WO1998017002A1 - Unit and method for encoding photodetector signal, with correction of input level, and use of such a unit for a gamma-camera - Google Patents

Unit and method for encoding photodetector signal, with correction of input level, and use of such a unit for a gamma-camera Download PDF

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WO1998017002A1
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analog
correction
digital
photodetector
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PCT/FR1997/001809
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Alain Chapuis
Claude Janin
Corinne Mestais
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0602—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic
    • H03M1/0604—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of deviations from the desired transfer characteristic at one point, i.e. by adjusting a single reference value, e.g. bias or gain error
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    • G01T1/164—Scintigraphy
    • G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1642—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using a scintillation crystal and position sensing photodetector arrays, e.g. ANGER cameras
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Definitions

  • the present invention relates to an input level correction signal coding unit.
  • the invention can find applications in any device in which an analog signal must be converted into a digital signal.
  • the invention is more particularly intended for the processing of an electrical detection signal marred by a statistical fluctuation, such as the detection signal emitted by a photomultiplier, for example.
  • the coding unit of the invention can therefore be used in particular for the detection heads of gamma-cameras equipped with photomultipliers. It can also be used for ⁇ or x-ray detectors using other types of photodetectors such as photodiodes or semiconductor detectors, for example.
  • a detection head of a gamma-camera and in particular a detection head of a gamma-camera of the Anger type comprises a scintillator crystal and a plurality of photomultipliers optically coupled to this crystal.
  • the signals delivered by the photomultipliers undergo fluctuations linked to Poisson fluctuations in the number of light photons produced during each interaction and in the number of photoelectrons generated in the photomultiplier.
  • the signal from a photomultiplier does not present an electrical pulse but a continuous background, also affected by fluctuations.
  • the level of the continuous background can vary from one photomultiplier to another from the same detection head. Most of it is noise.
  • the signals from all the photomultipliers of the detection head of the gamma-camera are collected and directed to a calculation unit capable of calculating, for example, the position of each event detected on the crystal.
  • a calculation unit capable of calculating, for example, the position of each event detected on the crystal.
  • the analog-to-digital converter converts the analog signal from the photomultiplier into a coded digital signal, which is directed to the computing unit.
  • FIG. 1 shows, in the form of a functional diagram, a signal processing channel corresponding to a single photomultiplier of a gamma-camera.
  • the photomultiplier is connected to an analog-digital converter 12 via a current-voltage converter 14.
  • the signal emitted by the photomultiplier is, in fact, a current signal which should be convert it into a voltage signal before applying it to the input 16 of the analog-digital converter 12.
  • the output 18 of the analog-digital converter 12 is connected to a digital summator 20.
  • the summator 20 is designed to integrate the digital signal formed by the analog-to-digital converter in response to the analog signal applied to its input.
  • the integrated signal is then directed to a calculation unit 22 capable, for example, of calculating the energy of a gamma photon, at the origin of a detected event.
  • the calculation unit 22 can receive signals from a plurality of processing channels comparable to that shown in FIG. 1, corresponding to the set of photomultipliers of the detection head, to calculate, for example, the position of an event detected on the scintillator crystal.
  • each photomultiplier in the absence of an event-related pulse, each photomultiplier emits a signal with a continuous background, the amplitude of which is specific to this photomultiplier.
  • the gain of photomultipliers is also very variable from one copy to another.
  • the amplitude of the continuous background of the signal may be modified over time, in particular by the play of statistical fluctuations.
  • the signal present on the input terminals of the various analog-digital converters has very variable levels from one channel to another.
  • the analog-digital converter is effectively characterized by its dynamic range which can be understood as the difference in voltage existing between a minimum voltage converted and corresponding to a minimum value of the digital signal supplied by the analog-digital converter, and a maximum voltage converted, corresponding to the maximum value of the digital signal supplied by the analog-digital converter.
  • a solution consists a priori of providing between each photomultiplier and the analog-digital converter which is associated with it, an amplifier with adjustable gain.
  • the level of the continuous background of the signal emitted by a photomultiplier in the absence of a pulse corresponding to a detected event, can vary over time.
  • this level at the input of the analog-digital converter is initially adjusted to a low value to preserve a large dynamic range, the signal applied to the analog-digital converter risks taking values of polarity opposite to that of the impulse (negative if the impulse is positive) if the level of the continuous background decreases over time.
  • This phenomenon is an inaccurate consideration of the analog signal.
  • the object of the invention is to propose a coding unit for a photodetector making it possible to make the best use of the dynamic range of the coder, that is to say of the analog-digital converter which it comprises. .
  • Another object is to propose a coding unit making it possible to respect the positive polarity of the signal applied to the input of the analog-digital converter and to avoid in particular the appearance of negative components of the signal.
  • An object of the invention is also to avoid a long and tedious adjustment of the input level of the analog-digital converter.
  • the invention more specifically relates to a unit for coding the analog electrical signal of a photodetector capable of emitting pulses, comprising an analog-digital converter, connected to the photodetector, the analog-digital converter being able to receiving the analog electrical signal from the photodetector and transmitting a coded digital signal corresponding to the analog signal and comprising a succession of samples.
  • the coding unit further comprises means for automatically correcting the level of the photodetector signal received by the analog-digital converter, as a function of the coded signal transmitted by the analog-digital converter in the absence of pulse from the photodetector.
  • photodetector is understood to mean both a photomultiplier than a photodiode or a semiconductor detector, of the CdTe type for example.
  • the correction means taking into account the coded signal output by the analog-digital converter, the individual adjustment of the signal level emitted by the photodetectors is done automatically and does not require intervention on the device.
  • This aspect is particularly advantageous for gamma cameras with photomultipliers comprising the coding unit of the invention.
  • correction means can permanently adjust the input level and thus correct changes in the characteristics of the photodetectors over time.
  • the correction means also make it possible to take account of the characteristics of the measurements carried out and of the fluctuations which they generate.
  • the automatic correction means can be designed to make the best use of the dynamic range of the analog-digital converter while preventing the signal at the input of the analog-digital converter from becoming negative.
  • the correction means are connected, for example, between the photodetector and the analog-digital converter of the coding unit and are connected to an output for transmitting the digital signal from the analog-digital converter.
  • the correction means can include:
  • a correction counter capable of transmitting a level reduction correction signal when the digital signal is greater than the second threshold and of transmitting a level increase correction signal when the digital signal is less than the first threshold, the signal correction being emitted upon detection of absence of pulse;
  • the comparison means make it possible to compare the digital signal emitted by the analog-digital converter at the low threshold and at the high threshold.
  • the correction made takes into account the fact that the level of the continuous background emitted by the photodetector, and converted into a signal coded by the analog-digital converter, is higher or lower than the high thresholds. and low.
  • the level of the continuous background is such that the corresponding digital signal is above the high threshold, it is considered that the latter occupies too large a part of the dynamic range of the analog-digital converter.
  • the input signal from analog-digital converter is then compensated by adding a correction voltage tending to reduce its amplitude (level).
  • the level of the continuous background is such that the corresponding digital signal is below the low threshold, it is considered that the latter is too low.
  • the analog signal applied to the input of the analog-digital converter risks taking negative values.
  • the input signal from the analog-digital converter is then compensated by adding to it a correction voltage tending to increase its amplitude.
  • the choice of the value of the high threshold and the low threshold depends in particular on the characteristics of the analog-digital converters used and their resolution. It also depends on the dispersion of the characteristics of the photodetectors.
  • the difference between the high threshold and the low threshold is chosen sufficient to be able to adapt the correction means equally to any photomultiplier in the range of photomultipliers used for the gamma-camera detection head.
  • the means for adding to the photodetector signal a voltage of correction may include a digital-to-analog converter to convert the correction signal from the correction counter to an analog correction voltage, and an operational amplifier to add the analog correction voltage to the photodetector signal.
  • the absence of pulse detector can include:
  • - a shift register comprising a determined number n of positions and capable of emitting a signal for detecting an absence of pulse when all the positions are in a validation state; - a control clock of the analog-digital converter, also connected to the shift register to successively put in a validation state a position of the shift register at each sample of the digital signal; a comparator able to compare a digital value of each sample with the digital value of the previous sample in the succession of samples of the digital signal and able to send a reset register reset signal when the value of a sample differs that of the previous sample by more than a predetermined quantity; and
  • the encoder or analog-digital converter, delivers a coded or digital signal formed by a succession of samples whose value reflects the value of the analog signal applied to the analog-digital converter, at given times. These times are determined by the clock.
  • the present invention also relates in particular to the use of the coding unit for the processing of photodetector signals of a gamma-camera, in particular of a gamma-camera with photomultipliers.
  • the invention relates to a gamma camera comprising a plurality of photodetectors and a signal calculation and processing unit.
  • a coding unit as described above is connected respectively between each photodetector and the signal calculation and processing unit.
  • the invention relates to a method for coding the analog electrical signal of a photodetector capable of emitting pulses.
  • the analog signal from the photodetector is converted into a corresponding digital signal and the level of the analog signal is automatically corrected as a function of the digital signal obtained in the absence of a pulse from the photodetector.
  • the digital signal is compared to a low threshold and to a high threshold and a correction voltage is added to the analog signal tending to lower the level of the analog signal when the digital signal produced in the absence pulse exceeds the high threshold and tends to increase the level of the analog signal when the digital signal produced in the absence of a pulse is below the low threshold.
