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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur
Echtzeitkalibrierung von Verstärkung und Offset bzw. Versatz eines
Positionsdetektorsignals in X- und Y-Richtung innerhalb
eines Strahlungsmeßapparates mit Strahlungsdetektoren.
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Bei einem Strahlungsmeßapparat mit einem auf
Strahlungseinfall ansprechenden Szintillator zur Erzeugung van
Szintillationen und einem Photoelektronenvervielfacher
(Photomultiplier - PMT), welcher die erzeugten Szintillationen in
elektrische Signale wandelt, ist eine stabile
Strahlungsmessung z.B. die Verstärkungssteuerung des PMT sehr
wichtig, um die Genauigkeit der Strahlungsmessung zu
verbessern.
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Da jedoch die Verstärkungssteuerung bei herkömmlichen
Strahlungsmeßapparaten manuell erfolgt, ist es nicht
einfach, die PMT-Verstärkung mit hoher Genauigkeit zu steuern.
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Ein Verfahren zur Steuerung der PMT-Verstärkung läßt sich
verwirklichen, indem der PMT mit Normallicht einer
Leuchtdiode (LED) bestrahlt und der Ausgang des PMT zur LED
rückgekoppelt wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, das
Normallicht während der Strahlungsmessung oftmals zu
messen. Wenn jedoch das Normallicht während der
Strahlungsmessung
gemessen wird, wird gleichzeitig auch die Strahlung
erkannt. Das bedeutet, daß dann, wenn die Strahlung während
der Emission des Normallichts auf den Szintillator fällt,
von diesem erzeugte Szintllationen durch den PMT zusammen
mit dem Normallicht erkannt werden.
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Im Ergebnis kann eine stabile Verstärkungssteuerung des PMT
nicht erzielt werden, wodurch die Genauigkeit der
Strahlungsmessung verringert wird.
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Hier kann beispielsweise ein Verfahren entwickelt werden,
bei welchem die Szintillationen durch Bestrahlung des PMT
mit Normallicht eines im Vergleich zu den Szintillationen
hohen Energieniveaus vernachlässigt werden können.
Allerdings sind die Meßbedingungen für das Normallicht und
diejenigen für die Szintillationen voneinander verschieden.
Dies macht eine ordnungsgemäße Verstärkungssteuerung für
den PMT unmöglich.
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Angesichts der obigen Ausführungen wird eine Vorrichtung
gewünscht, welche die stabile Verstärkungssteuerung in
Strahlungsmeßapparaten leisten kann.
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Die zum Stand der Technik gehörige EP-A1-0 066 763
beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen
Verstärkungssteuerung von Photoelektronenvervielfacherröhren einer
Gammakamera. Bei dieser Vorrichtung wird eine Vielzahl von
Leuchtdioden mit Spannung von einem kontinuierlich
arbeitenden
Impulsgenerator versorgt. Das von den Leuchtdioden
emittierte Licht trifft auf Kathoden der
Photoelektronenvervielfacherröhren auf. Eine Steuerschaltung für jede
Photoelektronenvervielfacherröhre dient zur Steuerung der
Potentialdifferenz zwischen zwei Dynoden der
Photoelektronenvervielfacherröhre und umfaßt einen mit dem Ausgang der
zugehörigen Photoelektronenvervielfacherröhre gekoppelten
Spitzenwertdetektor. Das Ausgangssignal der
Photoelektronenvervielfacherröhre wird an einen Komparator zum
Vergleich mit einer regelbaren stabilen Referenzspannung
geliefert. Der Ausgang des Komparators ist mit einer über die
beiden Dynoden verbundenen Widerstandssteuerschaltung
gekoppelt, so daß eine kontinuierliche Neukalibrierung der
Verstärkung jeder Photoelektronenvervielfacherröhre während
des Betriebs der Gammakamera erfolgen kann. Zusammenfassend
läßt sich sagen, daß auch diese dem Stand der Technik
entsprechende Veröffentlichung eine Vorrichtung beschreibt, in
welcher die Eigenschaft einer
Photoelektronenvervielfacherröhre durch Änderung ihres Verstärkungsfaktors kalibriert
wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System
zur Steuerung von Verstärkung und Offset bzw. Versatz in
Strahlungsmeßapparaten bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung
ein System gemäß Anspruch 1 bereit.
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Dieses System umfaßt insbesondere eine Generatoreinrichtung
zur Erzeugung des Normallichts, eine Wandlereinrichtung zur
Wandlung eines Licht- in ein elektrisches Signal, eine
Überwachungseinrichtung zur Überwachung des gewandelten
elektrischen Signals und zur Erkennung eines
Spannungswertes des überwachten elektrischen Signals, wenn dieses ein
dem Normallicht entsprechendes elektrisches Signal enthält,
und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung von
Verstärkung und Offset des Strahlungsmeßapparates, um einen
Verstärkungs- und einen Offsetkorrekturwert in Übereinstimmung
mit dem erkannten und einem Ausgangsspannungswert zu
erhalten.
