Hallo.
Ein mMn sehr guter Beitrag zum Thema Synchronisation von Bernd Ua:
Video:
https://www.youtube.com/watch?v=WOc89TF8l-8
Material:
http://probucon.de/wp-content/upload...ronisation.pdf

Neben Critical Sections, TMonitor und vielen anderen gibt es noch eine threadsichere Warteschlange: TThreadedQueue.
Beispiel dazu hier:
http://chee-yang.blogspot.com/2015/1...eadsynchronize

Evtl ist auch TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer für dich der richtige Weg.
Auszug aus dem o.g. PDF:

TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer :
• Verwaltet mehrere lesende Zugriffe und
blockierenden Schreibzugriff
• BeginRead/EndRead zum Lesen
• BeginWrite/EndWrite zum Schreiben
• Zum Beispiel verwendet von der VCL via
IReadWriteSync in Forms (GlobalNamespace)

In dem Buch "Delphi Cookbook" gibt es, glaube ich, ein Beispiel für ein Oszilloskop was auf Multi-Threading basiert. Die Problemstellung klang jetzt auf Anhieb irgendwie ähnlich.

Tut mir leid, dass ich keine konkretere Hilfe anbieten kann.