  • FIG. 1 is a simplified diagram of a signal processing channel of a photomultiplier of a gamma-camera.
  • FIG. 2 is a simplified diagram of a signal processing channel of a photomultiplier including a coding unit according to the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed diagram of a coding unit according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a channel 100 for processing the signal from the photomultiplier of a gamma-camera.
  • the gamma camera includes a plurality of photomultipliers and a plurality of channels operating according to the same scheme.
  • the photomultiplier 110 is connected to an analog-digital converter 112 via a current-voltage converter 114 and an operational amplifier 115.
  • the current-voltage converter 114 is for example an operational amplifier with total feedback to convert the signal into current produced by the photomultiplier into a signal into voltage.
  • the output 118 of the analog-digital converter 112 is connected to a digital adder 120 associated with a digital computing unit 122.
  • the adder and the computing unit are not in themselves part of the coding unit in the sense of the invention, but are part of the gamma camera using the coding unit.
  • the digital output 118 is also connected to means 130 for automatic correction of the level of the signal received by the analog-digital converter.
  • the output of the correction means 130 is connected to the input of the analog-digital converter 112 via the operational amplifier 115.
  • the operational amplifier 115 makes it possible to add to the signal coming from the current-voltage converter 114 a correction voltage delivered by the correction means 130.
  • the output of the current-voltage converter 114 is connected to one inverting input of the operational amplifier 115 and the output of the correction means 130 is connected to a non-inverting input of the operational amplifier 115.
  • the operation of the correction means is described in more detail with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, as shown in FIG.
  • the input of the correction means 130 connected to the output 118 of the analog-digital converter, comprises a switch 132 capable of directing the most significant bits of the samples coming from the analog-digital converter to a first channel 134 and to direct the least significant bits of the samples coming from the analog-digital converter to a second channel 136.
  • the separation between most significant and least significant bits can be established according to criteria adapted to the envisaged application and according to the quality of the analog-digital converter used.
  • the bits denoted bO, bl, b2, b3 and b4, of lower significance (2 °, 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 ) are the least significant bits and that the bits denoted b5, b6 and b7 (2 5 , 2 6 , 2 7 ) are the most significant bits.
  • the correction means 130 also comprise a shift register 140.
  • This register comprises a determined number n of positions which can be in a validation state, for example the logic state 1, or in a non-validation state, for example logic state 0.
  • the shift register is part of an absence of pulse detector described below. Within the meaning of the present invention, it is considered that there is absence of pulse when a digital signal corresponding to the continuous background emitted by the photomultiplier is detected in the absence of an event. This signal is referred to as "baseline”.
  • the baseline is defined as a succession of n sample values, positive weak, and equal to each other, except for coding noise, that is to say to a bit of least significant weight.
  • the number n of values determining the presence of a baseline is equal to the number n of positions of the shift register 140.
  • n can be chosen in the order of 10, for a sampling frequency of 10 MHz.
  • the shift register 140 is used as a counter.
  • the positions of the shift register are successively put into the validation state, one after the other, respectively in response to a synchronization signal from a clock.
  • the positions of the shift register are reinitialized in a non-validation state when at least one of the criteria defining the baseline is not fulfilled.
  • the clock and the synchronization signal are simply identified by a letter H or H. The same clock is also used to clock the operation of the analog-digital converter.
  • the first criterion defining the baseline is checked from the first channel 134 which receives the most significant bits.
  • the first criterion defining the baseline is that of the succession of samples of low positive values.
  • This criterion is satisfied when all the most significant bits, directed in the channel 134 are zero.
  • Channel 134 is connected to a reset terminal 142 of the shift register 140 via a NON or NOR gate 144 and an AND (AND) gate 146.
  • the verification of the second criterion defining the baseline is carried out from channel 136 which receives the least significant bits.
  • the second criterion defining the baseline is the fact that the positive values of the samples forming the baseline are equal to each other except for coding noise ( ⁇ + _ 1/2 LSB).
  • the correction means 130 have a comparator 150.
  • the comparator has a first input 152 to which the channel 136 is directly connected.
  • the input 152 thus receives the least significant bits of the samples supplied by the analog-digital converter.
  • Channel 136 is also connected to a second input 154 of the comparator via a delay unit 156.
  • the delay unit makes it possible to delay the signal by one clock time and to keep in memory the value of the previous sample. To this end, a clock signal H is applied to the delay unit 156.
  • the comparator 150 compares, at each clock signal, the digital sample currently present on channel 136 with the sample which was present there at the previous clock time. When the digital samples do not differ by more than the value of a least significant bit, then the comparator does not emit a reset signal. Its output 158 is then in logic state "1". On the other hand, when the value of the samples differs by more than the value of a least significant bit, the output 158 goes to logic state 0 which corresponds to a reset signal. As the output 158 is connected to the shift register 140 via the AND gate 146, the register is then reset.
  • the signal comprising the least significant bits of channel 136 is taken from input 154 of comparator 150 and is directed to comparison means 160. This signal can also be taken from input 152 of the comparator.
  • the comparison means 160 comprise two threshold comparators 162 and 164.
  • the signal from channel 136 is applied to a first input 162a, 164a respectively of each threshold comparator.
  • the threshold comparators 162, 164 also each have a second input 162b, 164b. On these inputs are permanently applied a high threshold value and a low threshold value of the signal, these values are denoted SH and SB in FIG. 3. Threshold comparators 162 and 164, by comparing the digital signal with the values of the thresholds high and low, make it possible to check that the baseline level is high enough to avoid the risk of negative values of the analog signal applied to the input of the analog-digital converter, and low enough however not to amputate too much significant range of the analog-to-digital converter.
  • the level of the analog signal applied to the input of the analog-digital converter is considered to be part of the baseline when it is less than one eighth of the dynamic range of the analog-digital converter.
  • the values of the high threshold and the low threshold can be fixed for example at 7 and 5, for a converter with a dynamic output range of 256 channels (8 bits).
  • the outputs of the threshold comparators 162 and 164 bear the references 162c and 164c in FIG. 3. They are respectively applied to the input of a NOR or NOR logic gate 166 and an AND gate
  • the correction counter 170 delivers on its output 172, a digital initial correction value when the system is powered up.
  • the output 172 is connected to a digital-analog converter capable of converting the digital signal present at the output 172 of the corrector counter 170 into an analog voltage called correction voltage.
  • the output 176 of the digital-analog converter is finally connected to the operational amplifier 115 also visible in FIG. 2.
  • the operational amplifier 115 adds the correction voltage to the voltage signal from the photomultiplier to apply the sum of these voltages at input 116 of the analog-digital converter.
  • a baseline detection signal that is to say no pulse signal
  • a correction signal is supplied by logic gate 166
  • the correction voltage added to the photomultiplier signal is either too high or insufficient.
  • the presence of the baseline detection signal and the correction signal causes a modification of the correction signal emitted by the counter-corrector 170 on its output 172.
  • the modification of the correction signal also depends on the signal coming from the logic gate 168 which indicates a direction of correction.
  • the baseline is at a level too low, the correction signal delivered by the counter 170 is modified in a direction tending to increase the voltage applied to the input of the analog-digital converter.
  • the baseline is at too high a level
  • the correction signal is modified in a direction tending to decrease the voltage applied to the input of the analog-digital converter.
  • the counter-corrector 170 can be adjusted so as to increase or decrease the digital value of the correction signal respectively by a unit of lesser weight at each correction step.
  • Resistors 180, 182 connected to voltage sources (+ v, -v) allow the gain of the correction to be adjusted.
  • the analog correction voltage produced by a modification of the digital correction signal by a value corresponding to the least significant bit is adjusted to a sufficiently low value. It is more precisely chosen so as to cause a correction of the level of the baseline less than half the difference between the high threshold and the low threshold.

Abstract

The invention concerns a unit encoding the analog electric signal of a photodetector (110) comprising an analog-to-digital-converter (112), connected to the photodetector (110), the analog-to digital converter (112) being capable for receiving the analog electric signal of the photodetector and transmitting an encoded corresponding digital signal. The invention is characterised in that the unit further comprises means (130) for automatically correcting the level of the signal received by the analog-to-digital converter (112) on the basis of an encoded signal transmitted by the analog-to-digital converter in the absence of a pulse from the photodetector. The invention is applicable to gamma-cameras.

Description

UNITE ET PROCEDE DE CODAGE DE SIGNAL DE PHOTODETECTEUR,PHOTODETECTOR SIGNAL CODING UNIT AND METHOD,
A CORRECTION DE NIVEAU D'ENTREE, ET UTILISATION D'UNEWITH ENTRY LEVEL CORRECTION, AND USE OF A
TELLE UNITE POUR UNE GAMMA-CAMERA .SUCH A UNIT FOR A GAMMA-CAMERA.
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine techniqueTechnical area
La présente invention concerne une unité de codage de signal à correction de niveau d'entrée.The present invention relates to an input level correction signal coding unit.