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Ein Verfahren für den Betrieb des Systems umfaßt
insbesondere die folgenden Schritte:
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Erzeugung eines Normallichts;
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Wandlung des Lichts in ein elektrisches Signal;
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Überwachung des gewandelten elektrischen Signals sowie
Erkennung eines Spannungswertes des überwachten
elektrischen Signals, wenn dieses ein dem Normallicht
entsprechendes elektrisches Signal enthält; und
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Steuerung von Verstärkung und Offset bzw. Versatz des
Strahlungsmeßapparates durch Erhalt eines
Verstärkungs- und eines Offsetkorrekturwerts in
Übereinstimmung mit dem erkannten und einem
Ausgangsspannungswert.
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Diese Erfindung wird anhand der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen erläutert; es zeigen:
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Fig. 1 und 2 Blockschaltbilder von
Verstärkungs-Steuerungssystemen in herkömmlichen
Strahlungsmeßapparaten;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Strahlungsmeßsystems
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 4 ein Wellenformdiagramm des von einer
Leuchtdiode erzeugten Normallichtes;
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Fig. 5 eine zweidimensionale Anordnung bzw. Matrix von
Photoelektronenvervielfachern;
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Fig. 6 einen Schaltungsaufbau einer AGC-Schaltung im
vorliegenden System;
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Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Erkennung des
Offset bzw. Versatzes;
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Fig. 8 und 9 Flußdiagramme der Verstärkungs- und Offset-
bzw. Versatzkorrektur bei dem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 10 Diagramme zur Erläuterung der Erkennung des
überlagerten Lichtes;
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Fig. 11 ein Flußdiagramm einer zweiten Verstärkungs-
und Offset- bzw. Versatzkorrektur bei dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 12 ein Blockschaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 13 ein Blockschaltbild eines dritten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 14 und 15 eine Vorder- und eine Draufsicht zur
Darstellung der Lage einer Punktquelle für einen
Photoelektronenvervielfacher; und
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Fig. 16 eine Änderung der Energiepegel eines Signals
aufgrund einer Änderung des Verstärkungsfaktors
in den Systemen der vorliegenden Erfindung.
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In den in den Fig. 1 und 2 gezeigten herkömmlichen PMT-
Verstärkungssteuerungssystemen wird ein PMT 1 mit von einer
Leuchtdiode (LED) 2 unter der Steuerung eines
LED-Controllers 5 erzeugtem Normallicht bestrahlt. Ein Ausgangssignal
des PMT 1 wird an einen Rückkopplungs-Controller 4 gelegt.
Der Rückkopplungs-Controller 4 steuert die Verstärkung
eines Vorverstärkers 3 in Übereinstimmung mit dem
Ausgangssignal des PMT 1. Als Ergebnis wird der Verstärkungsfaktor
des PMT 1 indirekt gesteuert. Der Rückkopplungs-Controller
4 kann die Ausgangsspannung einer
Hochspannungs-(HV)-Einheit 6 so steuern, daß der Verstärkungsfaktor des PMT 1
indirekt gesteuert wird.
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Bei der Messung des Normallichts während der
Strahlungsmessung werden solche Systeme nicht nur das Normallicht,
sondern auch die Strahlung erkennen. Somit kann eine stabile
Steuerung der Verstärkung des PMT nicht erreicht werden.
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Es sei nunmehr auf die Fig. 3 verwiesen, welche ein
Verstärkungssteuerungssystem entsprechend einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Das jeweilige von LED's 12-1 bis 12-n erzeugte Normallicht
wird zu PMT's 10-1 bis 10-n geschickt, welche von einer HV-
Einheit 28 gesteuert werden. Die LED's 12-1 bis 12-n
erzeugen unter der Steuerung eines LED-Controllers 27 jeweils
zwei Typen von Normallicht P1 und P2, die sich
untereinander hinsichtlich der Lichtmenge unterscheiden. Ein
Szintillator 40 erzeugt als Reaktion auf den Strahlungseinfall
auf ihn Szintillationen. Ein Lichtleiter 41 leitet die
erzeugten-Szintillationen zu den PMT's 10-1 bis 10-n.
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Die Fig. 5 zeigte eine zweidimensionale Anordnung bzw.
Matrix (X-Richtung, Y-Richtung) der PMT's 10-1 bis 10-n.
Die LED's 12-1 bis 12-n sind jeweils in der Nähe der PMT's
10-1 bis 10-n angeordnet. Wahlweise können beispielsweise
die LED's 12-1 bis 12-4 in der Nähe der PMT's 10-1 bis 10-4
angeordnet werden, welche sich in den vier Ecken der die
PMT's 10-1 bis 10-n umfassenden PMT-Matrix befinden. Die
LED's 12-1 bis 12-n erzeugen Licht eines Spektrums, welche
nahe dem optischen Spektrum des Szintillators 40 liegt,
z.B. grünes Licht als Normallicht. Die LED's 12-1 bis 12-n
werden durch Stromimpulse mit einem vorgegebenen
Tastverhältnis vom LED-Controller 27 gesteuert.
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Vorverstärker 15-1 bis 15-n sind den PMT's 10-1 bis 10-n
zugeordnet und verfügen jeweils über automatische
Verstärkungsregelungsschaltungen (AGC - Automatic Gain Control)
16-1 bis 16-n. Die Verstärkungsfaktoren der Vorverstärker
15-1 bis 15-n werden jeweils durch einen System-Controller
26 gesteuert, welcher beispielsweise eine Zentraleinheit
(CPU) umfaßt. Die Ausgangssignale der Vorverstärker 15-1
bis 15-n werden über einen Summierverstärker 19 an eine
Impulsformerschaltung 20 gelegt.
