 geschickt werden, die der Zeile L₁ und der Spalte C₂ entsprechen.
9B zeigt von oben gesehen ein gemischtes Feld aus sechseckigen und runden Photodetektoren. Die Photodetektoren 60-a und 60-b haben einen runden Querschnitt, während die anderen Photodetektoren einen sechseckigen Querschnitt haben. In einem solchen Fall definiert das Photodetektorfeld eindeutig die nebeneinanderliegenden Spalten 60-i, 60-e, 60-a (C₄); 60-k, 60-g, 60-c (C₃); 60-j, 60-f, 60-b (C₂); 60-1, 60-h, 60-d (C₁). Jeder Photodetektor gehört zu einer einzigen Spalte. Eine eindeutige Zuordnung von Zeilen zu einem Photodetektor ist dagegen nur dann möglich, wenn diese Zeile mitten durch den Photodetektor hindurchgeht: In 9B trifft dies für die Photodetektoren 60-k, 60-1 (Zeile L₃); 60-g, 60-h (Zeile L₂ 60-c, 60-d (Zeile L₁) zu. Für die anderen Photodetektoren, die zwischen zwei Zeilen liegen, ist es besser, wenn ihr Schwellwertüberschreitungssignal dazu führt, daß in Richtung des jeweiligen Speichers mit Lesezugriff Adressierungssignale ausgegeben werden, die gleichzeitig den beiden Zeilen entsprechen, zwischen denen sie liegen. Wenn also der Photodetektor 60-f ein Signal liefert, dessen Energie den festgelegten Schwellwert überschreitet, wird ein Schwellwertüberschreitungssignal für die Spalte C₂ und die Zeilen L₁ und L₂ ausgegeben. Dies gilt auch, wenn ein Ereignis zu einer Überschreitung des Schwellwerts für den Photodetektor 60-j führt, dann ergibt sich ein Signal zur Adressierung der Spalte C₂ sowie zur Adressierung der Zeilen L₂ und L₃.
Nun soll eine Methode beschrieben werden, mit der es möglich ist, das Signal zu definieren bzw. zu kodieren, das typisch für die Position eines Ereignisses ist, und zwar in Abhängigkeit von den Schwellwertüberschreitungssignalen. Im Falle eines Speichers mit Lesezugriff erfolgt die Kodierung der Kombinationen aus Zeilen und/oder Spalten, für die bei einem Ereignis ein Schwellwertüberschreitungssignal erzeugt wird.
Wie in 10 gezeigt, kann man, immer noch ausgehend vom Beispiel mit den vier Photodetektorspalten C₁–C₄, nicht nur die Position der Spalten entlang einer Achse markieren, sondern auch diejenige der Punkte P₁, P₂ und P₃, die auf halber Strecke zwischen den Spalten liegen (diesen Punkten weist man die ungeraden Zahlen auf der unteren Skala in 10 zu). Diese Zwischenpunkte entsprechen den Grenzen zwischen zwei Photodetektoren, die neben zwei benachbarten Spalten nebeneinander liegen.
Die derzeit verwendeten Photodetektor- oder Photomultiplierfelder, insbesondere im Falle einer Gammakamera, umfassen typischerweise höchstens zwischen 50 und 100 Photodetektoren. Infolge dessen reichen maximal ein Dutzend Spalten und ein Dutzend Zeilen aus, um diese Photodetektorfelder zu beschreiben. Damit ist es möglich, für die Kodierung der Spaltengrup pen einen Speicher mit Lesezugriff (PROM) mit vernünftigen Abmessungen (in der Größenordnung von 4 KB) zu benutzen, wobei aufeinanderfolgende Spalten die PROM-Adressen bilden. Für größere Photodetektorfelder oder -netze ist ein entsprechend größeres PROM zu wählen.