L'invention peut trouver des applications dans tout dispositif dans lequel un signal analogique doit être converti en un signal numérique. Toutefois l'invention est plus particulièrement destinée au traitement d'un signal électrique de détection entaché d'une fluctuation statistique, tel que le signal de détection émis par un photomultiplicateur, par exemple.The invention can find applications in any device in which an analog signal must be converted into a digital signal. However, the invention is more particularly intended for the processing of an electrical detection signal marred by a statistical fluctuation, such as the detection signal emitted by a photomultiplier, for example.
L'unité de codage de l'invention peut donc être utilisée en particulier pour les têtes de détection de gamma-caméras équipées de photomultiplicateurs . Elle peut également être utilisée pour des détecteurs de rayonnements γ ou x utilisant d'autres types de photodétecteurs tels que les photodiodes ou les détecteurs à semi-conducteurs, par exemple .The coding unit of the invention can therefore be used in particular for the detection heads of gamma-cameras equipped with photomultipliers. It can also be used for γ or x-ray detectors using other types of photodetectors such as photodiodes or semiconductor detectors, for example.
Etat de la technique antérieureState of the art
Une tête de détection d'une gamma-caméra et notamment une tête de détection d'une gamma-caméra de type Anger comporte un cristal scintillateur et une pluralité de photomultiplicateurs couplés optiquement à ce cristal.A detection head of a gamma-camera and in particular a detection head of a gamma-camera of the Anger type comprises a scintillator crystal and a plurality of photomultipliers optically coupled to this crystal.
Lorsqu'un rayonnement gamma atteint le cristal scintillateur, celui-ci est converti en des photons lumineux. Les photons produits dans le cristal scintillateur de la gamma caméra sont détectés par les photomultiplicateurs. Pour chaque événement, c'est-à- dire pour chaque interaction entre un rayonnement gamma (photon gamma) et le scintillateur, les photomultiplicateurs recevant des photons lumineux produits par l'interaction, délivrent une impulsion électrique. Ces impulsions électriques présentent chacune une amplitude proportionnelle à la quantité de lumière reçue par le photomultiplicateur correspondant. On peut se reporter à ce sujet aux documents (1) et (2) dont la référence est indiquée à la fin de la présente description.When gamma radiation reaches the scintillator crystal, it is converted into light photons. The photons produced in the crystal gamma camera scintillator are detected by photomultipliers. For each event, that is to say for each interaction between a gamma ray (gamma photon) and the scintillator, the photomultipliers receiving light photons produced by the interaction, deliver an electrical pulse. These electrical pulses each have an amplitude proportional to the quantity of light received by the corresponding photomultiplier. Reference may be made to this subject in documents (1) and (2), the reference of which is indicated at the end of this description.
Il convient de préciser que les signaux délivrés par les photomultiplicateurs subissent des fluctuations liées aux fluctuations de Poisson du nombre de photons lumineux produits lors de chaque interaction et du nombre de photoélectrons générés dans le photomultiplicateur.It should be noted that the signals delivered by the photomultipliers undergo fluctuations linked to Poisson fluctuations in the number of light photons produced during each interaction and in the number of photoelectrons generated in the photomultiplier.
En l'absence d'événement, le signal d'un photomultiplicateur ne présente pas d'impulsion électrique mais un fond continu, également affecté par des fluctuations. Le niveau du fond continu peut varier d'un photomultiplicateur à l'autre d'une même tête de détection. Il s'agit, pour l'essentiel, de bruit. Les signaux de l'ensemble des photomultiplicateurs de la tête de détection de la gamma-caméra sont collectés et dirigés vers une unité de calcul apte à calculer, par exemple, la position de chaque événement détecté sur le cristal. Pour un calcul précis de la position des événements sur le cristal, ainsi que pour le traitement rapide des signaux lors d'une détection avec des taux de comptage élevés, c'est-à-dire avec un grand nombre d'événements par unité de temps, on envisage à l'heure actuelle d'associer individuellement à chaque photomultiplicateur d'une gamma-caméra un convertisseur analogique-numérique. Le convertisseur analogique- numérique convertit le signal analogique du photomultiplicateur en un signal numérique codé, qui est dirigé vers l'unité de calcul.In the absence of an event, the signal from a photomultiplier does not present an electrical pulse but a continuous background, also affected by fluctuations. The level of the continuous background can vary from one photomultiplier to another from the same detection head. Most of it is noise. The signals from all the photomultipliers of the detection head of the gamma-camera are collected and directed to a calculation unit capable of calculating, for example, the position of each event detected on the crystal. For precise calculation of the position of events on the crystal, as well as for rapid processing of signals during detection with high counting rates, i.e. with a large number of events per unit of time, it is currently envisaged to associate individually with each photomultiplier of a gamma-camera an analog-digital converter. The analog-to-digital converter converts the analog signal from the photomultiplier into a coded digital signal, which is directed to the computing unit.
A titre d'illustration, la figure 1 montre, sous la forme d'un schéma fonctionnel, un canal de traitement de signal correspondant à un seul photomultiplicateur d'une gamma-caméra.By way of illustration, FIG. 1 shows, in the form of a functional diagram, a signal processing channel corresponding to a single photomultiplier of a gamma-camera.
Le photomultiplicateur, avec la référence 10, est relié à un convertisseur analogique-numérique 12 par l'intermédiaire d'un convertisseur courant- tension 14. Le signal émis par le photomultiplicateur est, en effet, un signal de courant qu'il convient de convertir en un signal de tension avant de l'appliquer à l'entrée 16 du convertisseur analogique-numérique 12. La sortie 18 du convertisseur analogique-numérique 12 est reliée à un sommateur numérique 20. Le sommateur 20 est prévu pour intégrer le signal numérique formé par le convertisseur analogique-numérique en réponse au signal analogique appliqué à son entrée. Le signal intégré est ensuite dirigé vers une unité de calcul 22 apte, par exemple, à calculer l'énergie d'un photon gamma, à l'origine d'un événement détecté.The photomultiplier, with the reference 10, is connected to an analog-digital converter 12 via a current-voltage converter 14. The signal emitted by the photomultiplier is, in fact, a current signal which should be convert it into a voltage signal before applying it to the input 16 of the analog-digital converter 12. The output 18 of the analog-digital converter 12 is connected to a digital summator 20. The summator 20 is designed to integrate the digital signal formed by the analog-to-digital converter in response to the analog signal applied to its input. The integrated signal is then directed to a calculation unit 22 capable, for example, of calculating the energy of a gamma photon, at the origin of a detected event.
L'unité de calcul 22 peut recevoir des signaux d'une pluralité de canaux de traitement comparables à celui représenté sur la figure 1, correspondant à l'ensemble des photomultiplicateurs de la tête de détection, pour calculer, par exemple, la position d'un événement détecté sur le cristal scintillateur. Un dispositif de détection dans lequel un convertisseur analogique-numérique est associé à chaque photomultiplicateur, conformément à la figure 1, pose cependant un certain nombre de problèmes. En effet, comme mentionné précédemment, en l'absence d'impulsion liée à un événement, chaque photomultiplicateur émet un signal avec un fond continu dont l'amplitude est propre à ce photomultiplicateur. De plus, le gain des photomultiplicateurs est également très variable d'un exemplaire à l'autre. Enfin, l'amplitude du fond continu du signal peut se trouver modifiée au cours du temps, notamment par le jeu des fluctuations statistiques.The calculation unit 22 can receive signals from a plurality of processing channels comparable to that shown in FIG. 1, corresponding to the set of photomultipliers of the detection head, to calculate, for example, the position of an event detected on the scintillator crystal. A detection device in which an analog-digital converter is associated with each photomultiplier, in accordance with FIG. 1, however poses a certain number of problems. In fact, as mentioned previously, in the absence of an event-related pulse, each photomultiplier emits a signal with a continuous background, the amplitude of which is specific to this photomultiplier. In addition, the gain of photomultipliers is also very variable from one copy to another. Finally, the amplitude of the continuous background of the signal may be modified over time, in particular by the play of statistical fluctuations.
Ainsi, en l'absence d'impulsion, le signal présent sur les bornes d'entrée des différents convertisseurs analogiques-numériques présente des niveaux très variables d'un canal à l'autre.Thus, in the absence of a pulse, the signal present on the input terminals of the various analog-digital converters has very variable levels from one channel to another.
Ce phénomène a une influence négative sur la qualité du traitement du signal. En effet, si le niveau du fond continu du signal est élevé en l'absence d'impulsion, une portion importante de la plage dynamique du convertisseur analogique-numérique est utilisé par ce fond. Le convertisseur analogique-numérique n'est alors pas capable de convertir correctement des impulsions de grande amplitude.This phenomenon has a negative influence on the quality of signal processing. In fact, if the level of the continuous background of the signal is high in the absence of a pulse, a large portion of the dynamic range of the analog-digital converter is used by this background. The analog-to-digital converter is then not able to correctly convert pulses of large amplitude.
Le convertisseur analogique-numérique est effectivement caractérisé par sa plage dynamique qui peut être comprise comme la différence de tension existant entre une tension minimum convertie et correspondant à une valeur minimum du signal numérique fourni par le convertisseur analogique-numérique, et une tension maximum convertie, correspondant à la valeur maximum du signal numérique fourni par le convertisseur analogique-numérique .The analog-digital converter is effectively characterized by its dynamic range which can be understood as the difference in voltage existing between a minimum voltage converted and corresponding to a minimum value of the digital signal supplied by the analog-digital converter, and a maximum voltage converted, corresponding to the maximum value of the digital signal supplied by the analog-digital converter.