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Wie in der Fig. 6 gezeigt, umfaßt die AGC-Schaltung 16-1
einen D/A-Wandler 16a des Multiplikationstyps sowie
Zwischenspeicherschaltungen 16b und 16c. Die AGC-Schaltungen
16-2 bis 16-n sowie später zu beschreibende AGC-Schaltungen
57 und 58 haben dieselbe Konfiguration wie die
AGC-Schaltung 16-1.
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Anschlüsse B1 bis B12 des D/A-Wandlers 16a des
Multiplikationstyps sind mit Anschlüssen Q1 bis Q6 der
Zwischenspeicherschaltungen 16b und 16c verbunden. Jede der
Zwischenspeicherschaltungen 16b und 16c spricht auf ein an seinen
CK-Anschluß gelegtes CK-Signal an, um ein 12 Bit breites
digitales Signal, d.h. ein an ihre Anschlüsse D1 bis D6 vom
System-Controller 26 gelegtes Verstärkungskorrektursignal,
welches später beschrieben wird, zu halten. Das digitale
Signal wird an den D/A-Wandler 16a des Multiplikationstyps
abgesetzt.
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Ein A/D-Wandler 24 wandelt ein von der
Impulsformerschaltung 20 abgesetztes Analogsignal in ein digitales Signal
und legt das digitale Signal an eine Versatz- bzw. Offset-
Korrekturschaltung 25. Die Offset-Korrekturschaltung 25
korrigiert den Versatz bzw. Offset des digitalen Signals,
d.h. die Meßdaten der Strahlung, in Übereinstimmung mit
einem Offset-Korrekturwert.
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Nunmehr wird ein Verfahren zur Berechnung des Offset-
Korrekturwertes beschrieben.
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Wenn die Normallichttypen P1 und P2 zu verschiedenen
Zeitpunkten auf die PMT's 10-1 bis 10-n fallen, werden als
Spitzenwerte der entsprechenden Ausgangssignale des A/D-
Wandlers 24 für den Fall, daß kein Versatz bzw. Offset
auftritt, als OP1 bzw. OP2 im Graphen der Fig. 7 angenommen.
Man geht hier davon aus, daß die Spitzenwerte für die
Normallichttypen P1 und P2 so eingeregelt sind, daß eine
OP1 mit OP2 verbindende gerade Linie durch den Ursprung O
verläuft. Werden die PMT's 10-1 bis 10-n nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit erneut mit Normallicht P1 und P2
bestrahlt, dann würde im Falle eines Versatzes der
Ausgangs-Spitzenwerte des A/D-Wandlers 24 nach OP1' und OP2' eine
OP1' und OP2' verbindende gerade Linie L nicht durch den
Ursprung O verlaufen. Die Abweichung der geraden Linie L
bezogen auf den Ursprung O entspricht der Versatz- bzw.
Offsetgröße. Der Versatz- bzw. Offset-Korrekturwert dient
zur Korrektur der Abweichung.
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Der System-Controller 26 berechnet einen Verstärkungs-
Korrekturwert in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal
des A/D-Wandlers 24, welches man erhält, wenn die PMT's
10-1 bis 10-n mit dem Normallicht bestrahlt werden. Die
Verstärkungsfaktoren der Vorverstärker 15-1 bis 15-n werden
entsprechend dem Verstärkungs-Korrekturwert gesteuert, so
daß die Verstärkungsfaktoren der PMT's 10-1 bis 10-n
indirekt gesteuert werden. Der System-Controller 26 berechnet
außerdem den obigen Versatz- bzw. Offset-Korrekturwert. Die
PMT's weisen im allgemeinen statistische Schwankungen auf.
Somit ermöglichen mehrere Messungen des Normallichtes und
die Berechnung eines arithmetischen Mittels der Meßdaten
eine Verbesserung der Genauigkeit des Verstärkungs- und
Offset-Korrekturwertes. Es ist zu beachten, daß die Messung
des Normallichtes während der Strahlungsmessung unter der
Steuerung des System-Controllers 26 erfolgt.
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Ein Überlagerungslichtdetektor 21 erkennt den Einfall von
Szintillationen auf den PMT's 10-1 bis 10-n während der
Messung des Normallichts. Die Erkennung der Szintillationen
erfolgt, indem die Ausgangssignale der
Impulsformerschaltung 20 überwacht werden. Der Überlagerungslichtdetektor 21
besteht aus einem Integrator 21a zur Integration eines
Ausgangssignals der Impulsformerschaltung 20 bis zum Ablauf
einer vorgegebenen Zeitspanne ab der Emission des
Normallichts und aus einem Komparator 21b zum Vergleich einer
Ausgangsspannung Vint des Integrators 21a mit einer
Referenzspannung Vref. Wenn im Komparator Vint > Vref, d.h.,
wenn das Normallicht und die Szintillationen innerhalb
einer vorgegebenen Zeitspanne gleichzeitig auf die PMT's
10-1 bis 10-n fallen, setzt der Überlagerungslichtdetektor
21 ein Sperrsignal an den System-Controller 26 ab. Bei
Empfang des Sperrsignals sperrt der System-Controller 26 die
Operation des A/D-Wandlers 24. Mit anderen Worten, wenn das
Normallicht und die Szintillationen auf die PMT's 10-1 bis
10-n fallen, wird das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 24
nicht zur Offset- und Verstärkungs-Korrektur herangezogen.