Wenn man im übrigen die Tatsache berücksichtigt, daß ein Ereignis im allgemeinen nur aneinander angrenzende oder zusammenhängende Spalten aktivieren kann (z. B. 1, 2, 3 oder 4, je nachdem, welche Energie das Ereignis hat und welcher Schwellwert verwendet wird), ist nur eine reduzierte Anzahl von „gültigen" Kombinationen zu kodieren. Da für das Auftragen der Position des Ereignisses auf der X-Achse zur Markierung der Spalten keine 8 Bit erforderlich sind, kann man das werthohe Bit (Q₇) benutzen, um die Gültigkeit der erhaltenen Position zu kodieren. Die nachfolgende Tabelle I zeigt, welche Signale an die drei Adressierungseingänge A₀, A₁ und A₂ eines PROMs gesendet wurden, und zwar je nach Kombination der Schwellwertüberschreitungssignale mit den Spalten C1, C2 und C3 (0 = kein Schwellwertüberschreitungssignal, 1 = Schwellwertüberschreitungssignal). In der 4. Spalte steht der dezimale Inhalt des PROM, der sich aus diesen Kombinationen ergibt (A₀ = 1, A₁ = 2, A₂ = 2²). Die 5. Spalte enthält das Gültigkeitsbit: Wenn zwei Spalten, die durch eine dritte getrennt werden, ein Schwellwertüberschreitungssignal ausgeben, die dritte aber nicht, ist die Kombination nicht gültig und wird nicht berücksichtigt (Gültigkeitsbit = 0). Anschließend kann man je nach dezimalem Inhalt durch die Programmierung des PROM eine Ereignisposition zuweisen:

– Wenn nur die erste Spalte ein Schwellwertüberschreitungssignal aussendet (Adresse A₀, Dezimalinhalt = 1), wird das Ereignis in Position 2 auf der X-Skala in 10 identifiziert.
– Wenn ein Schwellwertüberschreitungssignal ausgesendet wird, das nur der Spalte C2 entspricht, wird das Ereignis in Position 4 auf der X-Skala in 10 lokalisiert.
– Wenn Schwellwertüberschreitungssignale für die Spalten C, und C₂ ausgegeben werden, dann liegt das Ereignis nicht mehr auf der einen oder der anderen Spalte, sondern in einer Zwischenposition 3 auf der X-Skala (10).
– Wenn ein einziges Schwellwertüberschreitungssignal ausgegeben wird, das der Spalte C₃ entspricht, dann liegt das Ereignis in Position 6 auf der X-Skala.
– Wenn zwei Schwellwertüberschreitungssignale ausgegeben werden, die den Spalten C₂ und C₃ entsprechen, liegt das Ereignis auf der Zwischenposition 5 auf der X-Skala zwischen den Spalten.

TABELLE I
Diese Kodierung kann für vier und mehr Spalten verallgemeinert werden. Sobald die Kodierung des PROM erfolgt ist, entspricht eine definierte Kombination von Spalten, für die Schwellwertüberschreitungssignale ausgegeben werden, einer einzigen Position des Ereignis bezogen auf alle Spalten. Diese Position wird an den Ausgangsbits des PROMs kodiert; ausgenommen hiervon ist lediglich das Wertigkeitsbit, mit dem die Gültigkeit der Kombination kodiert werden kann.
Dieselben Überlegungen und dieselbe Kodierung kann man auch für die Bestimmung der Position des Ereignisses in der Y-Achse (= nach den Linien) anwenden. Die nach den Linien ausgerichteten Schwellwertüberschreitungssignale werden mit einem zweiten PROM – z. B. PROM 77 nach 6 – kodiert, wobei dieser Speicher mit dem vorhergehenden identisch sein kann. Für Detektorfelder mit sechseckigem bzw. rundem Querschnitt wie z. B. in 9B erfolgt auch die Kodierung der Positionen von Photodetektoren zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeilen problemlos: So entspricht die Identifizierung eines Ereignisses nach der Spalte C₂ und entlang der Zeilen L₁ und L₂ einem Ereignis, das über dem Photodetektor 60-f liegt.
