FR2467582A1 - Appareil de tacographie pour l'etude de patients apres administration de produits radioactifs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les appareils de tacographie. Elle se rapporte à un appareil dans lequel un premier circuit 49 de coïncidence reçoit les signaux d'un premier groupe A de détecteurs et d'un second groupe D de détecteurs, alors qu'un second circuit 47 de coïncidence reçoit directement les signaux des détecteurs du groupe A mais ne reçoit les signaux des détecteurs du groupe qu'avec un certain retard. Les deux circuits de coïncidence permettent ainsi le calcul du nombre total d'événements et du nombre d'événements du bruit de fond. La différence donne le nombre d'événements véritables. Application aux appareils de tacographie utilisés pour le diagnostic médicaL

Description

La présente invention concerne de façon générale la tacographie à émission de positons et plus précisément un système d'acquisition de données qui permet une détermination très précise du nombre de signaux de bruit de fond dus à des coincidences aléatoires et qui assurent la soustraction de ce bruit de fond du nombre total de coinciden- ces détectées, soit de façon pratiquement instantanée soit de façon retardée. Des circuits d'entrée permettent un fonctionnement pratiquement sans temps mort.

La tacographie à émission de positons est un procédé de formation d'images visibles le long d'un ou plusieurs plans traversant l'intérieur du corps d'un patient. Selon ce procédé, des atomes radioactifs émetteurs de positons sont administrés aux patients. De tels atomes capables d'émettre des positons sont par exemple le carbone 11, l'azote 13, l'oxygène 15, le fluor 18 et le gallium 68, et ils émettent des positons qui ne parcourent que quelques millimètres avant d'interagir avec la ma tière du corps du patient, au cours d'une opération d'annihilation du positon. Au cours de l'opération, le positon interagit avec un électron et leur masse se transforme en énergie sous forme de deux photons émis à 1800 l'un de l'autre, chacun des photons ayant une énergie de 511 keV environ.Une annihilation de positon est détectée par dé terminatSon de la coïncidence dans le temps de deux photons détectés par des détecteurs séparés par 1800. Les dessins représentatifs des emplacements des atomes émettant les positons peuvent être restitués par un ordinateur, lorsqu'un arrangement comprenant un certain nombre de détecteurs entourant la région à examiner est réalisé et assure la détection des coïncidences entre les photons détectés par des paires de détecteurs disposées aux deux extrémités de trajets rectilignes.

On connaît déjà un certain nombre de systèmes mettant en oeuvre cette technologie. Certains d'entr#e eux utilisent des détecteurs destinés à déterminer les interactions des positons uniquement dans un seul plan tomogra phique alors que d'autres utilisent des arrangements de détecteurs disposés dans plusieurs plans. Le plus souvent, la reconstitution des positions d'annihilation des positons est assurée par un ordinateur programme, en fonction du nombre de photons détectés en coïncidence au niveau de détecteurs séparés par des segments de droite, pendant un certain temps. Les documents suivants décrivent de tels systemes tomographiques permettant des diagnostics.

1. Brownell G.L., Sweet W.H. : "LOCALIZATION OF
BRAIN TUMORS WITH POSITRON EMITTERS". Nucleonics, 11 40-45, 1953.

2. Budinger T.F., Gullberg F.T. : "TRANSVERSE SEC
TION RECONSTRUCTION OF GAMMA-RAY EMITTING RADIONUCLIDES IN
PATIENTS", Reconstruction in Diagnostic Radiology and Nuclear Medicine.Ter-Pogossian N.#.,Phelps M.E., Brownell G.L.

et al, University Park-Press : 315-342, 1977.

3. Cho Z.H., Cohen#.B. et-al : "PERFORMANCE AND
EVALUATION OF THE CIRCULAR RING TRANSVERSE AXIAL POSITION
CAMERA (CRTAPC)". IEE Nucl Sci, NS-24 : 532-543, 1977.

4. Muehllehner G, Buchin N.P., Dubek G.H. : "PERFOR MANCIE PARAMETERS OF THE POSITRON IMAGING CAMERA". IEEE
Nucl Sci, NS-23 : 528-537, 1976.

5. Phelps N.E.,Hoffman E.J., Huang S.C., et Kuhl
D.E. : "ECAT : A NE##NEW-COMPUTERIZED TOMOGRAPHIC IMAGING
SYSTEM FOR POSITRON-EMITTING RADIOPHARMACEUTICALS ", J Nucl
Med, 19 : 635-647, 1978.

6. Phelps M.E., Hoffman E.J., Mullani N., Higgins
C.S. et Ter-Pogossian M.M. : "DESIGN AND HERFORMANCE
CHARACTERISTICS OF A WHOLE-BODY TRANSAXIAL TOMOGRAPH (PETT III)". IEEE Nucl Sci, NS-23 : 516-522, 1976.

7. Hoffman E.J., Phelps M.E., Mullani N. et al "DESIGN AND PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF A WHOLE-BODY
TRANSAXIAL TOMOGRAPHY", J Nucl Med, 17 : 493-502, 1976.