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Andererseits werden die in den Vorverstärkern 15-1 bis 15-n
verstärkten Ausgangssignale der PMT's 10-1 bis 10-n an
einen Positionssignalgenerator 56 gelegt. Der
Positionssignalgenerator 56 berechnet auf Basis der Ausgangssignale
der Vorverstärker 15-1 bis 15-n eine Einfallsposition der
Strahlung auf den PMT's und stellt Positionssignale bereit,
welche die Einfallsposition auf den AGC-Schaltungen 57 und
58 repräsentieren. Die Positionssignale enthalten ein X-
und ein Y-Signal.
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Die AGC-Schaltungen 57 und 58 korrigieren die
Verstärkungsfaktoren der vom Positionssignalgenerator 56 abgesetzten
Positionssignale. Die Verstärkungskorrektur erfolgt durch
Verstärkungs-Korrektursignale, welche die vom System-
Controller 26 ausgegebenen Verstärkungs-Korrekturwerte
repräsentieren.
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Addierglieder 59 und 60, welche jeweils aus einem
Operationsverstärker bestehen können, addieren die die Offset-
Korrekturwerte repräsentierenden Offset-Korrektursignale zu
den Ausgangssignalen der AGC-Schaltungen 57 und 58, d.h. zu
den verstärkungsberichtigten Positionssignalen.
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A/D-Wandler 61 und 62 wandeln von den Addiergliedern 59 und
60 ausgegebene Analogsignale in digitale Signale. Die von
den A/D-Wandlern 61 und 62 bei Emission von Normallicht
abgesetzten digitalen Signale werden über einen Puffer 63 an
den System-Controller 26 gelegt. Andererseits werden die
gemessenen Strahlungsdaten an einen RI-Bildprozessor (nicht
dargestellt) gelegt, um zur Bildung eines RI-Bildes
herangezogen zu werden.
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Der System-Controller 26 spricht auf das Ausgangssignal des
Puffers 63 an, um das Verstärkungs- und das Versatz- bzw.
Offset-Korrektursignal zu erzeugen.
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Das Verstärkungs-Korrektursignal dient zur Korrektur von
Abweichungen des Verstärkungsfaktors in der X- und
Y-Richtung und ergibt sich aus einem Vergleich zwischen dem vom
Puffer 63 abgesetzten Positionssignal und einem
Ausgangspositionssignal, welches zuvor gesetzt wird, und durch
Änderung einer aus dem Vergleich mit einer Änderung des
Verstärkungsfaktors resultierenden Differenz. Das
Verstärkungs-Korrektursignal wird an die AGC-Schaltungen 57
und 58 gelegt.
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Das Offset-Korrektursignal dient zur Korrektur von Offset-
Abweichungen in der X- und Y-Richtung und ergibt sich aus
einem Vergleich zwischen dem vom Puffer 63 abgesetzten
Positionssignal und einem Ausgangspositionssignal, welches
zuvor gesetzt wird, und durch Änderung einer aus dem
Vergleich mit einer Änderung des Versatzes bzw. Offset
resultierenden Differenz. Das vom System-Controller 26
abgesetzte Offset-Korrektursignal wird von den D/A-Wandlern 64
und 65 in Analogsignale gewandelt und dann über Puffer 68
und 69 an die Addiergleider 59 und 60 gelegt.
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In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß es sich bei dem
Ausgangspositionssignal um ein zum Zeitpunkt der ersten
Emission von Normallicht gewonnenes und in einem Speicher
67 gespeichertes Positionssignal handelt.
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Im folgenden wird die Funktionsweise des vorliegenden
Systems beschrieben.
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Die Strahlungsmessung wird wie folgt ausgeführt. Die
Ausgangswerte für die Verstärkungs- und Offset-Korrektur
werden vorab in den AGC-Schaltungen 16-1 bis 16-n und in
der Offset-Korrekturschaltung 25 gesetzt.
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Wenn Strahlung von einem einem zu untersuchenden Objekt
bzw. einer Versuchsperson verabreichten RI (Radioisotop)
auf den Szintillator 40 fällt, so erzeugt dieser
Szintillationen, welche auf die PMT's 10-1 bis 10-n fallen. Die
Ausgangssignale der PMT's 10-1 bis 10-n werden durch die
Vorverstärker 15-1 bis 15-n verstärkt und dann über den
Summierverstärker 19, die Impulsformerschaltung 20 und den
A/D-Wandler 24 an die Offset-Korrekturschaltung 25 gelegt.
Ein der Offset-Korrektur in der Offset-Korrekturschaltung
25 unterworfenes Signal wird in den RI-Bildprozessor
eingegeben.