Damit kann die Position eines Ereignisses durch ein Paar (X, Y) dargestellt werden, das dieses Ereignis im Feld oder in der zweidimensionalen Anordnung von Photodetektoren oder Photomultipliern lokalisiert. Als zulässige Positionen gelten ausschließlich die Paare (X, Y), bei denen beide Elemente den Validierungskriterien genügen.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem solchen Verfahren kann man ein Ereignis nicht nur über dem einen oder dem anderen Photodetektor in einem Photodetektorfeld, sondern auch an der Grenze zwischen zwei oder sogar drei Photodetektoren lokalisieren.
In 6 enthält das ausgesendete Signal 126 diese Information zur Lokalisierung. Dieses Signal kann an einen eigens hierfür programmierten Mikrocomputer übertragen werden, damit dieser ein spezifisches Umfeld aus der Gruppe der Photodetektoren auswählt, die von der Interaktion betroffen sind (d. h. aus der Gruppe Photodetektoren, die ein Schwellwertüberschreitungssignal ausgegeben haben), und anschließend kann man die Eigenschaften des Ereignisses anhand dieses gewählten Umfeldes berechnen.
Die 11A und 11B zeigen jeweils ein Photodetektorfeld mit hexagonalem Querschnitt, das an den Rändern durch Photodetektoren mit rundem Querschnitt vervollständigt wird.
In 11A haben zwei Photodetektoren 60-1 und 60-2 Schwellwertüberschreitungssignale ausgegeben. Daraus ergibt sich die Identifizierung der Position des Ereignisses, das an der Grenze (Punkt A) zwischen den beiden Photodetektoren 60-1 und 60-2 liegt. Der Computer, an den diese Information übertragen wird, kann anschließend z. B. aus einem Speicher, in dem Daten zur Intensität der Photodetektoremissionen hinterlegt sind, den ersten Photodetektorkranz 160 und den zweiten Photodetektorkranz 260 wählen, die um die beiden Photodetektoren 60-1 und 60-2 herum liegen, die direkt von der Interaktion betroffen sind. Matt kann z. B. die Gesamtenergie des Ereignisses berechnen, indem man die Summe aus allen Signalen bildet, die von den von der Interaktion direkt betroffenen Photodetektoren (60-1 und 60-2 in 11A) geliefert werden, und von allen Signalen, die von den Photodetektoren im ersten und zweiten Kranz (160 und 260) gesendet werden.
11B zeigt einen Fall, in dem ein Ereignis, das ein Schwellwertüberschreitungssignal für drei Photodetektoren 60-3, 60-4 und 60-5, die wie in 11B gezeigt angeordnet sind, induziert hat. Das Ereignis ist damit am Punkt B anzusiedeln, der Schnittstelle zwischen den drei Photodetektoren. Folglich muß der Computer die Informationen über die Photodetektoren im ersten Kranz 360 und die Photodetektoren im zweiten Kranz 460 für die Berechnung der Eigenschaften von z. B. der Energie des Ereignisses berücksichtigen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde mit der Umsetzung eines Kriteriums der Überschreitung eines Schwellwerts für die Energie des digitalisierten Signals beschrieben. Man kann auch andere Kriterien ansetzen, so z. B. das Kriterium der Schwellwertüberschreitung für den Höchstwert des digitalisierten Signals. In diesem Fall vergleicht der Komparator 70 aus 6 das aus dem Digitalisierer 66 ausgetretene digitalisierte Signal mit einem voreingestellten Schwellwert.
Mit der beschriebenen Methode der Kodierung mit einem PROM erhält man sehr schnell ein Signal zur Positionierung des Ereignisses. Eine algorithmische Methode wäre langsamer.
PROM-Speicher können durch jede beliebige andere Vorrichtung oder Speicherart ersetzt werden, in die die Kodierung von Positionen eingegeben oder in denen sie gespeichert werden kann. Somit kann die Beschreibung mit einem PROM verallgemeinert und auf alle Mittel oder Kodierungsträger mit programmierbarem Lesezugriff ausgedehnt werden.