Pour compenser les dispersions de caractéristiques entre les photomultiplicateurs et pour appliquer aux convertisseurs analogiques-numériques un niveau d'entrée de signal approprié, une solution consiste a priori à prévoir entre chaque photomultiplicateur et le convertisseur analogique- numérique qui lui est associé, un amplificateur à gain ajustable.To compensate for the dispersions of characteristics between the photomultipliers and to apply an appropriate signal input level to the analog-digital converters, a solution consists a priori of providing between each photomultiplier and the analog-digital converter which is associated with it, an amplifier with adjustable gain.
Cette solution s'avère cependant insuffisante pour plusieurs raisons.This solution is however insufficient for several reasons.
Tout d'abord, il apparaît que le niveau du fond continu du signal émis par un photomultiplicateur, en l'absence d'impulsion correspondant à un événement détecté, peut varier au cours du temps. Ainsi, lorsque ce niveau à l'entrée du convertisseur analogique- numérique, est ajusté initialement à une valeur faible pour préserver une plage dynamique importante, le signal appliqué au convertisseur analogique-numérique risque de prendre des valeurs de polarité opposée à celle de l'impulsion (négative si l'impulsion est positive) si le niveau du fond continu diminue au cours du temps. Une conséquence de ce phénomène est une prise en compte inexacte du signal analogique.First of all, it appears that the level of the continuous background of the signal emitted by a photomultiplier, in the absence of a pulse corresponding to a detected event, can vary over time. Thus, when this level at the input of the analog-digital converter, is initially adjusted to a low value to preserve a large dynamic range, the signal applied to the analog-digital converter risks taking values of polarity opposite to that of the impulse (negative if the impulse is positive) if the level of the continuous background decreases over time. One consequence of this phenomenon is an inaccurate consideration of the analog signal.
Par ailleurs, lorsqu'une tête de détection d'une gamma-caméra comporte de l'ordre d'une centaine de photomultiplicateurs, le réglage et l'ajustage individuel du niveau d'entrée du chaque convertisseur analogique-numérique est une opération longue et délicate . E-gposé de 1 ' inventionFurthermore, when a detection head of a gamma-camera comprises of the order of a hundred photomultipliers, the individual adjustment and adjustment of the input level of each analog-digital converter is a long operation and delicate. E-gpose of the invention
Pour remédier aux difficultés exposées ci- dessus, l'invention a pour but de proposer une unité de codage pour photodétecteur permettant d'utiliser au mieux la plage dynamique du codeur c'est-à-dire du convertisseur analogique-numérique qu'elle comporte.To overcome the difficulties set out above, the object of the invention is to propose a coding unit for a photodetector making it possible to make the best use of the dynamic range of the coder, that is to say of the analog-digital converter which it comprises. .
Un autre but est de proposer une unité de codage permettant de respecter la polarité positive du signal appliqué à l'entrée du convertisseur analogique- numérique et éviter en particulier l'apparition de composantes négatives du signal.Another object is to propose a coding unit making it possible to respect the positive polarity of the signal applied to the input of the analog-digital converter and to avoid in particular the appearance of negative components of the signal.
Un but de l'invention est aussi d'éviter un ajustage long et fastidieux du niveau d'entrée du convertisseur analogique-numérique . Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet une unité de codage du signal électrique analogique d'un photodétecteur apte à émettre des impulsions, comprenant un convertisseur analogique-numérique, relié au photodétecteur, le convertisseur analogique-numérique étant apte à recevoir le signal électrique analogique du photodétecteur et à émettre un signal numérique codé correspondant au signal analogique et comprenant une succession d'échantillons. Conformément à l'invention, l'unité de codage comprend en outre des moyens de correction automatique de niveau du signal du photodétecteur reçu par le convertisseur analogique- numérique, en fonction du signal codé émis par le convertisseur analogique-numérique en l'absence d'impulsion du photodétecteur.An object of the invention is also to avoid a long and tedious adjustment of the input level of the analog-digital converter. To achieve these aims, the invention more specifically relates to a unit for coding the analog electrical signal of a photodetector capable of emitting pulses, comprising an analog-digital converter, connected to the photodetector, the analog-digital converter being able to receiving the analog electrical signal from the photodetector and transmitting a coded digital signal corresponding to the analog signal and comprising a succession of samples. According to the invention, the coding unit further comprises means for automatically correcting the level of the photodetector signal received by the analog-digital converter, as a function of the coded signal transmitted by the analog-digital converter in the absence of pulse from the photodetector.
Au sens de la présente invention, on entend par photodétecteur aussi bien un photomultiplicateur qu'une photodiode ou un détecteur à semi-conducteurs, du type CdTe par exemple.Within the meaning of the present invention, photodetector is understood to mean both a photomultiplier than a photodiode or a semiconductor detector, of the CdTe type for example.
Grâce aux moyens de correction, tenant compte du signal codé émis en sortie par le convertisseur analogique-numérique, l'ajustage individuel du niveau de signal émis par les photodétecteurs se fait automatiquement et ne nécessite pas d'intervention sur l'appareil. Cet aspect est particulièrement avantageux pour des gamma-caméras à photomultiplicateurs comportant l'unité de codage de 1 ' invention.Thanks to the correction means, taking into account the coded signal output by the analog-digital converter, the individual adjustment of the signal level emitted by the photodetectors is done automatically and does not require intervention on the device. This aspect is particularly advantageous for gamma cameras with photomultipliers comprising the coding unit of the invention.
De plus, les moyens de correction peuvent ajuster en permanence le niveau d'entrée et corriger ainsi des modifications des caractéristiques des photodétecteurs au cours du temps. Les moyens de correction permettent aussi de tenir compte des caractéristiques des mesures effectuées et des fluctuations qu'elles engendrent.In addition, the correction means can permanently adjust the input level and thus correct changes in the characteristics of the photodetectors over time. The correction means also make it possible to take account of the characteristics of the measurements carried out and of the fluctuations which they generate.
Enfin, les moyens automatiques de correction peuvent être conçus pour utiliser au mieux la dynamique du convertisseur analogique-numérique tout en évitant que le signal à l'entrée du convertisseur analogique-numérique ne devienne négatif.Finally, the automatic correction means can be designed to make the best use of the dynamic range of the analog-digital converter while preventing the signal at the input of the analog-digital converter from becoming negative.
Les moyens de correction sont connectés, par exemple, entre le photodétecteur et le convertisseur analogique-numérique de l'unité de codage et sont reliés à une sortie d'émission du signal numérique du convertisseur analogique-numérique.The correction means are connected, for example, between the photodetector and the analog-digital converter of the coding unit and are connected to an output for transmitting the digital signal from the analog-digital converter.
Selon une réalisation particulière de l'unité de codage de l'invention, les moyens de correction peuvent comporter :According to a particular embodiment of the coding unit of the invention, the correction means can include:
- un détecteur d'absence d'impulsion dans le signal numérique du convertisseur analogique-numérique ; - des moyens de comparaison du signal numérique à un premier seuil dit seuil bas et à un deuxième seuil dit seuil haut ;- an absence of pulse detector in the digital signal of the analog-digital converter; means for comparing the digital signal with a first threshold called the low threshold and with a second threshold called the high threshold;
- un compteur de correction apte à émettre un signal de correction d'abaissement de niveau lorsque le signal numérique est supérieur au deuxième seuil et à émettre un signal de correction d'augmentation de niveau lorsque le signal numérique est inférieur au premier seuil, le signal de correction étant émis lors d'une détection d'absence d'impulsion ; eta correction counter capable of transmitting a level reduction correction signal when the digital signal is greater than the second threshold and of transmitting a level increase correction signal when the digital signal is less than the first threshold, the signal correction being emitted upon detection of absence of pulse; and
- des moyens pour ajouter au signal du photodétecteur une tension de correction continue correspondant au signal de correction.- Means for adding a continuous correction voltage corresponding to the correction signal to the photodetector signal.
Grâce au détecteur d'absence d'impulsion, il est possible de déterminer la correction nécessaire du niveau de signal du photodétecteur en l'absence d'impulsion c'est-à-dire pendant que le photodétecteur émet un signal de fond continu.Thanks to the absence of pulse detector, it is possible to determine the necessary correction of the signal level of the photodetector in the absence of a pulse, that is to say while the photodetector transmits a continuous background signal.
Les moyens de comparaison permettent de comparer le signal numérique émis par le convertisseur analogique-numérique au seuil bas et au seuil haut. Ainsi, lorsqu'une absence d'impulsion est détectée, la correction effectuée tient compte du fait que le niveau du fond continu émis par le photodétecteur, et converti en un signal codé par le convertisseur analogique- numérique, est supérieur ou inférieur aux seuils haut et bas.The comparison means make it possible to compare the digital signal emitted by the analog-digital converter at the low threshold and at the high threshold. Thus, when an absence of pulse is detected, the correction made takes into account the fact that the level of the continuous background emitted by the photodetector, and converted into a signal coded by the analog-digital converter, is higher or lower than the high thresholds. and low.