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Andererseits werden die in den Vorverstärkern 15-1 bis 15-n
verstärkten Ausgangssignale der PMT's 10-1 bis 10-n an den
Positionssignalgenerator 56 gelegt. Der
Positionssignalgenerator 56 berechnet die Einfallposition der Strahlung in
Ubereinstimmung mit den Ausgangssignalen der Vorverstärker
15-1 bis 15-n, um die Einfallposition angebende
Positionssignale (X- und Y-Signale) bereitzustellen. Das X-Signal
wird über die AGC-Schaltung 57 und das Addierglied 59 an
den A/D-Wandler 61 gelegt, während das Y-Signal über die
AGC-Schaltung 58 und das Addierglied 60 an den A/D-Wandler
62 gelegt wird. Die Ausgangssignale der A/D-Wandler 61 und
62 werden in den RI-Bildprozessor eingegeben.
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Die obige Strahlungsmessung wird fortgesetzt, bis ein RI-
Bild gebildet ist. Andererseits werden die Verstärkungs-
und Offset-Korrektur wie folgt ausgeführt.
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Der System-Controller 26 sperrt die Vorverstärker mit
Ausnahme eines zur Korrektur verwendeten Vorverstärkers für
Ausgangssignale und setzt ein Emissions-Befehlssignal an
den LED-Controller 27 ab. Das Emissions-Befehlssignal
enthält ein Signal zur Einstellung einer zu emittierenden
Lichtmenge. Der LED-Controller 27 reagiert auf das
Emissions-Befehlssignal, indem er eine vorgegebene LED
veranlaßt, Licht zu emittieren. Ein Ausgangssignal eines mit dem
Referenzlicht von der LED bestrahlten PMT wird von einem
entsprechenden Vorverstärker verstärkt und dann über den
Summierverstärker 19 und die Impulsformerschaltung 20 an
den A/D-Wandler 24 gelegt. Ein digitales vom A/D-Wandler 24
abgesetztes Signal wird in den System-Controller 26
eingegeben. Als Reaktion auf das Anlegen des digitalen Signals
gestattet der System-Controller 26 den Vorverstärkern,
deren Signalausgabe gesperrt war, aktiv zu werden.
Demzufolge wird die übliche Strahlungsmessung ausgeführt.
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Der System-Controller 26 erhält auf Basis der obigen
Abfolge einen Durchschnittswert der Meßdaten für die
Normallichttypen und beschafft sich durch einen Vergleich
zwischen dem erhaltenen Durchschnittswert und dem in den
Vorverstärkern gesetzten Ausgangswert für die
Verstärkungskorrektur oder dem vorigen Durchschnittswert eine
Verstärkungsänderung. Die Verstärkungsänderung enthält
Verstärkungsänderungen der PMT's sowie Verstärkungsänderungen des
Analogsignal-Verarbeitungssystems. Der System-Controller 26
ändert die in den Vorverstärkern gesetzten Verstärkungs-
Korrekturwerte entsprechend der erhaltenen
Verstärkungsänderung. Folglich ändern sich die Verstärkungsfaktoren der
Vorverstärker, so daß der Verstärkungs-Korrekturprozeß für
den vorgegebenen Vorverstärker abgeschlossen ist.
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Bei dem vorliegenden Meßsystem mit einer Vielzahl von PMT's
werden die Vorverstärker nacheinander der obigen
Verstärkungskorrektur unterworfen.
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Die Operation wird für zwei Typen von Normallicht
durchgeführt. Der Offset-Korrekturwert wird aus den Meßdaten für
die jeweiligen Typen von Normallicht berechnet, wodurch der
in der Offset-Korrekturschaltung 25 gesetzte
Offset-Korrekturwert geändert wird.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen Flußdiagramme der vom
System-Controller 26 durchgeführten Verstärkungs- und
Offset-Korrektur. In dem Meßsystem mit n PMT's 10-1 bis 10-n werden m
aus jedem der PMT's in m Messungen des Normallichts
erhaltene Signale gemittelt.
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In Schritt A1 werden Ausgangswerte des Verstärkungs- und
des Offset-Korrekturwertes in den AGC-Schaltungen 16-1 bis
16-n bzw. in der Offset-Korrekturschaltung 25 gesetzt. In
Schritt A2 wird eine Variable i auf 0 gesetzt. In Schritt
A3 wird die Variable i um Eins hochgezählt. Anschließend
wird in Schritt A4 eine Variable j auf 0 gesetzt. Die
Variable j wird in Schritt A5 um Eins hochgezählt.
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In Schritt A6 wird das Normallicht gemessen, und die vom
Vorverstärker 15-i erhaltenen Meßwerte werden addiert.
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In Schritt A7 wird bestimmt, ob j ≥ m ist oder nicht. Wenn
j < m, werden die Schritte A5 und A6 ausgeführt. Das heißt,
die Schritte A5 und A6 werden wiederholt ausgeführt, bis in
Schritt A7 j ≥ m. Hier erfolgt eine vorgegebene Anzahl von
Additionsprozessen für die vom Vorverstärker 15-i
ausgegebenen Meßdaten, d.h. es werden m Additionsprozesse
durchgeführt. Nach Abschluß der m Additionsprozesse erhält man
einen Durchschnittswert der Meßdaten.
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In Schritt A8 wird bestimmt, ob die Offset- bzw.
Versatzkorrektur vorgenommen wird oder nicht. Erfolgt keine
Offset-Korrektur, so wird auf Basis des Ausgangswertes und der
Meßwerte ein Verstärkungs-Korrekturwert in Schritt A9
berechnet. Der berechnete Verstärkungs-Korrekturwert wird in
der AGC-Schaltung 16-i gesetzt.