Es kann interessant sein, die Kodierung durch Speicher vorzunehmen, die neu programmiert werden können. Damit wäre die Vorrichtung auch für weitere Photodetektorkonfigurationen zu verwenden.

Claims

Vorrichtung zur Signalverarbeitung einer Anordnung von N Photodetektoren (60) einer Gammakamera, die Mittel (68) umfaßt, die den einzelnen Photodetektoren zugeordnet sind, um ein Signal zu erzeugen, das typisch für den Höchstwert oder die Energie eines vom Photodetektor abgegebenen, digitalisierten Impulses ist, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgende Elemente umfaßt: – Mittel (70) zur Erzeugung eines Signals bei Überschreiten eines Schwellwertes (V_τ) für jeden einzelnen Photodetektor, wenn die Amplitude des Signals, das typisch für den Höchstwert oder die Energie des digitalisierten Impulses ist, höher als dieser Schwellwert ist – gemeinsame Mittel (76, 77) der Photodetektoren, um ein Signal zu liefern, das typisch für die vermutete Position eines Ereignisses ist, und zwar in Abhängigkeit von den Schwellwertüberschreitungssignalen, wobei es durch das für die vermutete Position eines Ereignisses typische Signal möglich ist, einen Bereich aus dem Feld der N Photodetektoren zu markieren oder zu kodieren, der von dem Ereignis betroffen ist, um so die genaue Position dieses Ereignisses zu berechnen, und zwar mit folgendem Zweck: – Wird lediglich ein einziges Schwellwertüberschreitungssignal von einem beliebigen der N Photodetektoren abgegeben, dann ist die vermutete Position gleich der Position dieses beliebigen Photodetektors, und: – werden mindestens zwei Schwellwertüberschreitungssignale von mindestens zwei nebeneinanderliegenden der N Photodetektoren geliefert, dann liegt die vermutete Position zwischen diesen benachbarten Photodetektoren, deren Anzahl mindestens zwei beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem Mittel (88, 90) umfaßt, die jedem Photodetektor zugeordnet sind und die temporäre Position des Höchstwertes des digitalisierten Impulses erfassen und das Senden des Schwellwertüberschreitungssignals von dieser temporären Position aus um eine bestimmte Zeitdauer verzögern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die außerdem folgende Elemente umfaßt: – Mittel (98) zur Bildung eines analogen Gesamtsignals, das gleich der Summe der von N₁ Photodetektoren gelieferten Analogsignale ist, wobei N₁ ≤ N ist, – Mittel (104) zur Abgabe eines Signals, das typisch für die temporäre Position des Höchstwertes des analogen Gesamtsignals ist, – Mittel (106) zur Verzögerung der Abgabe des für die Position eines Ereignisses typischen Signals für eine bestimmte Zeitdauer ab der temporären Position des Höchstwertes des analogen Gesamtsignals.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Mittel (76, 77) zur Abgabe eines Signals, das typisch für die Position eines Ereignisses ist, so ausgelegt sind, daß dieses Signal nur von den Schwellwertüberschreitungssignalen abhängt, die innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erzeugt werden, das in einem Abstand zu den einzelnen Ereignissen beginnt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Mittel (76, 77) zur Abgabe eines Signals, das typisch für eine Position ist, so ausgelegt sind, daß dieses Signal nur dann gesendet wird, wenn alle erzeugten Schwellwertüberschreitungssignale benachbarten oder zusammenhängenden Photodetektoren zuzuordnen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die außerdem für jeden Photodetektor (60) Mittel (66) zur Digitalisierung eines vom Photodetektor (60) ausgegebenen Impulses umfaßt, wobei die Digitalisierung nach einem bestimmten Schritt p erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der jedes Schwellwertüberschreitungssignal während einer Dauer ausgesendet wird, die größer/gleich 3p ist.