Lorsque le niveau du fond continu est tel que le signal numérique correspondant est supérieur au seuil haut, on considère que celui-ci occupe une part trop importante de la plage dynamique du convertisseur analogique-numérique. Le signal d'entrée du convertisseur analogique-numérique est alors compensé en lui ajoutant une tension de correction tendant à réduire son amplitude (niveau) .When the level of the continuous background is such that the corresponding digital signal is above the high threshold, it is considered that the latter occupies too large a part of the dynamic range of the analog-digital converter. The input signal from analog-digital converter is then compensated by adding a correction voltage tending to reduce its amplitude (level).
A l'inverse, lorsque le niveau du fond continu est tel que le signal numérique correspondant est inférieur au seuil bas, on considère que celui-ci est trop faible. Ceci signifie que le signal analogique appliqué à l'entrée du convertisseur analogique- numérique risque de prendre des valeurs négatives. Le signal d'entrée du convertisseur analogique-numérique est alors compensé en lui ajoutant une tension de correction tendant à augmenter son amplitude .Conversely, when the level of the continuous background is such that the corresponding digital signal is below the low threshold, it is considered that the latter is too low. This means that the analog signal applied to the input of the analog-digital converter risks taking negative values. The input signal from the analog-digital converter is then compensated by adding to it a correction voltage tending to increase its amplitude.
Lorsque le niveau du fond continu est tel que le signal numérique correspondant est compris entre le seuil haut et le seuil bas, aucune correction n'est effectuée.When the level of the continuous background is such that the corresponding digital signal is between the high threshold and the low threshold, no correction is made.
Le choix de la valeur du seuil haut et du seuil bas dépend notamment des caractéristiques des convertisseurs analogiques-numériques utilisés et de leur résolution. Elle dépend aussi de la dispersion des caractéristiques des photodétecteurs.The choice of the value of the high threshold and the low threshold depends in particular on the characteristics of the analog-digital converters used and their resolution. It also depends on the dispersion of the characteristics of the photodetectors.
En particulier, dans une utilisation de l'unité de codage pour une gamma-caméra à photomultiplicateurs, la différence entre le seuil haut et le seuil bas est choisie suffisante pour pouvoir adapter les moyens de correction indifféremment à tout photomultiplicateur dans la gamme de photomultiplicateurs utilisée pour la tête de détection de la gamma-caméra.In particular, in a use of the coding unit for a gamma camera with photomultipliers, the difference between the high threshold and the low threshold is chosen sufficient to be able to adapt the correction means equally to any photomultiplier in the range of photomultipliers used for the gamma-camera detection head.
Selon un aspect particulier de la réalisation de l'unité de codage, les moyens pour ajouter au signal du photodétecteur une tension de correction peuvent comporter un convertisseur numérique-analogique pour convertir le signal de correction du compteur de correction en une tension analogique de correction, et un amplificateur opérationnel pour ajouter au signal du photodétecteur la tension analogique de correction.According to a particular aspect of the embodiment of the coding unit, the means for adding to the photodetector signal a voltage of correction may include a digital-to-analog converter to convert the correction signal from the correction counter to an analog correction voltage, and an operational amplifier to add the analog correction voltage to the photodetector signal.
Selon un autre aspect particulier de la réalisation d'une unité de codage conforme à l'invention, le détecteur d'absence d'impulsion peut comporter :According to another particular aspect of the embodiment of a coding unit in accordance with the invention, the absence of pulse detector can include:
- un registre à décalage, comportant un nombre déterminé n de positions et apte à émettre un signal de détection d'une absence d'impulsion lorsque toutes les positions sont dans un état de validation ; - une horloge de pilotage du convertisseur analogique- numérique, reliée également au registre à décalage pour successivement mettre dans un état de validation une position du registre de décalage à chaque échantillon du signal numérique ; - un comparateur apte à comparer une valeur numérique de chaque échantillon à la valeur numérique de l'échantillon précédent dans la succession d'échantillons du signal numérique et apte à émettre un signal de réinitialisation du registre à décalage lorsque la valeur d'un échantillon diffère de celle de l'échantillon précédent de plus d'une quantité prédéterminée ; et- a shift register, comprising a determined number n of positions and capable of emitting a signal for detecting an absence of pulse when all the positions are in a validation state; - a control clock of the analog-digital converter, also connected to the shift register to successively put in a validation state a position of the shift register at each sample of the digital signal; a comparator able to compare a digital value of each sample with the digital value of the previous sample in the succession of samples of the digital signal and able to send a reset register reset signal when the value of a sample differs that of the previous sample by more than a predetermined quantity; and
- un système de remise à zéro du registre à décalage lorsqu'au moins un bit parmi un nombre prédéterminé de bits de poids fort d'un échantillon est non-nul.- a system for resetting the shift register to zero when at least one bit among a predetermined number of most significant bits of a sample is non-zero.
Au sens de l'invention, on considère que le codeur, ou convertisseur analogique-numérique, délivre un signal codé, ou numérique, formé d'une succession d'échantillons dont la valeur reflète la valeur du signal analogique appliqué au convertisseur analogique- numérique, à des instants donnés. Ces instants sont déterminés par l'horloge.Within the meaning of the invention, it is considered that the encoder, or analog-digital converter, delivers a coded or digital signal formed by a succession of samples whose value reflects the value of the analog signal applied to the analog-digital converter, at given times. These times are determined by the clock.
La présente invention concerne également et en particulier, l'utilisation de l'unité de codage pour le traitement de signaux photodétecteurs d'une gamma- caméra notamment d'une gamma-caméra à photomultiplicateurs.The present invention also relates in particular to the use of the coding unit for the processing of photodetector signals of a gamma-camera, in particular of a gamma-camera with photomultipliers.
Par ailleurs, l'invention concerne une gamma-caméra comprenant une pluralité de photodétecteurs et une unité de calcul et de traitement de signal. Conformément à l'invention, une unité de codage telle que décrite précédemment est connectée respectivement entre chaque photodétecteur et l'unité de calcul et de traitement de signal.Furthermore, the invention relates to a gamma camera comprising a plurality of photodetectors and a signal calculation and processing unit. According to the invention, a coding unit as described above is connected respectively between each photodetector and the signal calculation and processing unit.
Enfin, l'invention concerne un procédé de codage du signal électrique analogique d'un photodétecteur apte à émettre des impulsions. Selon le procédé, on convertit le signal analogique du photodétecteur en un signal numérique correspondant et on corrige automatiquement le niveau du signal analogique en fonction du signal numérique obtenu en l'absence d'impulsion du photodétecteur.Finally, the invention relates to a method for coding the analog electrical signal of a photodetector capable of emitting pulses. According to the method, the analog signal from the photodetector is converted into a corresponding digital signal and the level of the analog signal is automatically corrected as a function of the digital signal obtained in the absence of a pulse from the photodetector.
Selon une mise en oeuvre particulière du procédé, on compare le signal numérique à un seuil bas et à un seuil haut et on ajoute au signal analogique une tension de correction tendant à abaisser le niveau du signal analogique lorsque le signal numérique produit en l'absence d'impulsion dépasse le seuil haut et tendant à augmenter le niveau du signal analogique lorsque le signal numérique produit en l'absence d'impulsion est inférieur au seuil bas.According to a particular implementation of the method, the digital signal is compared to a low threshold and to a high threshold and a correction voltage is added to the analog signal tending to lower the level of the analog signal when the digital signal produced in the absence pulse exceeds the high threshold and tends to increase the level of the analog signal when the digital signal produced in the absence of a pulse is below the low threshold.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés, donnée à titre purement illustratif et non limitatif.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, with reference to the figures of the appended drawings, given purely by way of non-limiting illustration.
Brève description des figuresBrief description of the figures
- La figure 1, déjà décrite, est un schéma simplifié d'un canal de traitement du signal d'un photomultiplicateur d'une gamma-caméra.- Figure 1, already described, is a simplified diagram of a signal processing channel of a photomultiplier of a gamma-camera.
- La figure 2 est un schéma simplifié d'un canal de traitement du signal d'un photomultiplicateur incluant une unité de codage conforme à la présente invention.- Figure 2 is a simplified diagram of a signal processing channel of a photomultiplier including a coding unit according to the present invention.
- La figure 3 est un schéma détaillé d'une unité de codage conforme à la présente invention.- Figure 3 is a detailed diagram of a coding unit according to the present invention.
Description détaillée de modes de réalisation La description qui suit se réfère plus précisément au traitement du signal d'un photomultiplicateur d'une gamma-caméra. Il convient cependant de noter que l'invention peut être utilisée également pour le traitement du signal d'un photomultiplicateur ou d'un autre type de photodétecteur dans d'autres applications telles que des applications de mesure dans le domaine de la physique nucléaire, par exemple.Detailed description of embodiments The following description refers more precisely to the processing of the signal from a photomultiplier of a gamma-camera. It should however be noted that the invention can also be used for processing the signal from a photomultiplier or another type of photodetector in other applications such as measurement applications in the field of nuclear physics, for example. example.