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Wird die Offset-Korrektur ausgeführt, so wird in Schritt
A10 die Summe der Meßwerte gespeichert. In Schritt A11 wird
die Variable j auf 0 gesetzt und in Schritt A12 wird sie um
Eins hochgezählt. In Schritt A13 wird das Normallicht
gemessen, und die Meßwerte vom Vorverstärker 15-i werden
addiert. Die Messungen des Normallichts in den Schritten A13
und A6 unterscheiden sich voneinander hinsichtlich der von
der LED emittierten Lichtmenge. Wird beispielsweise das in
der Fig. 4 gezeigte Normallicht P1 im Schritt A6 verwendet,
dann wird in Schritt A13 das Normallicht P2 verwendet.
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In Schritt A14 wird bestimmt, ob j ≥ m ist oder nicht. Wenn
in Schritt A14 j ≥ m, werden aus den Ausgangswerten, den in
Schritt A13 erhaltenden Meßdaten und der in Schritt A10
gespeicherten Daten ein Verstärkungs- und ein
Offset-Korrekturwert berechnet (Schritt A15). In der AGC-Schaltung 16-i
und der Offset-Korrekturschaltung 25 werden der
Verstärkungs- bzw. Der Offset-Korrekturwert gesetzt. Nach Abschluß
von Schritt A15 wird der Schritt A3 ausgeführt.
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Die Fig. 9 ist ein Flußdiagramm der Schritte A6 bis A13.
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In Schritt B1 sind die Vorverstärker mit Ausnahme des
Vorverstärkers 15-i für die Erzeugung von Ausgangssignalen
gesperrt. In Schritt B2 wird die dem PMT 10-i entsprechende
LED 12-i angewiesen, Licht zu emittieren, und anschließend
wird in Schritt B3 der A/D-Wandler 24 so gesteuert, daß er
arbeitet, wenn das von der LED 12-i emittierte Normallicht
auf den PMT 10-i fällt. In Schritt B4 wird ein
Additionsprozeß entsprechend den digitalen Werten vom A/D-Wandler 24
ausgeführt. In Schritt B5 werden die Vorverstärker, welche
in Schritt B1 gesperrt waren, freigegeben.
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Die Messung des Normallichts und die Addition der Meßdaten
erfolgen während der Strahlungsmessung. Deshalb können,
wenn die PMT's 10-1 bis 10-n mit dem Normallicht von den
LED's 12-1 bis 12-n bestrahlt werden, durch Strahlung des
RI im Objekt bzw. in der zu untersuchenden Person
Szintillationen erzeugt und dem Normallicht zur anschließenden
Beaufschlagung der PMT's 10-1 bis 10-n überlagert werden.
Erkennt der Überlagerungslichtdetektor 21 das überlagerte
Licht, werden die zum Zeitpunkt der Emission von
Normallicht erhaltenen Meßdaten nicht zur Verstärkungs- und
Offset-Korrektur herangezogen.
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Die Fig. 10 zeigt eine Ausgangswellenform der
Impulsformerschaltung 20 und eine Ausgangswellenform des Integrators
21a. Es sei angenommen, daß man ein Signal 31 von der
Impulsformerschaltung 20 erhält, wenn nur Normallicht auf
den PMT fällt, während man ein Signal 32 von der
Impulsformerschaltung 20 erhält, wenn Normallicht und
Szintillationen auf den PMT fallen. In diesem Fall integriert der
Integrator 21a das Ausgangssignal der Impulsformerschaltung
20 bis zum Ablauf mehrerer us ab der Emission von
Normallicht, um eine Spannung Vint bereitzustellen. Wird das
Signal 31 von der Impulsformerschaltung 20 ausgegeben,
erhält man ein Signal 33 als Spannung Vint vom Integrator
21a. Wird andererseits das Signal 32 von der
Impulsformerschaltung 20 ausgegeben, erhält man ein Signal 34 als
Spannung Vint vom Integrator 21a.
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Die Referenzspannung Vref wird vorab auf einen etwas
höheren Spannungspegel als das Signal 33 eingestellt. Wenn Vint
> Vref, setzt der Komparator 21b ein Sperrsignal an den
System-Controller 26 ab. Ist dagegen Vint < Vref, setzt der
Komparator 21b kein Sperrsignal ab.
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Wird wie oben beschrieben, überlagertes Licht erkannt, so
setzt der Überlagerungslichtdetektor 21 ein Sperrsignal an
den System-Controller 26 ab. Der System-Controller 26
spricht auf das Sperrsignal mit einer Deaktivierung des
A/D-Wandlers 24 an. Das heißt, daß die Berechnung eines
Korrekturwertes aus den Meßdaten gesperrt ist, wodurch
Fehler aufgrund des überlagerten Lichtes vermieden und eine
einwandfreie Korrektur von Verstärkung und Offset bzw.
Versatz erhalten werden können.
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Die Referenzspannung Vref wird für den Komparator 21b
verwendet. Wahlweise kann bei Fehlen von überlagertem Licht
ein von der Impulsformerschaltung 20 ausgegebenes Signal
abgefragt werden, um einen Spitzenwert zur Verwendung als
Vref zu halten. In diesem Fall ist das Sperrsignal nur dann
an den System-Controller 26 zu legen, wenn ein Ausgangswert
der Impulsformerschaltung 20 den gehaltenen Spitzenwert
überschreitet.