8. Ter-Pogossian M.M. : "BASIC PRINCIPLES OF COMPU
TED AXIAL TOMOGRAPH", Sem Nucl Med, 7 : 109-128, 1977.

9. Ter-Pogossian MM., Mullani N.A., Hood J.,
Higgins C.S. et Currie M.C. : "A NUIsTI-SLICE POSITRON
EMISSION COMPUTED TOMOGRAPH (PETT-IV) YIELDING TRANSVERSE
AND LONGITUDINAL IMAGES", Radiology, 128 : 477-484, 1978.

10. Derenzo S.E., Budinger T.F., Cahoon J.L. et al : "HIGH RESOLUTION COMPUTED TOMOGRAPHY OF POSITRON
EMITTERS", IEEE Nucl Sci, NS-24 : 554-558, 1977.

11. Budinger T.F., Dorenzo S.E. et al : "EMISSION
COMPUTED AXIAL TOMOGRAPHY", J Compt Assisted Tomography 1 : 31-45, 1977.

12. Todd-Pokropek A., Plummer D., Pizer S.M.

"MODULARITY AND COL SND LANGUAGES IN MEDICAL COMPUTING" dans A Review of Information Processing in Medical Imaginq,
Proceedings of the Fifth International Conference. Brill
B.A., Price R.R., McClain W.J. et Landay M.W., ORNL/BCTIC-2,
Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 426-455, 1977,et 13. Brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 984 689 délivré le 5 octobre 1976 sous le titre "SCINTILLATION
CAMERA FOR HIGH ACTIVITY SOURCES", à Roger E. Arseneau.

L'amélioration de la précision des mesures nécessite la détermination aussi précise que possible du nombre de coïncidences accidentelles entre des détecteurs séparés le long de segments de droite. Pour une période donnée de résolution, réglée comme représentant le temps de résolution de coïncidence, il apparaît un nombre de coïncidences de photons qui n'est dû qu'à la répartition aléatoire des photons et non à de véritables évènements, ceux-ci étant définis comme l'annihilation de positons pour lesquels les deux photons sont détectés par l'arrangement détecteur. Un procédé de détermination de ce bruit de fond aléatoire comprend le déplacement du système par rapport à la coïncidence et la mesure du nombre de coln- cidences totales et aléatoires observées, puis la soustraction du bruit de fond ainsi déterminé du nombre total de coïncidences enregistrées.La mise en oeuvre de ce procédé de détermination du bruit de fond nécessite l'utilisation d'un temps considérable qui pourrait par ailleurs être disponible pour la mesure des évènements véritables.

Plus le temps utilisé pour la détermination du bruit de fond est élevé et plus cette détermination est précise, mais plus le temps disponible pour le comptage des sources diminue et nécessite soit l'augmentation de l'intensité du rayonnement soit l'acceptation d'une moindre précision.

D'autre part, si le temps de mesure du bruit de fond est réduit et introduit une imprécision dans la détermination de cette composante, la différence entre le nombre total et le nombre correspondant au bruit de fond représente une valeur peu précise. Cependant, c'est cette différence qui est représentative des évènements véritables mesures. Différentes tentatives ont porté sur des mesures intermédiaires telles que le nombre relevé correspondant au bruit de fond est déterminé en premier, avant le nombre total, et avant le nombre correspondant au bruit de fond, suivant un procédé qui assure aussi la compensation de la variation du nombre correspondant au bruit de fond en fonction du temps.Néanmoins, le temps passé à la mesure du bruit de fond est obligatoirement un temps qui n'est pas utilisé pour la mesure des sources et en conséquence la précision est réduite en-deçà de celle qui pourrait être obtenue si tout le temps était consacré à la mesure.

En outre, comme les mesures ne sont pas effectuées simultanément, des sources d'erreur telles qu'un mouvement du patient, peuvent provoquer une perturbation des résultats.

Un autre procédé utilisé comprend la détermination des coïncidences qui ont lieu en dehors du champ de vision du système émetteur de positons, mais autour des~ détecteurs qui délimitent ce champ de vision, avec mesure simultanée de toutes les coïncidences à l'intérieur du champ de vision. La mesure simultanée des coïncidences dans ce champ externe et l'utilisation de la mesure comme représentative du bruit permettent la détermination du nombre correspondant au bruit de fond en même temps que la mesure du nombre total correspondant aux sources et au bruit de fond est effectuée dans le champ de vision correspondant aux positons. Le nombre résultant correspondant au bruit de fond parvient à une mémoire, de même que le nombre total, et ils parviennent ensuite à un ordinateur convenablement programmé qui assure la soustraction.Ce système, bien qu'il présente l'avantage d'utiliser efficacement le temps de mesure, présente l'inconve- nient d'une détermination du bruit de fond en dehors du champ de vision et, s'il existe une variation spatiale du bruit de fond photonique, la mesure manque de précision.

Cette caractéristique peut être très importante car il peut exister un bruit de fond photonique directement rapporté au rayonnement dans le champ de vision.