La figure 2 montre un canal 100 de traitement du signal du photomultiplicateur d'une gamma-caméra. La gamma-caméra comporte une pluralité de photomultiplicateurs et une pluralité de canaux fonctionnant selon le même schéma. Pour des raisons de simplification, les parties de la figure 2, identiques ou similaires à des parties de la figure 1, portent les mêmes références auxquelles on a ajouté 100. Le photomultiplicateur 110 est relié à un convertisseur analogique-numérique 112 par l'intermédiaire d'un convertisseur courant-tension 114 et d'un amplificateur opérationnel 115.FIG. 2 shows a channel 100 for processing the signal from the photomultiplier of a gamma-camera. The gamma camera includes a plurality of photomultipliers and a plurality of channels operating according to the same scheme. For reasons of simplification, the parts of Figure 2, identical or similar to parts of Figure 1, have the same references to which 100 has been added. The photomultiplier 110 is connected to an analog-digital converter 112 via a current-voltage converter 114 and an operational amplifier 115.
Le convertisseur courant-tension 114 est par exemple un amplificateur opérationnel à contre- réaction totale pour convertir le signal en courant produit par le photomultiplicateur en un signal en tension.The current-voltage converter 114 is for example an operational amplifier with total feedback to convert the signal into current produced by the photomultiplier into a signal into voltage.
La sortie 118 du convertisseur analogique- numérique 112 est reliée à un sommateur numérique 120 associé à une unité de calcul numérique 122. Le sommateur et l'unité de calcul ne font pas partie en eux-mêmes de l'unité de codage au sens de l'invention, mais font partie de la gamma-caméra utilisant l'unité de codage.The output 118 of the analog-digital converter 112 is connected to a digital adder 120 associated with a digital computing unit 122. The adder and the computing unit are not in themselves part of the coding unit in the sense of the invention, but are part of the gamma camera using the coding unit.
La sortie numérique 118 est également reliée à des moyens 130 de correction automatique de niveau du signal reçu par le convertisseur analogique- numérique. La sortie des moyens de correction 130 est reliée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique 112 par l'intermédiaire de l'amplificateur opérationnel 115.The digital output 118 is also connected to means 130 for automatic correction of the level of the signal received by the analog-digital converter. The output of the correction means 130 is connected to the input of the analog-digital converter 112 via the operational amplifier 115.
Plus précisément, l'amplificateur opérationnel 115 permet d'ajouter au signal provenant du convertisseur courant-tension 114 une tension de correction délivrée par le moyen de correction 130. Dans le schéma de la figure 2 la sortie du convertisseur courant-tension 114 est reliée à une entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 115 et la sortie des moyens de correction 130 est reliée à une entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel 115. Le fonctionnement des moyens de correction est décrit plus en détail en se référant à la figure 3. Comme le montre la figure 3, l'entrée des moyens de correction 130, reliée à la sortie 118 du convertisseur analogique-numérique, comporte un aiguillage 132 capable de diriger les bits de poids fort des échantillons provenant du convertisseur analogique-numérique vers une première voie 134 et de diriger les bits de poids faible des échantillons provenant du convertisseur analogique-numérique vers une deuxième voie 136.More specifically, the operational amplifier 115 makes it possible to add to the signal coming from the current-voltage converter 114 a correction voltage delivered by the correction means 130. In the diagram of FIG. 2, the output of the current-voltage converter 114 is connected to one inverting input of the operational amplifier 115 and the output of the correction means 130 is connected to a non-inverting input of the operational amplifier 115. The operation of the correction means is described in more detail with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, the input of the correction means 130, connected to the output 118 of the analog-digital converter, comprises a switch 132 capable of directing the most significant bits of the samples coming from the analog-digital converter to a first channel 134 and to direct the least significant bits of the samples coming from the analog-digital converter to a second channel 136.
La séparation entre bits de poids fort et faible peut être établie selon des critères adaptés à l'application envisagée et en fonction de la qualité du convertisseur analogique-numérique utilisé. A titre d'exemple pour un convertisseur analogique-numérique apte à délivrer des échantillons codés sur 8 bits on peut considérer que les bits notés bO, bl, b2, b3 et b4, de plus faible signification (2°, 21,22,23,24) sont les bits de poids faible et que les bits notés b5, b6 et b7 (25,26,27) sont les bits de poids fort.The separation between most significant and least significant bits can be established according to criteria adapted to the envisaged application and according to the quality of the analog-digital converter used. By way of example for an analog-digital converter capable of delivering samples coded on 8 bits, it can be considered that the bits denoted bO, bl, b2, b3 and b4, of lower significance (2 °, 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 ) are the least significant bits and that the bits denoted b5, b6 and b7 (2 5 , 2 6 , 2 7 ) are the most significant bits.
Les moyens de correction 130 comportent par ailleurs un registre à décalage 140. Ce registre comprend un nombre n déterminé de positions qui peuvent être dans un état de validation, par exemple l'état logique 1, ou dans un état de non-validation, par exemple l'état logique 0. Le registre à décalage fait partie d'un détecteur d'absence d'impulsion décrit ci-après. Au sens de la présente invention, on considère qu'il y a absence d'impulsion lorsqu'on détecte un signal numérique correspondant au fond continu émis par le photomultiplicateur en l'absence événement. Ce signal est désigné par "ligne de base". La ligne de base est définie comme une succession de n valeurs d'échantillons, positives faibles, et égales entre elles, au bruit de codage près c'est-à-dire à un bit de plus faible poids près. Le nombre n de valeurs déterminant la présence d'une ligne de base est égal au nombre n de positions du registre à décalage 140.The correction means 130 also comprise a shift register 140. This register comprises a determined number n of positions which can be in a validation state, for example the logic state 1, or in a non-validation state, for example logic state 0. The shift register is part of an absence of pulse detector described below. Within the meaning of the present invention, it is considered that there is absence of pulse when a digital signal corresponding to the continuous background emitted by the photomultiplier is detected in the absence of an event. This signal is referred to as "baseline". The baseline is defined as a succession of n sample values, positive weak, and equal to each other, except for coding noise, that is to say to a bit of least significant weight. The number n of values determining the presence of a baseline is equal to the number n of positions of the shift register 140.
A titre indicatif n peut être choisi de l'ordre de 10, pour une fréquence d'échantillonnage de 10 MHz.As an indication n can be chosen in the order of 10, for a sampling frequency of 10 MHz.
Le registre à décalage 140 est utilisé comme un compteur.The shift register 140 is used as a counter.
Lorsque les critères définissant la ligne de base sont remplis, les positions du registre à décalage sont successivement mises dans l'état de validation, l'une après l'autre, en réponse respectivement à un signal de synchronisation provenant d'une horloge. Les positions du registre à décalage sont par contre toutes réinitialisées dans un état de non validation lorsque au moins l'un des critères définissant la ligne de base n'est pas rempli. Sur la figure 3, l'horloge et le signal de synchronisation sont simplement repérés par une lettre H ou H . La même horloge est également utilisée pour cadencer le fonctionnement du convertisseur analogique-numérique. La vérification du premier critère définissant la ligne de base est effectuée à partir de la première voie 134 qui reçoit les bits de poids fort.When the criteria defining the baseline are met, the positions of the shift register are successively put into the validation state, one after the other, respectively in response to a synchronization signal from a clock. On the other hand, the positions of the shift register are reinitialized in a non-validation state when at least one of the criteria defining the baseline is not fulfilled. In FIG. 3, the clock and the synchronization signal are simply identified by a letter H or H. The same clock is also used to clock the operation of the analog-digital converter. The first criterion defining the baseline is checked from the first channel 134 which receives the most significant bits.
Le premier critère définissant la ligne de base est celui de la succession d'échantillons de valeurs positives faibles.The first criterion defining the baseline is that of the succession of samples of low positive values.
Ce critère est satisfait lorsque tous les bits de poids fort, dirigés dans la voie 134 sont nuls.This criterion is satisfied when all the most significant bits, directed in the channel 134 are zero.
La voie 134 est reliée à une borne de réinitialisation 142 du registre à décalage 140 par l'intermédiaire d'une porte NON ou NOR 144 et d'une porte ET (AND) 146. Ainsi, lorsque l'un des bits de poids fort d'un échantillon est à l'état logique "1", le registre à décalage est réinitialisé pour mettre toutes ses positions dans un état de non-validationChannel 134 is connected to a reset terminal 142 of the shift register 140 via a NON or NOR gate 144 and an AND (AND) gate 146. Thus, when one of the most significant bits of a sample is in logic state "1", the shift register is reset to put all its positions in a non-validation state
(état logique "0") .(logical state "0").
La vérification du deuxième critère définissant la ligne de base est effectuée à partir de la voie 136 qui reçoit les bits de poids faible. Le deuxième critère définissant la ligne de base est le fait que les valeurs positives des échantillons formant la ligne de base sont égales entre elles au bruit de codage près { +_ 1/2 LSB) .The verification of the second criterion defining the baseline is carried out from channel 136 which receives the least significant bits. The second criterion defining the baseline is the fact that the positive values of the samples forming the baseline are equal to each other except for coding noise ({+ _ 1/2 LSB).
Pour vérifier l'égalité des valeurs des échantillons successifs, les moyens de correction 130 présentent un comparateur 150.To verify the equality of the values of the successive samples, the correction means 130 have a comparator 150.
Le comparateur présente une première entrée 152 à laquelle est directement relié la voie 136. L'entrée 152 reçoit ainsi les bits de poids faible des échantillons fournis par le convertisseur analogique- numérique .The comparator has a first input 152 to which the channel 136 is directly connected. The input 152 thus receives the least significant bits of the samples supplied by the analog-digital converter.