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Im obigen Ausführungsbeispiel wird der Verstärkungsfaktor
des Strahlungsmeßsystem durch Signale nach der Verarbeitung
der Analogsignale gesteuert. Wie in den Fig. 1 und 2
dargestellt, kann die Verstärkungssteuerung auf der Basis eines
Signals vom PMT 1 an den Vorverstärker 3 erfolgen.
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Das vorliegende System kann das Normallicht für jeden der
PMT's einmal messen und einen Verstärkungs-Korrekturwert
berechnen, indem es die Meßdaten zu einer Summe der
Meßdaten aus den vorherigen Messungen addiert. Des weiteren
kann das vorliegende System das Normallicht mit jeweils
verschiedenen Lichtmengen in einem Zeitpunkt messen und
einen Offset-Korrekturwert entsprechend dem Meßwert und
einer Summe der Meßdaten aus den vorherigen Messungen
berechnen.
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Die Fig. 11 ist ein Flußdiagramm der Verstärkungs- und
Offset-Korrektur bei einer Messung des Normallichts. Im
Schritt C1 werden Ausgangswerte für Verstärkungs- und
Offset-Korrektur gesetzt. In Schritt C2 wird eine Variable
i auf 0 Gesetzt, welche dann im Schritt C3 um Eins
inkrementiert wird. Die LED 12-i wird in Schritt C4 angewiesen,
Normallicht zu emittieren, und in Schritt C5 wird das von
der LED 12-i emittierte Normallicht gemessen und ein
Verstärküngs-Korrekturwert auf Basis der Meßdaten und der
obigen Ausgangswerte berechnet. Der
Verstärkungs-Korrekturwert wird in der AGC-Schaltung 16-i gesetzt.
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In Schritt C6 wird bestimmt, ob die Offset-Korrektur
ausgeführt wird oder nicht. Soll die Offset-Korrektur nicht
ausgeführt werden, so wird Schritt C3 ausgeführt.
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Soll die Offset-Korrektur ausgeführt werden, dann wird die
LED 12-i in Schritt C7 angewiesen, Licht zu emittieren. In
diesem Fall unterscheidet sich die zu emittierende
Lichtmenge von derjenigen in Schritt C4. In Schritt C8 werden
das von der LED 12-i emittierte Normallicht gemessen und
der Offset-Korrekturwert aus den Meßdaten und dem
Ausgangswert berechnet. Der Offset-Korrekturwert wird in der
Offset-Korrekturschaltung 25 gesetzt. Nach Abschluß des
Schrittes C8 wird der Schritt C3 ausgeführt.
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Auf diese Weise kann der Prozeß schneller abgewickelt
werden als der in der Fig. 8 dargestellte Prozeß.
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Andererseits wird die Verstärkungs- und Offsetkorrektur für
Positionssignale wie folgt durchgeführt.
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Zunächst wird die Bildung der Ausgangspositionssignale
erläutert.
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Die LED's 12-1 bis 12-n emittieren zu verschiedenen
Zeitpunkten periodisch Normallicht zur Beaufschlagung der PMT's
10-1 bis 10-n. Die von den Vorverstärkern 15-1 bis 15-n als
Reaktion auf das auf den PMT's 10-1 bis 10-n einfallende
Normallicht abgesetzten Signale werden an den
Positionssignalgenerator 56 gelegt. In diesem Fall sind die
Vorverstärker mit Ausnahme eines einem PMT entsprechenden
Vorverstärkers nicht aktiviert.
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Der Positionssignalgenerator 56 generiert bei Erzeugung des
Normallichts Positionssignale (X- und Y-Signale) in
Übereinstimmung
mit den von den Vorverstärkern 15-1 bis 15-n
abgesetzten Signalen. Das X- und Y-Signal werden über die
AGC-Schaltungen 57 und 58, die Addierglieder 59 und 60, die
A/D-Wandler 61 und 62 und den Puffer 63 an den
System-Controller 26 gelegt. Der System-Controller 26 speichert die
X- und Y-Signale im Speicher 67. Diese X- und Y-Signale
dienen als Ausgangspositionssignale.
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Im folgenden wird die Verstärkungs- und Offset-Korrektur
auf Basis der Ausgangspositionssignale beschrieben.
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Im Fall mit der obenbeschriebenen Bildung der
Ausgangspositionssignale werden die PMT's 10-1 bis 10-n zu
verschiedenen Zeitpunkten mit Normallicht während der
Strahlungsmessung bestrahlt. Ein Ausgangssignal eines einem das
Normallicht empfangenden PMT entsprechenden Vorverstärkers
wird an den Positionssignalgenerator 56 gelegt. Vom
Positionssignalgenerator 56 erzeugte Positionssignale werden
über die AGC-Schaftungen 57 und 58, die Addierglieder 59
und 60, die A/D-Wandler 61 und 62 und den Puffer 63 an den
System-Controller 26 gelegt. Der System-Controller 26
vergleicht diese Positionssignale mit den im Speicher 67
abgelegten Ausgangspositionssignalen, um ihre Pegeldifferenzen
zu berechnen. Das Verstärkungs- und das
Offset-Korrektursignal werden auf Basis der Pegeldifferenzen erhalten.