L'invention concerne de façon générale un appareil de tacographie à émission de positons dans lequel le bruit de fond dû aux coïncidences aléatoires de photons est déterminé d'après les lignes de visée sur lesquelles se trouvent les annihilations de positons. Le circuit est réalisé de manière que ce bruit de fond puisse être soustrait de façon pratiquement simultanée de la mesure des coïncidences totales des photons ou puisse être conserve dans une mémoire temporaire en vue d'une soustraction ultérieure. Dans l'appareil, un temps convenable de résolution des coïncidences, par exemple de 12,5 ns, est choisi, et les coïncidences des photons détectés par des détecteurs disposés à 1800 pendant ce temps de resolution sont enregistrées sous forme d'un nombre global de coïncidences.Il faut noter que ce nombre correspond à la fois aux photons qui coïncident temporellement parce qu'ils sont produits par une annihilation d'un positon, et aux photons qui apparaissent de façon aléatoire et qui coïncident donc accidentellement. Ainsi, ce nombre total correspond à un nombre de sources < évènements véritables) et à un nombre formant un bruit de fond < coïncidences aléatoires).

Selon l'invention, le nombre du bruit de fond est déterminé par mesure des photons détectés pour les mêmes jeux de détecteurs de photons et avec la même période de résolution de coïncidences, les signaux d'un jeu de détec teursétant transmis avec un retard supérieur à cette période de résolution. Les coïncidences ainsi déterminées ne peuvent pas représenter des évènements véritables puisqu'elles ne sont pas simultanées. Ainsi, ces coïncidences retardées constituent une mesure convenable du niveau des coïncidences aléatoires provoquées par des photons qui se trouvent dans le champ de mesure suivait les lignes de visée.

Le signal du bruit de fond formé comme décrit précédemment peut soit être directement soustrait du nombre représentant les sources et le bruit de fond, lorsque la mesure est en cours, par utilisation d'un arrangement à cempteur-décompteur, soit soustrait après la fin de la mesure, le nombre global et le nombre du bruit de fond étant mémorisés dans une mémoire convenable en vue d'un calcul ultérieur. Dans un tel appareil, les nombres saisis de la manière indiquée précédemment sont transmis à un ordinateur programmé afin qu'il restitue l'image de la region à partir de laquelle les positons ont été émis et qu'il présente l'image d'une manière classique dans les appareils d'affichage tacographique.

Un problème rencontré lors de la réalisation d'un appareillage tacographique d'émission de ce type est la perte des signaux due au temps mort dans le circuit.

Comme les émissions des positons sont dues à des désinté- grations radioactives, elles se caractérisent par une répartition aléatoire au cours du temps et, pour une concentration déterminée d'atomes radioactifs, le temps minimal séparant les évènements détectés dépend du sys-teme et peut être bien inférieur au temps moyen de séparation de ces mêmes évènements.Le circuit d'acquisition de données, afin qu'il ne perde pas des nombres d'évène- ments apparaissant dans un temps mort, doit avoir une vitesse élevée et un court temps de résolution correspondant à ces separatios minimales Dans l'appareil selon l'invention, le probleme est résolu par utilisation d'un circuit tampon rapide du type premier entré-premier sorti dans lequel la résolution sur le temps d'acquisition des données d'entrée correspondant à un temps court permettant la détection d'évènements très rapprochés alors que le temps de transfert des données de sortie est fixé par la fréquence de transfert de la mémoire.Ainsi, le circuit auquel ces signaux sont transférés peut être caractérisé par un temps de résolution bien plus grand, sans perte de données due au temps mort dans le cas de salves à fréquence élevée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est un diagramme synoptique d'un appareil d'acquisition de données mettant en oeuvre l'invention
- la figure 2 est un diagramme synoptique de circuit de discrimination et de coïncidence de l'appareil de la figure 1
- la figure 3 est un diagramme synoptique d'une partie formant processeur d'entrée de l'appareil de la figure 1 ; et
- la figure 4 est un diagramme synoptique plus détaillé de parties du processeur de la figure 3.

La configuration globale d'un appareil de tacographie mettant en oeuvre une détection de coïncidences d'annihilation est représentée sur la figure 1. L'ensemble de l'appareil comprend de façon générale trois sous-ensembles, le sous-ensemble 25 de détection, le sous-ensemble 26 d'acquisition de données et le sous-ensemble 27 de calcul. L'invention porte essentiellement sur le sous-ensemble 26 d'acquisition de données et sur son interaction particulière avec le sous-ensemble 25 de détection. Comme indiqué précédemment, le rôle de l'appareil représenté sur la figure 1 est la détermination de l'emplacement et de l'intensité des atomes radioactifs émettant des positons, à l'intérieur du corps d'un patient. La base de cette détermination est la détection des photons émis simultanément à 1800 l'un par rapport à l'autre du fait de l'annihila- tion des positons.

Sur la figure 1 qui ne représente qu'un exemple de configuration selon l'invention, le champ de vision de l'ensemble de détection de la présence des positons d'après leur annihilation est repéré par le cercle 30. Un arrangement de détecteurs de photons, formant des groupes A à F, entoure le champ de vision 30. Chaque groupe a 11 détecteurs, par exemple du type NaI(Tl) (iodure de sodium dope.

Le signal de sortie de chacun des détecteurs correspond à un photon parvenant sur la région de détection et créant un éclair de lumière qui est transformé en un signal électrique. Les signaux des détecteurs parviennent au sous-ensemble 26 d'acquisition de données qui assure la discrimination dans le temps des evenements, dans chacun des détecteurs et qui détermine les relations de colnci- dences des évènements détectés dans les groupes opposés.

