Brevet FR2601783A1 — publié le 19880122

DISPOSITIF DE CALCUL DE SOMME PONDEREE ET ETAGE DE SOMMATION NUMERIQUE POUR CAMERA A SCINTILLATION COMPOSE DE TELS DISPOSITIFS La présente invention concerne un dispositif de calcul de somme pondérée. Ce dispositif est utilisable notamment dans l'étage de sommation numérique d'une caméra à scintillation comprenant un cristal scintillateur éventuellement équipé d'un collimateur, un guide de lumière couplant ce cristal à la fenêtre d'entrée d'un jeu de photodétecteurs tels que des tubes photomultiplicateurs, et p voies d'acquisition qui reçoivent respectivement les signaux de sortie des photodétecteurs et fournissent p signaux numériques à un calculateur par l'intermédiaire d'un bus, inclus ou non dans le calculateur. Une telle caméra à scintillation est par exemple décrite dans une précédente demande de brevet français n" 86 09 986 également déposée par la demanderesse. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de calcul de somme pondérée de type nouveau, pouvant être utilisé notamment, et de préférence en nombre m = 2, 3, ou 4, dans une caméra à scintillation de ce type, en lieu et place des dispositifs de sommation pondérée numérique composant l'étage de sommation de cette caméra. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de calcul de somme pondérée caractérisé en ce qu'il comprend en série un premier circuit de mise en forme recevant séquentiellement les signaux numériques dont on veut effectuer une somme pondérée, un circuit de traitement, un multiplieur numérique recevant sur sa première entrée la sortie dudit circuit de traitement, un additionneur-accumulateur des signaux de sortie successifs dudit multiplieur numérique, et un deuxième circuit de mise en forme destiné à délivrer les signaux de sortie du dispositif de calcul de somme pondérée, le circuit de traitement étant commandé par le signal d'horloge qui fixe la cadence de présentation des signaux numériques à l'entrée du dispositif, un registre numérique étant associé audit circuit de traitement pour lui fournir une valeur de seuil éventuellement modifiable, et ledit multiplieur numérique recevant sur une deuxième entrée la sortie d'une mémoire numérique destinée à délivrer les coefficients de pondération à affecter auxdits signaux numériques. Cette mémoire peut être de type ROM, et les coefficients sont alors fixés une fois pour toutes, ou par exemple de type RAM, et les coefficients peuvent alors être modifiés, par l'intermédiaire d'un circuit additionnel câblé ou microprogrammé. Dans le cas d'une application à une caméra à scintillation, l'étage de sommation numérique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est situé à la suite du bus, en tête du calculateur, et reçoit les signaux en provenance de ce bus, et en ce qu'il comprend en parallèle m dispositifs de calcul de somme pondérée tels que définis précédemment, le nombre m étant inférieur à p. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de calcul de somme pondérée selon l'invention - la figure 2 montre la forme de différents signaux présents en divers points du dispositif de la figure 1 - la figure 3 montre un exemple de réalisation d'une caméra à scintillation incluant des dispositifs selon 1 'inven- tion - la figure 4 montre un exemple de réalisation du calculateur de la caméra à scintillation de la figure 3. Le dispositif de calcul de somme pondérée représenté sur la figure 1 et conforme à l'invention comprend un multiplieur numérique 20, qui reçoit séquentiellement par l'intermédiaire d'un premier circuit de mise en forme 10 les signaux dont on veut effectuer la somme pondérée, un additionneur-accumulateur 30, et un deuxième circuit de mise en forme 40. Le premier des circuits de mise en forme est essentiellement destiné à la remise en forme des signaux qui, à leur arrivée, sont éventuellement pollués par les circuits précédemment traversés, tandis que le deuxième réalise notamment, outre une remise en forme, un gain en courant et/ou une adaptation d'impédance. Une mémoire numérique 50 fournit au multiplieur numérique 20 les coefficients de pondération à affecter auxdits signaux. Les multiplieurs-numériques actuellement disponibles en circuit intégré sur le marché (et dont certains incorporent d'ailleurs 1 'additionneur-accumulateur) permettent de travailler aussi bien sur des données signées que non signées. On peut ainsi stocker dans la mémoire numérique 50 des coefficients de pondération soit positifs, soit négatifs. Entre le premier circuit de mise en forme 10 et le multiplieur numérique 20, il est prévu, en série, un circuit de traitement 110. Ce circuit 110 est commandé par un signal d'horloge qui est décrit plus loin. A ce circuit de traitement 110 est ici associé un registre numérique 100 contenant une valeur de seuil, éventuellement modifiable (y compris jusqu'à la valeur 0). Le circuit de traitement 110 peut être simplement un circuit d'élimination des signaux inférieurs à ce seuil ou