Vorrichtung zur Ermittlung von Ereignissen, die folgende Elemente umfaßt: – ein zweidimensionales Netz aus N Photodetektoren (60), die eine Ebene bilden; – Digitalisierungsmittel (66) für jeden Photodetektor; – eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das für die Position eines Ereignisses typische Signal eine erste und eine zweite Komponente umfaßt und jede dieser Komponenten einer der Koordinaten des ermittelten Ereignisses in der Ebene des zweidimensionalen Photodetektornetzes entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die Photodetektoren so angeordnet sind, daß sie ein viereckiges Netz bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Photodetektoren einen quadratischen Querschnitt haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die Photodetektoren so angeordnet sind, daß sie ein hexagonales System bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Photodetektoren einen hexagonalen oder runden Querschnitt haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Mittel zur Abgabe eines für die Position eines Ereignisses typischen Signals kein solches Positionssignal aussenden, wenn nicht nebeneinanderliegende Photodetektoren zwei Schwellwertüberschreitungssignale aussenden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mittel zur Erzeugung eines Signals, das typisch für den Energiewert eines digitalisierten Impulses ist, N digitale Kodierungseinheiten (66) und Mittel (68) zur digitalen Summierung oder Ermittlung der maximalen Amplitude umfassen, die jeder digitalen Kodierungseinheit zugeordnet sind, sowie dadurch, daß die Mittel zur Erzeugung eines Schwellwertüberschreitungssignals Mittel zum Vergleich eines Ausgangssignals der Summierungsmittel mit einem voreingestellten Wert sind, und dadurch, daß die gemeinsamen Mittel der Photodetektoren zur Abgabe eines für die Position eines Ereignisses typischen Signals mindestens einen Speicher mit Lesezugriff (76, 77) umfassen, der durch die Ausgänge der Vergleichsmittel angesprochen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die außerdem folgende Elemente umfaßt, die jeder digitalen Kodierungseinheit zugeordnet sind: – Mittel (88) zur Ermittlung der temporären Position des Höchstwertes eines digitalisierten Impulses, wobei diese Mittel durch die entsprechende digitale Kodierungseinheit geregelt werden – ein Schieberegister (90) und – eine Tür ET (92), die vom Ausgang der Vergleichsmittel und dem Ausgang des Schieberegisters geregelt wird
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, die außerdem folgende Elemente umfaßt: – analoge Summierungsmittel (98), die als Eingang die Ausgänge der N Photodetektoren empfangen – Mittel (104) zur Ermittlung des Höchstwertes eines Analogsignals, die durch die analogen Summierungsmittel geregelt werden – ein Schieberegister (106), das durch die Mittel zur Ermittlung des Höchstwertes geregelt wird – ein Register (122), das durch den Speicher mit Lesezugriff (76) und das o. g. Schieberegister (106) geregelt wird
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, die zwei Speicher mit Lesezugriff (76, 77) umfaßt.
Vorrichtung zur Ermittlung von Ereignissen, die folgende Elemente umfaßt: – ein zweidimensionales Netz aus N Photodetektoren – eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18
Kamera mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 oder 19, bei der die Photodetektoren Fotovervielfacher sind.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Gammastrahlung, die eine Kamera nach Anspruch 20 beinhaltet.