L'ordinateur dispose ainsi non seulement d'une mesure quantitative du nombre de coïncidences entre chaque paire de détecteurs de l'arrangement mais aussi et en même temps du nombre de coïncidences qui sont dues à des e-ve- nements aléatoires. L'ordinateur peut alors déterminer, pour chaque paire de détecteurs, quelle est la fréquence des coïncidences véritables dues à des annihilations de positons. Dans une variante, cette fonction peut être remplie dans le sous-ensemble d'acquisition de données 26, transmettant le nombre véritable ou résultant à l'ordinateur pratiquement en temps réel. Dans les deux arrangements, l'ordinateur restitue l'image dans le champ de vision des détecteurs d'une manière connue pour de tels appareils.

On considère maintenant le sous-ensemble de détection 25. Comme indiqué précédemment, dans l'appareil considéré, 66 détecteurs NaI(Tl) forment des groupes de 11 détecteurs Chaque détecteur est monté dans un blindage individuel destiné à le protéger contre les radiations provenant de l'extérieur du champ de vision. Ce dernier porte la reférence 30 sur la figure 1. Une distance qui convient entre les groupes en regard de l'arrangement de détecteurs est de 100 cm. Dans ces conditions, le champ de vision 30 est une zone circulaire dont le diamètre est d'environ 50 cm. Chaque détecteur est blindé individuellement dans un bloc de plomb.Un blindage partiel de plomb qui peut être placé devant chaque groupe de détecteurs, a des trous rectangulaires individuels permettant à chaque détecteur de voir tous les détecteurs du groupe placés en regard seulement suivant des lignes de visée. L'ensemble de l'arrangement des détecteurs est placé entre deux disques de plomb de forme annulaire ayant un diamètre interne de 60 cm et un diamètre externe tel qu'ils dépassent des parties sensibles des détecteurs individuels. Par exemple, chaque disque de plomb peut avoir une épaisseur de 38 mm.

Dans une configuration avantageuse, les détecteurs de
NaI(Tl) ont un diamètre de 3,8 cm et une longueur de 7,5 cm. Lorsque les trous des blindages partiels ont une largeur de 2,3 ou 1,5 cm et une longueur de 3,8 cm en direction axiale, la résolution moyenne des paires de détecteurs dans le plan, pour une valeur correspondant à la moitié du maximal, a une largeur globale d'environ 1,1 à 0,8 cm. Avec cette configuration, il y a 121 lignes de visée à 1800 pour chaque paire de groupes soit 363 lignes de visée au total. Comme indiqué précédemment, les coïncidences doivent être détectées entre les photons émis simultanément à 1800 l'un de l'autre afin qu'une annihilation de positons soit déterminée. Dans l'appareil décrit, la coïncidence des photons détectés doit être déterminée pour chacun des 363 appariments de détecteurs.

Bien qu'on ait décrit un arrangement plan hexagonal particulier de détecteurs, il faut noter qu'il existe de nombreuse-s autres configurations géométriques convenables selon l'invention, aussi bien dans un seul plan que dans plusieurs. Le critère essentiel est que le champ de vsion soit délimité par plusieurs paires de détecteurs séparées par 1800.

On considère maintenant le sous-ensemble d'acquisition de données. Celui-ci reçoit les signaux de chacun des détecteurs individuels et les traite afin qu'ils forment, à la sortie de l'ordinateur, une mesure quantitative du nombre de coïncidences entre chaque paire de détecteurs de l'arrangement, la détermination des coïnci- dences étant l'apparition simultanée de signaux détectés pendant un temps de résolution de coïncidence fixé de fa çon déterminée. Cet appareil assure aussi la détermination des coïncidences qui doivent être attribuées à des évènements véritables et des coïncidences qui sont dues à des photons aléatoires, apparaissant accidentellement pendant la période de résolution dans le temps fixée pour la détermination des coïncidences.Dans un mode de réalisation, ces coïncidences accidentelles ou aléatoires sont immédia- tement soustraites du nombre total de coïncidences et forment une mesure des coïncidences des annihilations véritables de positons, et ce sont ces seuls derniers signaux correspondant à chaque paire de détecteurs qui sont transmis à l'ordinateur.

Dans l'appareil d'acquisition de données représenté sur la figure 1, le circuit complet est représenté uniquement pour les groupes A et D de détecteurs. Il faut noter qu'un circuit complet analogue est utilisé pour les groupes C et F formant une paire et pour les groupes B et
E formant une autre paire. Ce circuit qui n'est pas représenté, transmet un signal de sortie représenté sur la figure 1 sous forme de 24 canaux provenant des groupes B et E et 24 canaux provenant des groupes C et F.