La voie 136 est également connectée à une deuxième entrée 154 du comparateur par l'intermédiaire d'une unité de retard 156. L'unité de retard permet de retarder le signal d'un temps d'horloge et de garder en mémoire la valeur de l'échantillon précédent. Un signal' d'horloge H est à cet effet appliqué à l'unité de retard 156.Channel 136 is also connected to a second input 154 of the comparator via a delay unit 156. The delay unit makes it possible to delay the signal by one clock time and to keep in memory the value of the previous sample. To this end, a clock signal H is applied to the delay unit 156.
Ainsi, le comparateur 150 compare, à chaque signal d'horloge, l'échantillon numérique actuellement présent sur la voie 136 à l'échantillon qui y était présent au temps d'horloge précédent. Lorsque les échantillons numériques ne diffèrent pas de plus de la valeur d'un bit de plus faible poids, alors le comparateur n'émet pas de signal de réinitialisation. Sa sortie 158 est alors à l'état logique "1". Par contre, lorsque la valeur des échantillons diffère de plus de la valeur d'un bit de plus faible poids, la sortie 158 passe à l'état logique 0 qui correspond à un signal de réinitialisation. Comme la sortie 158 est reliée au registre à décalage 140 par l'intermédiaire de la porte ET 146, le registre est alors réinitialisé.Thus, the comparator 150 compares, at each clock signal, the digital sample currently present on channel 136 with the sample which was present there at the previous clock time. When the digital samples do not differ by more than the value of a least significant bit, then the comparator does not emit a reset signal. Its output 158 is then in logic state "1". On the other hand, when the value of the samples differs by more than the value of a least significant bit, the output 158 goes to logic state 0 which corresponds to a reset signal. As the output 158 is connected to the shift register 140 via the AND gate 146, the register is then reset.
Comme le montre la figure 3, le signal comportant les bits de poids faible de la voie 136 est prélevé sur l'entrée 154 du comparateur 150 et est dirigé vers des moyens de comparaison 160. Ce signal peut aussi être prélevé à l'entrée 152 du comparateur.As shown in FIG. 3, the signal comprising the least significant bits of channel 136 is taken from input 154 of comparator 150 and is directed to comparison means 160. This signal can also be taken from input 152 of the comparator.
Les moyens de comparaison 160 comportent deux comparateurs à seuil 162 et 164.The comparison means 160 comprise two threshold comparators 162 and 164.
Le signal de la voie 136 est appliqué à une première entrée 162a, 164a respectivement de chaque comparateur à seuil.The signal from channel 136 is applied to a first input 162a, 164a respectively of each threshold comparator.
Les comparateurs à seuil 162, 164 présentent également chacun une deuxième entrée 162b, 164b. Sur ces entrées sont appliquées en permanence une valeur de seuil haut et une valeur de seuil bas du signal, ces valeurs sont notés SH et SB sur la figure 3. Les comparateurs à seuil 162 et 164, en comparant le signal numérique aux valeurs des seuils haut et bas, permettent de vérifier que le niveau de la ligne de base est suffisamment élevé pour éviter le risque de valeurs négatives du signal analogique appliqué à l'entrée du convertisseur analogique- numérique, et suffisamment faible toutefois pour ne pas amputer une partie trop importante de la plage dynamique du convertisseur analogique-numérique.The threshold comparators 162, 164 also each have a second input 162b, 164b. On these inputs are permanently applied a high threshold value and a low threshold value of the signal, these values are denoted SH and SB in FIG. 3. Threshold comparators 162 and 164, by comparing the digital signal with the values of the thresholds high and low, make it possible to check that the baseline level is high enough to avoid the risk of negative values of the analog signal applied to the input of the analog-digital converter, and low enough however not to amputate too much significant range of the analog-to-digital converter.
A titre indicatif, le niveau du signal analogique appliquée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique est considéré comme pouvant faire partie de la ligne de base lorsqu'il est inférieur à un huitième de la plage dynamique du convertisseur analogique-numérique. Les valeurs du seuil haut et du seuil bas peuvent être fixées par exemple à 7 et 5, pour un convertisseur avec une plage dynamique de sortie de 256 canaux (8 bits).As an indication, the level of the analog signal applied to the input of the analog-digital converter is considered to be part of the baseline when it is less than one eighth of the dynamic range of the analog-digital converter. The values of the high threshold and the low threshold can be fixed for example at 7 and 5, for a converter with a dynamic output range of 256 channels (8 bits).
Les sorties des comparateurs à seuil 162 et 164 portent les références 162c et 164c sur la figure 3. Elles sont respectivement appliquées à l'entrée d'une porte logique NON OU (NOR) 166 et d'une porte ETThe outputs of the threshold comparators 162 and 164 bear the references 162c and 164c in FIG. 3. They are respectively applied to the input of a NOR or NOR logic gate 166 and an AND gate
(AND) 168. On note que le signal de sortie du comparateur à seuil 164 est inversé à l'entrée de la porte ET 168. Les sorties des portes logiques 166 et 168 délivrent respectivement un signal de validation de correction et un signal de sens de correction. Les sorties 166 et 168 de même qu'une sortie 148 du registre à décalage 140, sont connectées à un compteur de correction 170.(AND) 168. It is noted that the output signal of the threshold comparator 164 is inverted at the input of the AND gate 168. The outputs of the logic gates 166 and 168 respectively deliver a correction validation signal and a direction signal correction. The outputs 166 and 168, as well as an output 148 of the shift register 140, are connected to a correction counter 170.
Le compteur de correction 170 délivre sur sa sortie 172, une valeur numérique de correction initiale moyenne lors de la mise sous tension du système .The correction counter 170 delivers on its output 172, a digital initial correction value when the system is powered up.
La sortie 172 est reliée à un convertisseur numérique-analogique capable de convertir le signal numérique présent à la sortie 172 du compteur correcteur 170 en une tension analogique dite tension de correction.The output 172 is connected to a digital-analog converter capable of converting the digital signal present at the output 172 of the corrector counter 170 into an analog voltage called correction voltage.
La sortie 176 du convertisseur numérique- analogique, est reliée enfin à l'amplificateur opérationnel 115 visible également sur la figure 2. L'amplificateur opérationnel 115 ajoute la tension de correction au signal en tension en provenance du photomultiplicateur pour appliquer la somme de ces tensions à l'entrée 116 du convertisseur analogique- numérique.The output 176 of the digital-analog converter, is finally connected to the operational amplifier 115 also visible in FIG. 2. The operational amplifier 115 adds the correction voltage to the voltage signal from the photomultiplier to apply the sum of these voltages at input 116 of the analog-digital converter.
Lorsqu'un signal de détection de ligne de base, c'est-à-dire d'absence d'impulsion, est délivré à la sortie 148 du registre à décalage et que par ailleurs un signal de correction est délivré par la porte logique 166 alors la tension de correction ajoutée au signal du photomultiplicateur est soit trop importante, soit insuffisante. La présence du signal de détection de ligne de base et du signal de correction provoque une modification du signal de correction émis par le compteur-correcteur 170 sur sa sortie 172. La modification du signal de correction dépend également du signal provenant de la porte logique 168 qui indique un sens de correction. Lorsque la ligne de base est à un niveau trop faible, le signal de correction délivré par le compteur 170 est modifié dans un sens tendant à augmenter la tension appliquée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique. Inversement lorsque la ligne de base est à un niveau trop élevé, le signal de correction est modifié dans un sens tendant a diminuer la tension appliquée à l'entrée du convertisseur analogique-numérique .When a baseline detection signal, that is to say no pulse signal, is supplied at output 148 of the shift register and that, moreover, a correction signal is supplied by logic gate 166 then the correction voltage added to the photomultiplier signal is either too high or insufficient. The presence of the baseline detection signal and the correction signal causes a modification of the correction signal emitted by the counter-corrector 170 on its output 172. The modification of the correction signal also depends on the signal coming from the logic gate 168 which indicates a direction of correction. When the baseline is at a level too low, the correction signal delivered by the counter 170 is modified in a direction tending to increase the voltage applied to the input of the analog-digital converter. Conversely, when the baseline is at too high a level, the correction signal is modified in a direction tending to decrease the voltage applied to the input of the analog-digital converter.
Selon une mise en oeuvre particulière, le compteur-correcteur 170 peut être réglé de façon à augmenter ou diminuer la valeur numérique du signal de correction respectivement de une unité de plus faible poids à chaque étape de correction.According to a particular implementation, the counter-corrector 170 can be adjusted so as to increase or decrease the digital value of the correction signal respectively by a unit of lesser weight at each correction step.
Des résistances 180, 182 reliées à des sources de tension (+v, -v) permettent d'ajuster le gain de la correction.Resistors 180, 182 connected to voltage sources (+ v, -v) allow the gain of the correction to be adjusted.
La tension analogique de correction produite par une modification du signal numérique de correction d'une valeur correspondant au bit du plus faible poids est ajustée à une valeur suffisamment faible. Elle est plus précisément choisie de sorte à provoquer une correction du niveau de la ligne de base inférieure à la moitié de la différence entre le seuil haut et le seuil bas.The analog correction voltage produced by a modification of the digital correction signal by a value corresponding to the least significant bit is adjusted to a sufficiently low value. It is more precisely chosen so as to cause a correction of the level of the baseline less than half the difference between the high threshold and the low threshold.