Verfahren zur Bearbeitung von Signalen, die durch eine Anordnung aus N Photodetektoren (60) einer Gammakamera als Antwort auf ein Ereignis erzeugt werden, wobei das Verfahren für jeden Photodetektor die Erzeugung eines Signals umfaßt, das typisch für den Höchstwert oder die Energie eines vom Photodetektor abgegebenen und digitalisierten Impulses ist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgende Elemente umfaßt: – die Erzeugung eines Signals bei Überschreitung eines Schwellwerts (Schnellwertsüberschreitungssignals) (V_τ für jeden Photodetektor, wenn die Amplitude des Signals, das typisch für den Höchstwert oder die Energie eines digitalisierten Impulses ist, höher als dieser Schwellwert ist; – die Ausbildung eines Signals, das typisch für eine vermutete Position eines Ereignisses in Abhängigkeit von den Schwellwertüberschreitungssignalen ist, wobei es dank des für die angenommene Position des Ereignisses typischen Signals möglich ist, einen Bereich aus dem Feld der N Photodetektoren zu markieren oder zu kodieren, der vom Ereignis betroffen ist, um die genaue Position dieses Ereignisses zu berechnen, und zwar mit folgendem Zweck; – Wird nur ein einziges Schwellwertüberschreitungssignal von einem beliebigen der N Photodetektoren geliefert, dann ist die vermutete Position die Position dieses beliebigen Photodetektors, und; – werden mindestens zwei Signale der Schwellwertüberschreitung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden unter den N Photodetektoren geliefert, dann liegt die vermutete Position zwischen den genannten nebeneinanderliegenden Photodetektoren, deren Anzahl mindestens zwei beträgt.
Verfahren nach Anspruch 22, das außerdem für jeden Photodetektor die Ermittlung der temporären Position des Höchstwertes des digitalisierten Impulses und die Verzögerung der Aussendung des Schwellwertüberschreitungssignals während einer bestimmten Zeitdauer ab dieser temporären Position umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, das außerdem folgende Elemente umfaßt: – die Bildung eines analogen Gesamtsignals, das gleich der Summe der von N₁ Photodetektoren gelieferten Signale ist, wobei N₁ ≤ N ist – die Abgabe eines Signals, das typisch für die temporäre Position des Höchstwertes des analogen Gesamtsignals ist – die Verzögerung der Abgabe des für die Position eines Ereignisses typischen Signals für eine bestimmte Zeitdauer ab der temporären Position des Höchstwertes des analogen Gesamtsignals
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die Bildung des für die Position eines Ereignisses typischen Signals so erfolgt, daß dieses Signal ausschließlich von Schwellwertüberschreitungssignalen abhängt, die innerhalb eines Zeitfensters erzeugt werden, das in einem Abstand zu den einzelnen Ereignissen beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei dem die Bildung des für die Position eines Ereignisses typischen Signals so erfolgt, daß das Signal nur dann ausgesendet wird, wenn alle Schwellwertüberschreitungssignale nebeneinanderliegenden oder zusammenhängenden Photodetektoren zugeordnet werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, das außerdem für jeden Photodetektor (60) eine Phase umfaßt, in der ein vom Photodetektor (60) abgegebener Impuls digitalisiert wird, wobei die Digitalisierung nach einem bestimmten Schritt p erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem jedes Schwellwertüberschreitungssignal während einer Zeitdauer ausgesendet wird, die größer/gleich 3p ist.
Verfahren zur Ermittlung von Ereignissen im Verhältnis zu einem zweidimensionalen Netz aus N Photodetektoren (60), die eine Ebene bilden, wobei jedem Photodetektor Digitalisierungsmittel (66) zugeordnet sind und dieses Verfahren ein Signalbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26 umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das für die Position eines Ereignisses typische Signal aus einer ersten und einer zweiten Komponente besteht, wobei jede dieser Komponenten einer Koordinate des erfaßten Ereignisses in der Ebene des zweidimensionalen Photodetektornetzes entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, bei dem die Bildung des für die Position eines Ereignisses typischen Signals so erfolgt, daß kein Positionssignal gebildet oder abgesendet wird, wenn von nicht nebeneinanderliegenden Photodetektoren zwei Schwellwertüberschreitungssignale gesendet werden.
Bildgebendes Verfahren mit Korrektur der Abschwächung durch Übertragung, wobei das Verfahren nach Anspruch 31 umgesetzt wird.
Äquivalentes bildgebendes Verfahren mit PET, bei dem das Verfahren nach Anspruch 31 angewendet wird.