Comme indiqué sur le diagramme synoptique du circuit des groupes A et D, un discriminateur 40 à 11 canaux transmet il signaux de sortie de données à un processeur 45 d'entrée et alimente simultanément une ligne de signaux réunion qui transmet un signal chaque fois que l'un quelconque des 11 détecteurs du groupe A a un signal, vers les circuits 47 et 49 de coïncidence.De manière analogue, le signal de sortie de chacun des détecteurs du groupe D est sous forme d'un signal d'entrée à 11 signaux parvenant un second discriminateur 42 à 11 canaux qui transmet un signal de données de sortie à 11 canaux au processeur 45 et un signal réunion indiquant que l'un quelconque des 11 détecteurs du groupe D transmet un signal, sous forme du second signal d'entrée du circuit 49 de coïncidence, et aussi par l'intermédiaire d'un circuit à retard, sous forme d'un signal parvenant à la seconde borne d'entrée du circuit 47 de coïncidence.Comme indique sur la figure 1, le signal de sortie du circuit 47 est sous forme d'un signal d'échantillonnage aléatoire parvenant au processeur 45 alors que le signal de sortie du circuit 49 de coïncidence est sous forme d'un signal total de coïncidence transmis au processeur 45 d'entrée.

Ainsi, pour la paire de groupes A et D, il y a 11 signaux quittant le discriminateur 40 du groupe A, 11 signaux quittant le discriminateur 42 du groupe D, un pour le signal d'échantillonnage aléatoire du circuit 47 et un pour le signal d'échantillonnage total du circuit 49 Il y a donc au total 24 signaux pour la paire de groupes A et D e De manière analogue, chaque paire de groupes B et E d'une part et C et F d'autre part transmet 24 signaux au processeur 45 d'entrée.

Lors du fonctionnement de l'ensemble de l'appareil, chaque photon détecté par l'un quelconque des photomultiplicateurs individuels de l'un quelconque des groupes A à F provoque la formation d'un signal de sortie qui est amplifié et transmis au discriminateur à 11 canaux associé au groupe dans lequel se trouve le photomultiplicateur. Dans le discriminateur, ce signal analogique subit une discrimination d'énergie qui permet par exemple de séparer les photons ayant une énergie inférieure à 100 keV et est mis ous forme d'une impulsion logique. Les impulsions parviennent directement au processeur 45 d'entrée.

Ainsi, ce dernier a 11 lignes séparées de données qui proviennent du discriminateur 40, un signal dans l'une quelconque de ces lignes étant représentatif d'un photon détecté dans le détecteur correspondant. Chacun des discriminateurs à 11 canaux a aussi une sortie transmettant un signal réunion indiquant que l'un des photomultiplicateurs du groupe reçoit un signal. Les signaux réunion provenant des groupes en regard, par exemple des groupes A et
D, parviennent à un circuit de coïncidence (par exemple le circuit 49 de la figure 1) qui transmet un signal d'échantillonnage total chaque fois qu'il reçoit les signaux reunion de deux groupes en regard, pendant la période de coïncidence. Celle-ci est par exemple réglée à 12,5 ns.

La porte réunion de sortie du discriminateur 42 du groupe D est aussi reliée à un second circuit 47 de coïncidence par l'intermédiaire d'un circuit 50 à retard et l'autre entrée de ce circuit 47 reçoit directement le signal de sortie du discriminateur 40 de l'autre groupe A de détecteurs. Par exemple, le retard introduit peut être de 40 ns.

Le circuit 47 de coïncidence détermine la coin- cidence entre les signaux provenant du discriminateur 40, indiquant la détection d'un photon dans l'un des détecteurs du groupe A, et le signal réunion retardé du discriminateur 42 indiquant la détection d'un signal de l'un des photomultiplicateurs du groupe D, un#certain temps auparavant. Cette coïncidence ne peut pas être attribuée à des impulsions d'annihilation de positons puisque ces avènements ont lieu simultanément en temps réel. Ces coin- cidences retardées constituent une mesure convenable des coïncidences aléatoires entre les photons qui se trouvent dans le champ de vision 30 de l'arrangement détecteur.Ainsi, le signal de sortie du circuit 47 de coïncidence représente la fréquence du bruit de fond accidentel ou aléatoire alors que le signal du circuit 49 de coïncidence non retardé représente la totalité des coïncidences aléatoires et des photons formés par annihilation.

La figure 1 représente sous forme plus de taillée l'arrangement discriminateur et formant circuit de coïnci- dence. Chacun des 11 signaux de sortie d'un groupe de dé tecteurs parvient par l'intermédiaire d'un préamplificateur 60, à un discriminateur 62 de fraction constante. Ce discriminateur a un seuil qui peut être réglé sur une large plage de tensions, par exemple entre 2,5 et 300 mV, afin qu'il permette la variation du gain des photomultiplicateurs. Le discriminateur se caractérise en outre par une excursion dans le temps, variant avec l'amplitude, d'environ - 250 ps sur une plage dynamique de 100/1. Cependant, dans un tel système de mesure, la plage dynamique n'est que de 5/1, entre 100 et 511 keV.

Des impulsions de sortie du discriminateur 62 de fraction constante parviennent directement avec les signaux des Il lignes d'entrée dans le processeur 45 et parviennent à une porte réunion 64. Le signal de sortie de cette dernière parvient à une entrée d'une porte intersection 66 et à une entrée d'une seconde porte intersection 68. Ces dernières portes forment les circuits de coïncidence de la figure 1. Le signal de la porte 68 constitue le signal d'échantillonnage total alors que celui de la porte 66 constitue le signal d'échantillonnage aléatoire. L'autre entrée de la porte 68 est alimentée par un autre canal de porte réunion de discriminateur à préamplificateur du type représente sur la figure 2 mais pour les signaux crées dans le groupe opposé de détecteurs. L'autre signal d'entrée de la porte 66 est cependant formé par le signal de sortie de la porte réunion d'un second canal, par l'inter mediaire d'un circuit à retard.