être un circuit de structure plus complexe. Dans un premier mode de réalisation, la mémoire numérique 50 est une mémoire de type ROM (en anglais "Read-Only Memory") à lecture seule. Les coefficients que contient cette mémoire sont alors fixés une fois pour toutes lors de sa fabrication. Dans un mode de réalisation plus perfectionné, la mémoire 50 peut être par exemple de type RAM (en anglais : "Random Access Memory") à écriture et lecture aléatoires. Les coefficients de pondération peuvent alors être modifiés par l'intermédiaire d'un circuit additionnel câblé, ou microprogrammé (microproces-seur, microordinateur,...). Le fonctionnement du dispositif de calcul de somme pondérée selon l'invention est maintenant décrit en ré férence à la figure 2, qui montre la forme des signaux présents en différents points du dispositif. Les signaux numériques qui se présentent à l'entrée du circuit de mise en forme 10 sont--référencés S1, S2,..., Si,..., Sp, ... etc... et sont représentés sur la fi- gure 2a. Après mise en forme, ces signaux sont reçus par le circuit de traitement 110 au rythme du signal horloge représenté sur la figure 2b et avec lequel l'arrivée des signaux numériques S1, S2,..., Sp,..., est synchrone. Ce signal d'hor- loge est reçu sur la connexion 112. Dans l'exemple décrit, le circuit 100 définit la valeur d'un seuil et les signaux de sortie du circuit 10 sont transmis, ou non, au multiplieur numérique 20 selon qu'ils sont supérieurs ou égaux, ou au contraire inférieurs respectivement, à ladite valeur de seuil. Les signaux présents en sortie du circuit de traitement 110 sont alors multipliés par des coefficients de pondération respectifs au rythme d'un signal fourni sur la connexion 22. Ce signal, représenté sur la figure 2c, est identique à celui de la figure 2b, mais retardé par rapport à lui du temps nécessaire au transfert des signaux. Les coefficients de pondération sont fournis par la mémoire 50, dont l'adressage est effectué au rythme du signal représenté sur la figure 2d, présent sur la connexion 52 et en phase avec celui de la figure 2a. L'additionneur-accumulateur 30 effectue alors la sommation progressive des signaux numériques pondérés se présentant sur son entrée, et ce au rythme du signal représenté sur la figure 2e, identique à celui de la figure 2b mais également retardé -de façon distincte du cas précédent- par rapport à lui pour la compensation des temps de propagation des signaux. Ce signal de la figure 2e est reçu sur la connexion 32, une connexion 34 étant prévue pour délivrer un signal de remise à zéro de l'additionneur-accumulateur représenté sur la figure 2f. Enfin, un signal de validation représenté sur la figure 29 et fourni au circuit de mise en forme 40, sur la connexion 42 de celui-ci, permet de disposer en sortie de ce circuit 40 du signal de sommation pondérée recherché. Ce signal de sommation est représenté sur la figure 2h (l'état précédant son arrivée est un état dit de haute impédance). Dans les modes de réalisation qui viennent d'être envisagés ou dans les variantes qui pourraient encore en être déduites sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif de calcul de somme pondérée selon cette invention trouve une intéressante application dans le domaine des caméras à scintillation. Plus particulièrement, la demanderesse a en effet décrit, dans ladite précédente demande de brevet français n" 86 09 986, une caméra à scintillation composée, comme indiqué sur la figure 3, d'un cristal scintillateur 15 auquel est éventuellement associé un collimateur 25. Le cristal 15 est couplé par l'intermédiaire d'un guide de lumière 35 à la fenêtre d'entrée d'un jeu de photodétecteurs, par exemple des tubes photomultiplicateurs 55. Ceux-ci convertissent chaque scintillation en un courant qui est alors traité par p voies d'acquisition 65.Les p voies, comprenant chacune un circuit 66 d'amplification et de filtrage, un circuit de réalignement temporel 67 et un dispositif de conversion et d'intégration 68 fournissent p signaux numériques à un calculateur 105, éventuellement par l'intermédiaire de mémoires dites FIFO (en anglais : "First-In, First-Out") régularisant le débit des événements et permettant donc de travailler à des fréquences plus faibles. Dans cette précédente demande, le calculateur 105 comprend, comme indiqué par exemple sur la figure 4, un bus de transfert 155 des signaux numériques, puis un étage de sommation numérique 250 comprenant ici m = 4 dispositifs 251 à 254 de sommation pondérée numérique, et un étage de traitement des événements 550 comprenant lui-même m = 4 circuits de calcul de désempilement 551 à 554, deux diviseurs 555 et 556 délivrant des signaux de coordonnées et d'énergie x, y, E pour chacune des scintillations détectées, et un circuit de réalignement temporel 557. Un étage de détection, séquencement et stockage 450 commandé par la sortie d'un amplificateur analogique de sommation 165 assure la synchronisation de l'ensemble des éléments