Documents citésCited documents
(1) US-A-3 011 057(1) US-A-3,011,057
(2) FR-A-2 669 439 (2) FR-A-2 669 439

Claims

REVENDICATIONS
1. Unité de codage du signal électrique analogique d'un photodétecteur (110) apte à émettre des impulsions, comprenant un convertisseur analogique- numérique (112) relié au photodétecteur (110), le convertisseur analogique-numérique (112) étant apte à recevoir le signal électrique analogique du photodétecteur et à émettre un signal numérique codé, correspondant au signal analogique et comprenant une succession d'échantillons numériques, caractérisé en ce que l'unité de codage comprend en outre des moyens (130) de correction automatique de niveau du signal reçu par le convertisseur analogique-numérique (112) en fonction d'un signal codé émis par le convertisseur analogique-numérique en l'absence d'impulsion du photodétecteur .1. Unit for coding the analog electrical signal of a photodetector (110) capable of emitting pulses, comprising an analog-digital converter (112) connected to the photodetector, the analog-digital converter (112) being able to receive the analog electrical signal of the photodetector and to transmit a coded digital signal, corresponding to the analog signal and comprising a succession of digital samples, characterized in that the coding unit further comprises means (130) for automatic level correction of the signal received by the analog-digital converter (112) according to a coded signal emitted by the analog-digital converter in the absence of pulse from the photodetector.
2. Unité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de correction (130) sont connectés entre le photodétecteur (110) et le convertisseur analogique-numérique (112) et sont reliés à une sortie d'émission (118) du signal numérique du convertisseur analogique-numérique (112) .2. Unit according to claim 1, characterized in that the correction means (130) are connected between the photodetector (110) and the analog-digital converter (112) and are connected to a transmission output (118) of the signal digital to analog-to-digital converter (112).
3. Unité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de correction (130) comportent :3. Unit according to claim 1 or 2, characterized in that the correction means (130) comprise:
- un détecteur d'absence d'impulsion (140,144,146,150,- an absence of pulse detector (140,144,146,150,
156) dans le signal numérique du convertisseur analogique-numérique ; - des moyens de comparaison (160) du signal numérique à un premier seuil (SB) dit seuil bas et un deuxième seuil (SH) dit seuil haut ; - un compteur de correction (170) apte à émettre un signal de correction d'abaissement de niveau lorsque le signal numérique est supérieur au deuxième seuil (SH) et à émettre un signal de correction d'augmentation de niveau lorsque le signal numérique est inférieur au premier seuil (SB) , le signal de correction étant émis lors d'une détection d'absence d'impulsion ; et156) in the digital signal from the analog-to-digital converter; - Means for comparing (160) the digital signal to a first threshold (SB) said low threshold and a second threshold (SH) said high threshold; - a correction counter (170) capable of transmitting a level reduction correction signal when the digital signal is greater than the second threshold (SH) and of transmitting a level increase correction signal when the digital signal is less at the first threshold (SB), the correction signal being emitted during a detection of absence of pulse; and
- des moyens (115,174) pour ajouter au signal du photodétecteur une tension de correction continue correspondant au signal de correction.- Means (115,174) for adding a continuous correction voltage corresponding to the correction signal to the photodetector signal.
4. Unité selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour ajouter au signal du photodétecteur une tension de correction comportent un convertisseur numérique-analogique (174) pour convertir le signal de correction du compteur de correction (170) en une tension analogique de correction et un amplificateur opérationnel (115) pour ajouter au signal du photodétecteur la tension analogique de correction.4. Unit according to claim 3, characterized in that the means for adding a correction voltage to the signal from the photodetector comprise a digital-analog converter (174) for converting the correction signal from the correction counter (170) into an analog voltage correction and an operational amplifier (115) for adding the analog correction voltage to the photodetector signal.
5. Unité selon la revendication 3 caractérisé en ce que le détecteur d'absence d'impulsion comporte :5. Unit according to claim 3 characterized in that the absence of pulse detector comprises:
- un registre à décalage (140) comportant un nombre déterminé n de positions et apte à émettre un signal de détection d'une absence d'impulsion lorsque toutes les positions sont dans un état de validation ;- a shift register (140) comprising a determined number n of positions and capable of emitting a signal for detecting an absence of pulse when all the positions are in a validation state;
- une horloge de pilotage [ H , H ) du convertisseur analogique-numérique, reliée également au registre à décalage (140) pour successivement mettre dans un état de validation une position du registre de décalage à chaque échantillon du signal numérique ; - un comparateur (150) apte à comparer une valeur numérique de chaque échantillon à la valeur numérique de l'échantillon précédent dans la succession d'échantillons du signal numérique et apte à émettre un signal de réinitialisation du registre à décalage lorsque la valeur d'un échantillon diffère de celle de l'échantillon précédent de plus d'une quantité prédéterminée ; et- a control clock [H, H) of the analog-digital converter, also connected to the shift register (140) for successively putting in a validation state a position of the shift register at each sample of the digital signal; - a comparator (150) able to compare a digital value of each sample with the digital value of the previous sample in the succession of samples of the digital signal and able to emit a reset signal of the shift register when the value of a sample differs from that of the previous sample by more than a predetermined amount; and
- un système de remise (144,146) à zéro du registre à décalage lorsqu'au moins un bit parmi un nombre prédéterminé de bits de poids fort d'un échantillon est non-nul.- a system for resetting (144, 146) to zero of the shift register when at least one bit among a predetermined number of most significant bits of a sample is non-zero.
6. Unité selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comportent :6. Unit according to claim 3, characterized in that the comparison means comprise:
- un premier comparateur à seuil (164) pour comparer la valeur de chaque échantillon au seuil bas (SB) ; et- a first threshold comparator (164) for comparing the value of each sample with the low threshold (SB); and
- un deuxième comparateur à seuil (162) pour comparer la valeur de chaque échantillon au seuil haut (SH) . - a second threshold comparator (162) for comparing the value of each sample with the high threshold (SH).
7. Unité selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comportent une première sortie pour émettre vers le compteur de correction un signal de validation de correction et une deuxième sortie pour émettre vers le compteur de correction un signal de sens de correction.7. Unit according to claim 3, characterized in that the comparison means comprise a first output for transmitting a correction validation signal to the correction counter and a second output for transmitting a correction direction signal to the correction counter .
8. Utilisation d'une unité de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour le traitement de signaux de photomultiplicateurs d'une gamma-caméra . 8. Use of a coding unit according to any one of claims 1 to 7 for the processing of photomultiplier signals of a gamma-camera.
9. Gamma-caméra comprenant une pluralité de photodétecteurs et une unité de calcul et de traitement de signal, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une unité de codage conforme à au moins une des revendications 1 à 7, connectée entre chaque photodétecteur et l'unité de calcul et de traitement de signal . 9. Gamma camera comprising a plurality of photodetectors and a signal processing and calculation unit, characterized in that it also comprises a coding unit according to at least one of claims 1 to 7, connected between each photodetector and the signal calculation and processing unit.
10. Procédé de codage du signal électrique analogique d'un photodétecteur apte à émettre des impulsions, caractérisé en ce que :10. Method for coding the analog electrical signal of a photodetector capable of emitting pulses, characterized in that:
- on convertit le signal analogique du photodétecteur en un signal numérique correspondant, et - on corrige automatiquement le niveau du signal analogique en fonction du signal numérique obtenu en l'absence d'impulsion du photodétecteur.- the analog signal from the photodetector is converted into a corresponding digital signal, and - the level of the analog signal is automatically corrected as a function of the digital signal obtained in the absence of a pulse from the photodetector.
11. Procédé de codage selon la revendication 10, caractérisé en ce que : - on compare le signal numérique à un seuil bas et à un seuil haut, et11. Coding method according to claim 10, characterized in that: - the digital signal is compared to a low threshold and to a high threshold, and
- on ajoute au signal analogique une tension de correction tendant à abaisser le niveau du signal analogique lorsque le signal numérique, produit en l'absence d'impulsion, dépasse le seuil haut et tendant à augmenter le niveau du signal analogique lorsque le signal numérique produit en l'absence d'impulsion est inférieur au seuil bas. - a correction voltage is added to the analog signal tending to lower the level of the analog signal when the digital signal, produced in the absence of a pulse, exceeds the high threshold and tending to increase the level of the analog signal when the digital signal produced in the absence of a pulse is below the low threshold.
PCT/FR1997/001809 1996-10-14 1997-10-10 Unit and method for encoding photodetector signal, with correction of input level, and use of such a unit for a gamma-camera WO1998017002A1 (en)

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FR2592257A1 (en) * 1985-12-19 1987-06-26 Sgs Microelettronica Spa METHOD AND APPARATUS FOR COMBINATION PELLET FOR IMPULSE CODE MODULATION HAVING AN IMPROVED AUTOMATIC RESET CIRCUIT
FR2669439A1 (en) * 1990-11-21 1992-05-22 Commissariat Energie Atomique NUCLEAR DETECTION METHOD WITH BASIC POTENTIAL CORRECTION AND APPARATUS (IN PARTICULAR GAMMA-CAMERA) CORRESPONDING.

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