Comme décrit précédemment en référence à la figure 1, les signaux des circuits de coïncidence parviennent à un processeur d'entrée 45. Les signaux parvenant à ce dernier comprennent alors 11 canaux de données correspondant aux 11 détecteurs de chaque groupe et, pour chaque paire de groupes en regard, un signal d'échantillonnage aléatoire représentant les coïncidences entre les photons détectés dans un groupe et les signaux retardés provenant de photons détectés dans le groupe opposé. En outre, un signal d'échantillonnage total représentant des coïncidences totales, sans retard, entre des photons dé tectés dans un groupe en coïncidence avec des photons dé tectés dans le groupe opposé, est formé.

En plus des signaux précités, le processeur 45 reçoit des signaux d'acheminement et de déclenchement assurant la commande de son fonctionnement.

La figure 3 représente un diagramme synoptique du processeur d'entrée Celui-ci comprend une mémoire temporaire 70 qui reçoit directement les signaux d'entrée indiqués précédemment Les signaux de sortie de cette mémoire 79 parviennent à un codeur 72 qui alimente lui-même le processeur 74 de données, formant aussi une mémoire, ce processeur étant relié par un circuit 76 de commande et de couplage à l'ordinateur 80 du sous-ensemble 27. La fonction principale du processeur 45 est l'accumulation, pour chacun des 363 trajets rectilignes traversant le champ 30 de vs ion, d'un nombre correspondant au total des colnciden- ces pendant chaque trajet, et d'un nombre correspondant aux coïncidences aléatoires pour chaque trajet.Dans un mode de fonctionnement, le processeur d'entrée détermine rapidement la différence entre les nombres pour chaque ligne de visée et le transmet à 1'ensemble 27. Dans un autre mode de fonctionnement et dans une variante#, le processeur peut transmettre les deux valeurs, c'est-àdire le nombre total de coïncidences et le nombre de coïncidences aléatoires, à l'ordinateur qui effectue d'autres calculs.

La mémoire temporaire 70 constitue un circuit tampon pour les données d'entrée. Bien qu'elle possède une fréquence de détermination de coïncidences de salves de 8 MHz, les données de la mémoire temporaire sont trans férées au codeur vers la mémoire 74 avec une fréquence de 700 kHz. Ainsi, la mémoire temporaire permet un traitement sans temps mort car les évènements très rapprochés peuvent être reçus dans la mémoire temporaire du fait de la fréquence de coïncidence de 8 MHz de celle-ci alors que la fréquence de transfert dans la mémoire de masse 74 peut être de 700 kHz seulement, c'est-à-dire bien supérieure à la fréquence d'analyse qui est en général de l'ordre de 20 kHz.

La figure 4 représente plus en détail le processeur d'entrée. Les 11 signaux d'entrée provenant du groupe
A et les 11 signaux provenant du groupe D parviennent à la bascule 90 de la paire de groupes AD. De manière analogue, les 11 signaux des groupes B et E parviennent à une seconde bascule 92 et ceux des groupes C et F à une troisième bascule 94. Chacun des signaux d'échantillonnage, aussi bien aléatoire que total, des circuits de coïncidence parvient à un circuit 98 à bascule d'échantillonnage et de synchronisation d'entrée.

Le circuit 98 transmet séparément des paires de signaux à chacune des bascules 90, 92 et 94. En fonction du signal d'échantillonnage, aléatoire ou total, provenant des circuits de coïncidence associés à une paire particulière de groupes, le circuit 98 transmet d'abord une impulsion d'horloge à la bascule associée puis une impulsion de validation. L'impulsion d'horloge a par exemple une durée de 150 ns. Le circuit 98 transmet aussi des signaux séparés de sortie à un registre 100 du type premier entré-premier sorti, indiquant si le signal d'échantillonnage d'entrée est un signal aléatoire ou total normal et indiquant de quelle paire de groupes il provient.

Les signaux de sortie des bascules 90, 92 et 94 parviennent à deux lignes de sortie à 11 canaux, une ligne a 11 canaux transmettant le signal de données représentaif d'un photon deénergie suffisante détecté par l'un quelconque des détecteurs des groupes A, B et C. Le canal par lequel le signal apparaît est évidemment représentatif de la position du détecteur particulier dans le groupe.

Ainsi, un signal du canal n01 dans cette sortie indique qu'un photon est détecté dans la première position de détecteur de l'un quelconque des groupes A, B et C. De manier analogue, une seconde sortie à 11 canaux transmet les signaux des groupes en regard D, E et F. Les deux si gnaux à 11 canaux parviennent aux entrées du registre 100 avec les signaux d'identification d'échantillonnage provenant du circuit 98.