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Das Verstärkungs-Korrektursignal wird an die
AGC-Schaltungen 57 und 58 gelegt, wodurch diese die Verstärkungs-
Korrektur der Positionssignale während der
Strahlungsmessung durchführen.
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Das Offset-Korrektursignal wird über D/A-Wandler 64 und 65
und Puffer 68 und 69 an die Addierglieder 59 und 60 gelegt,
wodurch in den Addiergliedern 59 und 60 die
Offset-Korrektur der Positionssignale durchgeführt wird.
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Die Fig. 12 ist ein Blockschaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. HV-Einheiten
28-1 bis 28-n entsprechen den PMT's 10-1 bis 10-n. Die
Verstärkungs-Korrektur erfolgt durch Rückkopplung der PMT-
Steuerspannungen von den HV-Einheiten 28-1 bin 28-n. Das
heißt, die vom System-Controller 26 berechneten
Verstärkungs-Korrekturwerte werden in den HV-Einheiten 28-1 bis
28-n gesetzt. Die HV-Einheiten 28-1 bis 28-n legen an die
PMT's 10-1 bis 10-n in Übereinstimmung mit den
Verstärkungs-Korrekturwerten vorgegebene Steuerspannungen an. Das
System gemäß Fig. 3 steuert die Verstärkungsfaktoren der
Vorverstärker, während das System gemäß Fig. 12 die
Steuerspannungen der PMT's steuert.
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Da die obige Verstärkungs- und Offset-Korrektur während der
Strahlungsmessung regelmäßig erfolgen, kann die
Einheitlichkeit eines RI-Bildes verbessert werden. Während bei dem
herkömmlichen System die Verstärkungs- und Offset-Korrektur
zum Zeitpunkt des Versands des Apparats manuell vorgenommen
werden, gestattet das vorliegende System die Periodische,
automatische Korrektur während der Strahlungsmessung, so
daß die Notwendigkeit einer Korrektur zum Zeitpunkt des
Versands des Apparats entfällt.
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Die Anzahl und die Positionen der mit Normallicht
bestrahlten PMT's können beliebig gewählt werden. Je höher die
Anzahl der mit Normallicht bestrahlten PMT's ist, umso größer
ist die Meßgenauigkeit.
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Die Fig. 13 ist ein Blockschaltbild eines dritten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die dritte
Ausführungsform besitzt keine LED's und keinen
Überlagerungslichtdetektor.
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Wie in den Fig. 14 und 15 gezeigt, wird ein PMT 10, welcher
oberhalb des Szintillators 40 mit dazwischenliegenden
Lichtleiter 41 angeordnet ist, eine Ausgangspegeldifferenz
zwischen Position Pa und Position Pb mit einer Punktquelle
PS aus in einem die Strahlung einschließenden Bleibehälter
befindlichen &sup5;&sup7;Co an den Mittelpunkt des PMT 10 liefern.
Dies ist hauptsächlich auf den Kanteneffekt des
Szintillators 40 zurückzuführen. Danach werden solche Einregelungen
vorgenommen, daß die Vorverstärker denselben Ausgangspegel
für entsprechende Positionen der über dem Szintillator 40
angeordneten PMT's haben, wobei deren jeweilige
Punktquellen PS eingeschnürt sind. Das heißt, die
Verstärkungsfaktoren der PMT's selbst werden durch für die Einregelung der
an den PMT's angelegten Spannungen gesteuert.
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Nachdem die Einregelung der PMT's abgeschlossen ist und sie
in einer zweidimensionalen Anordnung bzw. Matrix angeordnet
sind, werden solche Verstärkungs-Korrekturen, wie oben
beschrieben, durchgeführt.
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Unterscheidet sich der Ausgangspegel eines Vorverstärkers
von dem Referenzpegel, wie in der Fig. 16 dargestellt, so
erhält man einen Verstärkungs-Korrekturwert Dco wie folgt
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Dco = Dini (Hini/Hco)
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wobei Hco ein Spitzenwert eines Vorverstärkers ist, den man
erhält, wenn die Punktquelle PS auf den Mittelpunkt von PMT
eingeschnürt wird, Hini ein Spitzenwert des Referenzsignals
und Dini ein Ausgangswert des zuvor im D/A-Wandler 16a des
Multiplikationstyps gesetzten Ausgangswert des
Verstärkungs-Korrekturwerts ist.
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Die Verstärkungsfaktoren der Vorverstärker können auf Basis
des mit der obigen Formel erhaltenen
Verstärkungs-Korrekturwerts gesteuert werden.
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Auf diese Weise kann die Einregelung der
Verstärkungsfaktoren der PMT's auf ihre jeweiligen Positionen im voraus und,
falls die Einregelung der Verstärkungsfaktoren schlecht
ist, durch Verwendung des Verstärkungs-Korrekturwertes
präziser vorgenommen werden.
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Obwohl bestimmte Ausführungsformen der der vorliegenden
Erfindung offenbart und beschrieben worden sind, ist es für
den Fachmann offensichtlich, daß auch andere
Ausführungsformen und Modifikationen möglich sind.