de la caméra à scintillation.Le nombre m, inférieur à p, est en général égal à quatre, mais ce choix n'est pas limitatif et m peut être égal à trois seulement, lorsqu'on utilise les moyens de correction de défauts de linéarité et d'énergie mis en oeuvre, dans les caméras gamma actuellement disponibles, à partir des signaux de sortie du calculateur. Ce nombre peut même être égal à deux si, au lieu d'utiliser un jeu de photodétecteurs répartis sur toute une surface, on n'emploie qu'une- barrette linéaire de ces photodétecteurs, supprimant ainsi toute mesure selon l'une des dimensions c'est-à-dire tout calcul de coordonnée correspondant. C'est en lieu et place de ces m dispositifs de sommation pondérée numérique, tels qu'utilisés dans ladite précédente demande, que peuvent être employés m dispositifs de calcul de somme pondérée conformes à la présente invention. Il en résulte en effet une amélioration des caractéristiques de la caméra à scintillation, et notamment de sa résolution spatiale intrinsèque. Dans l'exemple décrit, les p signaux de sortie des p voies d'acquisition sont donc transmis séquentiellement aux quatre dispositifs de calcul de somme pondérée. L'adressage de p voies d'acquisition est identique à celui de la mémoire numérique 50 de chaque dispositif, ces mémoires 50 étant là encore de type ROM ou RAM selon le degré de flexibilité souhaité pour la caméra à scintillation. Dans le cadre des essais qui ont été réalisés, la mise en place de tels dispositifs de calcul de somme pondérée dans une caméra à scintillation a conduit à des durées de cycle de calcul voisines de 50 nanosecondes. Un cycle d'une telle brièveté permet d'accepter-des taux de comptage effectifs de la caméra à scintillation supérieurs à 300.000 coups par seconde, pour une caméra comprenant par exemple 61 tubes photomultiplicateurs et 61 voies d'acquisition. Bien entendu, la présente invention n'est pas limité aux exemples de réalisation décrits et représentés, à partir desquels des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier, le seuil imposé par le registre numérique 100 peut être par exemple modifiable simplement entre des cycles de calcul complets, ou bien au contraire de façon dynamique en liaison avec la valeur de chacun des signaux. Il en est de même pour les coefficients de pondération, modifiables soit avant un cycle de fonctionnement, par exemple pour le calibrage de la caméra à scintillation ou encore parce qu on utilise des sources radioactives d'énergies différentes, soit de façon dynamique en fonction de la valeur de chacun des signaux. REVENDICATIONS 1. Dispositif de calcul de somme pondérée caractérisé en ce qu'il comprend en série un premier circuit de mise en forme recevant séquentiellement les signaux numériques dont on veut effectuer une somme pondérée, un circuit de traitement, un multiplieur numérique recevant sur sa première entrée la sortie dudit circuit de traitement, un additionneur-accumulateur des signaux de sortie successifs dudit multiplieur numérique, et un deuxième circuit de mise en forme destiné à délivrer les signaux de sortie du dispositif de calcul de somme pondérée, le circuit de traitement étant commandé par le signal d'horloge qui fixe la cadence de présentation des signaux numériques à l'entrée du dispositif, un registre numérique étant associé audit circuit de traitement pour lui fournir une valeur de seuil éventuellement modifiable, et ledit multiplieur numérique recevant sur une deuxième entrée la sortie d'une mémoire numérique destinée à délivrer les coefficients de pondération à affecter auxdits signaux numériques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite mémoire numérique est une mémoire dite ROM. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite mémoire numérique est une mémoire dite RAM à laquelle est associé un circuit additionnel de modification de coefficients. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit additionnel de modification de -coeffi- cients est un circuit câblé. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit additionnel de modification de coefficients est un circuit microprogrammé tel qu'un microprocesseur ou un microordinateur. 6. Etage de sommation numérique pour caméra à scintillation comprenant un cristal scintillateur éventuellement équipé d'un collimateur, un guide de lumière couplant ce cristal à la fenêtre d'entrée d'un jeu de photodétecteurs tels que des tubes photomultiplicateurs, et p voies d'acquisition qui reçoivent respectivement les signaux de sortie des photodétecteurs et fournissent p signaux numériques à un calculateur par l'intermédiaire d'un bus inclus ou non dans le calculateur, ledit étage de sommation numérique étant caractérisé en ce qu'il est situé à la suite du bus, en tête du calculateur, et reçoit les signaux en provenance de ce bus, et en ce qu'il comprend en parallèle m dispositifs de calcul de somme pondérée selon l'une des revendications 1 à 5, le nombre m étant inférieur à p.