Lors du fonctionnement, les signaux des discriminateurs individuels des groupes de détecteurs sont transmis à l'entrée des bascules des paires de groupes mais ne pé nètrent pas dans la bascule à moins qu'il apparaisse un signal d'échantillonnage. Après un signal d'échantillonnage apparaissant à l'entrée du circuit 98, l'impulsion convenable d'horloge de sortie est transmise et ce signal assure l'introduction du signal de données dans la bascule de la paire de groupes. A la fin de l'impulsion d'horloge, un signal de validation est créé dans le circuit 98 et commande le transfert du signal de données de la bascule correspondante au registre 100.Comme le circuit 98 transmet simultanément des signaux de sortie au registre 100 indiquant le type d'échantillonnage et la paire dont provient le signal, le signal à plusieurs bits du registre est représentatif de l'emplacement des deux#détecteurs qui. ont dé tecté le photon à l'origine de la coïncidence,- dans la paire de groupes, de la position des détecteurs et du fait que la coïncidence est aléatoire ou totale.

Il faut noter que, dans cet appareil, plus de deux lignes de données peuvent être excitées â un même moment, à l'entrée d'une bascule d'une paire de groupes si bien que, dans ce cas, il n'est pas possible d'identifier quel trajet rectiligne est impliqué dans la coïncidence.

Dans ce cas, un signal est transmis au circuit 104 de mémoire et indique une coïncidence multiple.

Le registre 100 est par exemple du type premierentré-premier sorti ayant au moins 28 positions de bit et il a une longueur de 16 registres dans la direction dthor- loge. Comme indiqué précédemment, les bascules des paires de groupes sont commandées par une impulsion d'horloge de 150 ns correspondant à une acceptation de fréquence de salve de 8 MHz environ, et les signaux de ces bascules sont introduits dans le registre à peu près à cette fré quence. Ce registre est cependant destiné à extraire les données du registre à décalage vers le codeur 102 a une fréquence d'horloge bien plus faible, par exemple 700 kHz.

Comme la capacité de mémoire du registre 100 suffit compte tenu de la fréquence moyenne de séparation des évènements, la fréquence de transfert est suffisamment élevée, bien que la fréquence d'entrée du registre doive permettre la resolution d'évènements ayant une séparation minimale, étant donné la nature aléatoire de la désintégration radioactive.

Le signal de sortie à 28 bits du registre 100 parvient au codeur 102 qui les code sous forme d'un signal d'adresse à 12 bits transmis à la mémoire 104.

Comme indiqué précédemment, il y a 121 lignes de visée pour chaque paire de groupes de détecteurs si bien qu'il faut 121 adresses séparées dans la mémoire. Un code binaire à 7 bits peut alors représenter toutes ces adresses, 7 adresses restant libres. Comme il y a trois paires de groupes de détecteurs dans le mode de réalisation considéré, un code à deux bits peut identifier la paire de groupes dans laquelle se trouvent les lignes de visée, un bit restant libre. Celui-ci peut être utilisé pour llin- dication du fait que la coïncidence détectée correspond à un échantillonnage aléatoire ou total. Les bits supplémentaires provenant du codeur 102 peuvent alors être utilisés pour l'acheminementde signaux de commande et d'instructions.

Une telle instruction de commande détermine le mode de fonctionnement de l'ensemble de l'appareil. Il y a trois modes principaux. Dans un mode, la mémoire n'accumule que les échantillonnages totaux constituant une mesure du nombre. Dans un second mode de fonctionnement, les signaux d'échantillonnage total sont accumulés dans la mémoire et les signaux d'échantillonnage aléatoire aussi, la différence étant calculée ultérieurement. Dans un troisième mode, les coïncidences totales sont transmises à la mémoire sous forme d'un signal algébriquement positif alors que les coïncidences aléatoires sont transmises sous forme d'un signal algébriquement négatif si bien que les nombres accumulés représentent la somme algébrique des signaux d'échantillonnage total et d'échantillonnage aléatoire.

Dans ce dernier mode de fonctionnement, la mémoire contient, à un moment quelconque et pratiquement immédiatement, le nombre résultant quiestreprésentatif des coïncidences dues aux positons. Les signaux transmis par la mémoire aux codeurs peuvent aussi commander différentes fonctions domestiques de l'appareil telles que l'effacement et la remise en route, et la transmission d'un signal d'horloge de déchargement réglant la vitesse de lecture du registre 98 dans le codeur 102.

Bien qu'on ait décrit un exemple particulier de circuit mettant en oeuvre un arrangement hexagonal de trois paires de groupes de détecteurs, l'invention slappli- que aussi à des variantes 7 non seulement relatives à la configuration géométrique de lXarrangement des détecteurs, pouvant être placés dans un ou plusieurs plans, mais aussi portant sur les configurations des circuits donnant les résultats indiqués.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Appareil de tacographie, du type qui comprend

une source de rayonnement dirigeant des positons dans une zone à analyser,

plusieurs détecteurs des photons émis pendant une annihilation de positons dans cette zone, et

un premier dispositif de coïncidence destiné à déterminer le nombre de coïncidences dans le temps entre des photons détectés par des détecteurs placés à 1800 pratiquement l'un de l'autre, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend

un second dispositif de coïncidence (47) destiné à déterminer simultanément le nombre de coïncidences dans le temps entre des photons détectés par des détecteurs individuels et des photons détectés avec un décalage temporel par des détecteurs présentant un décalage de 1800 pratiquement, et

un dispositif (45) destiné à former la différence entre le nombre de coïncidences dans le temps déterminés par le premier dispositif de coïncidence (49) et le nombre de coincidence dans le temps détectées par le second dispositif de coïncidences (47), sous forme d'une mesure du nombre d'annihilations de positons dans ladite zone (30).

2. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (45) destiné à former la différence effectue cette différence pratiquement au moment où ont lieu les coïncidences.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une mémoire (74) qui reçoit le nombre de coïncidences dans le temps provenant du premier et du second dispositif de coïncidence (49, 47) afin que la mémoire accumule séparément les nombres provenant du premier dispositif (49) et du second dispositif (47) de coïncidence, le dispositif de formation de différence étant relié à la mémoire afin qu'il forme la différence postérieurement à l'accumulation des nombres#de coïncidences.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une mémoire (70) à laquelle sont reliés le premier et le second dispositif de coïnci- dence (49, 47) et un dispositif de couplage des détecteurs à la mémoire, ce dispositif de couplage transmettant à la mémoire des signaux représentatifs de la paire de détecteurs qui a détecté les photons qui ont provoqué chacune des coïncidences.

5. Appareil de tacographie, du type qui comprend

une source qui émet des positons vers une zone à analyser,

plusieurs détecteurs des photons émis pendant l'annihilation des positons dans ladite zone, les détecteurs formant un arrangement annulaire, et

un premier circuit de coïncidence ayant une pre mière et une seconde connexion d'entrée et au moins une connexion de sortie, le premier circuit de coïncidence étant destiné à transmettre un signal par la connexion de sortie chaque fois que les signaux présents à la pre mière et à la seconde connexion d'entrée coïncident dans le temps l'un avec l'autre, les détecteurs étant couplés aux connexions d'entrée du premier circuit de coïncidence de manière qu'un premier groupe de détecteurs soit relié à la première entrée et à un second groupe, placé en face du premier groupe, à- la seconde connexion d'entrée, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend

un second circuit de coïncidence (47) ayant une première et une seconde connexion d'entrée et une connexion de sortie, ce second circuit de coïncidence étant destiné à transmettre un signal par la connexion de sortie chaque fois que les signaux parvenant à la première et à la seconde connexion d'entrée coïncident l'un avec l'autre dans le temps, les détecteurs étant couplés à la première connexion d'entrée du second circuit de coïnci- dence,

un circuit à retard (50) monté entre les détecteurs et la seconde connexion d'entrée du second circuit de coïncidence (47), et

un dispositif (45) de détermination de la différence entre le nombre de signaux apparaissant à la sortie du second circuit de coïncidence et le nombre de signaux apparaissant à la sortie du premier circuit de coïncidence (49), la différence étant une indication du nombre de positons annihiles dans ladite zone (30).

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les détecteurs forment un arrangement de groupes (A à F) de détecteurs, chaque groupe étant apparié à un groupe parallèle placé en face, et, dans le premier circuit de coïncidence (49) des coïncidences dans le temps sont déterminées entre les signaux des détecteurs des groupes appariés alors que, dans le second circuit de colnci- dence (47), la première entrée reçoit les signaux des détecteurs d'un groupe alors que la seconde entrée reçoit les signaux retardés des détecteurs du groupe apparie.

7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la différence entre les signaux de sortie des deux circuits de coïncidence (49, 47) est déterminée pratiquementen même temps que ces signaux sont produits à la sortie des circuits de coïncidence.

8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre

une mémoire (74),

un dispositif destiné à transmettre les signaux de sortie du premier et du second circuit de coïncidence (49, 47) à la mémoire, et

un circuit de commande (98) destiné à déterminer la différence entre les signaux conservés dans la mémoire et provenant du premier circuit de coïncidence (49) et les signaux conservés et provenant du second circuit de coïncidence (47) à un moment ultérieur à celui de l'introduction de ces signaux dans la mémoire.

9. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif (45) de détermination de la- diffé- rence comprend un circuit tampon (70) de mémorisation ayant un temps de résolution d'entrée inférieur d'un fac teur au moins égal à 100 à la fréquence moyenne maximale prévue des données.

10. Appareil de tacographie, du type qui comprend

une source de positons dirigeant des positons dans une zone (30) à analyser,

plusieurs détecteurs de photons placés autour de la périphérie de ladite zone, les détecteurs transmettant des signaux de sortie lorsqu'ils reçoivent des photons, et

un premier dispositif de coïncidence (49) destiné à transmettre des signaux de sortie représentatifs du nombre de coïncidences dans le temps des photons détectés par des détecteurs placés à 1800 l'un de l'autre, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend

un second dispositif de coïncidence (45) destiné à transmettre des signaux de sortie représentatifs du nombre de coïncidences entre des photons détectés par des paires de détecteurs placées à 1800, avec une séparation fixe dans le temps entre la détection des photons d'un détecteur de la paire et la détection dans l'autre détecteur de la paire,

un codeur (72), et

un dispositif de couplage des signaux de sortie des détecteurs et des signaux de sortie des dispositifs de coïncidence au codeur, ce dernier transmettant des signaux de sortie représentatifs de l'emplacement des détecteurs transmettant les signaux ayant provoqué la formation du signal du dispositif de coïncidence, et du dispositif de coïncidence qui a formé le signal.