AT520381A1 - X-ray device and method for small angle scattering - Google Patents
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Abstract
Beschrieben ist eine Röntgenvorrichtung (100, 400) zum Untersuchen einer länglichen Probe (103, 403), insbesondere mittels Kleinwinkelstreuung an Fasern, aufweisend: eine Röntgenquelle (101, 401) zum Aussenden eines, insbesondere monochromatischen, Röntgenstrahls (102, 402); eine Probenträgeraufnahme (107, 407) zum Haltern eines eine Probe tragenden Probenträgers (110, 410), sodass die Probe quer zu einer Längsrichtung (113, 413) der Probe von dem Röntgenstrahl (102, 402) durchstrahlt wird; und einen Detektor (104, 404), der zum Detektieren von an der Probe in entgegengesetzten Winkeln gestreutem bzw. gebeugtem Röntgenstrahl (111a, 111b, 411a, 411b) ausgebildet und angeordnet ist.Described is an X-ray device (100, 400) for examining an elongated sample (103, 403), in particular by means of small angle scattering on fibers, comprising: an X-ray source (101, 401) for emitting an, in particular monochromatic, X-ray beam (102, 402); a sample carrier receptacle (107, 407) for holding a sample carrier (110, 410) carrying a sample so that the sample is irradiated by the X-ray beam (102, 402) transversely to a longitudinal direction (113, 413) of the sample; and a detector (104, 404) configured and arranged to detect x-ray scattered (111a, 111b, 411a, 411b) at the sample at opposite angles.
Description
Röntgenvorrichtung und Verfahren zur KleinwinkelstreuungX-ray device and method for small angle scattering
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenvorrichtung zum Untersuchen einer länglichen Probe, insbesondere mittels Kleinwinkelstreuung an Fasern, und betrifft ein Verfahren zum Untersuchen einer länglichen Probe. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Organismus.The present invention relates to an X-ray apparatus for inspecting an elongate sample, in particular by means of small-angle scattering on fibers, and to a method for examining an elongate sample. Further embodiments of the present invention relate to a method for diagnosing an organism.
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung das Gebiet der Röntgenstrahl-Streuung, wozu Methoden wie beispielsweise die Kleinwinkelstreuung (SAXS), die Weitwinkelstreuung (WAXS) oder die Röntgen-Diffraktometrie (XRD) gehören. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Untersuchungsverfahrens bzw. einer Röntgenvorrichtung, um biologische Proben zu untersuchen und anhand des Streuungs- oder Beugungsmusters eine Diagnose von pathologischen Zuständen zu erstellen. Bei den biologischen Proben kann es sich insbesondere um Haarproben von Patienten handeln und die zu diagnostizierenden Krankheiten können beispielsweise Krebs oder Fehlernährung umfassen.In general, the invention relates to the field of X-ray scattering, including methods such as low angle scattering (SAXS), wide angle scattering (WAXS) or X-ray diffractometry (XRD). Moreover, the present invention relates to the use of an examination method or an X-ray apparatus to examine biological samples and to establish a diagnosis of pathological conditions on the basis of the scattering or diffraction pattern. The biological samples may in particular be hair samples from patients and the diseases to be diagnosed may include, for example, cancer or malnutrition.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Kleinwinkelröntgenstreuung (small angle x-ray scattering, SAXS) ist herkömmlicherweise benutzt worden, um die Filamentstruktur eines menschlichen Haars zu untersuchen. Die Haarprobe muss zur Untersuchung montiert und zentriert werden, bevor die Haarprobe der Röntgenstrahlung ausgesetzt wird. V. James et al, Nature Vol. 398, 4 March 1999, S. 33, beschreiben die Verwendung von Faserröntgenbeugungs-Studien mit Synchrotron-Strahlung um Haare zu untersuchen, um Hinweise auf Brustkrebs zu erhalten. Dabei DV:cw wird eine Haarprobe durch Synchrotron-Röntgenstrahlung bestrahlt und die Streuintensitäten, insbesondere Intensitäten in einem oder mehreren Ringen analysiert. Dabei konnte eine Korrelation von Brustkrebs mit der Haarstruktur bestimmt werden. G.L. Corino und P.W. French, International Journal of Cancer: 122,847-856 (2008) beschreiben in „Diagnosis of Breast Cancer by X-Ray-diffraction of Hair" die Analyse von Haarfasern von Frauen mit Brustkrebs unter Benutzung von Synchrotron-erhaltener Röntgenbeugung. Dabei wurde in dem Beugungsmuster ein Ring beobachtet, welcher einem molekularen Abstand von etwa 4,8 nm entspricht. EP 2440937 Al offenbart ein Diagnoseverfahren, um z.B. Krebs in einem Untersuchungssubjekt zu identifizieren, wobei Änderungen in einem Lipidprofil durch Chromatographie und Massen-Spektrometrie bestimmt werden. Ferner wird Röntgenbeugung an einem Haar durchgeführt, wobei Synchrotron-Strahlung oder andere monochromatische Röntgenstrahlquellen verwendet wurden. US 2013/182824 Al offenbart ein Probenanalyse-System zum Analysieren einer Haarprobe, wobei mehrere Probenfelder innerhalb eines Behälters lokalisiert sind und wobei ein Antriebsmechanismus eine Haarprobe in einen Röntgenstrahl einjustiert und die Untersuchung für eine andere Haarprobe in dem Behälter wiederholt wird. Die Haarproben werden dabei durch Einstellungen in dem Röntgenstrahl ausgerichtet. US 2009/299642 Al offenbart ein Verfahren zum Analysieren einer Keratinprobe, wobei die Probe einer Röntgenstrahlung ausgesetzt wird. Röntgenbeugungsmuster von verschiedenen Haarproben verschiedener Untersuchungspersonen zeigen Unterschiede, welche Brustkrebs anzeigen. US 2008/201081 Al offenbart ein Verfahren zum Analysieren einer Funktion eines Biosystems, wobei eine Probe einer einfallenden Energie ausgesetzt wird, die bestrahlte Energie von der Probe empfangen wird und zumindest ein Teil der bestrahlten Energie durch einen Wandler passiert wird, um ein Informationssignal abzuleiten, welches einen Aspekt der Probe charakterisiert. EP 1 137 937 Al, offenbart ein Verfahren zum Detektieren der Anwesenheit eines Gens, welches für einen pathologischen Zustand verantwortlich ist, wobei ein Haar von dem Patienten einer Faserröntgenbeugung ausgesetzt wird und Änderungen in der Ultrastruktur des Haares detektiert werden. Die Röntgenstrahlung wird dabei durch beschleunigte Teilchen in einem Synchrotron erzeugt. US 2017/115240 Al offenbart ein Verfahren für die Detektion und Diagnose von Ess-Fehlverhalten und Fehlernährung unter Benutzung von Röntgenbeugung an einer Haarprobe der Untersuchungsperson. WO 2011/000020 Al offenbart ein Verfahren zum Verbessern eines Röntgenbeugungsbildes einer Probe, welche abnormales Keratin enthält, wobei ein Agens eine Änderung, welche in einer abnormalen Keratinprobe enthalten ist, verstärkt. WO 03060513 A2 offenbart ein Verfahren zum Detektieren von Krebs in einem Patienten, wobei eine Haarprobe Röntgenstrahlung ausgesetzt wird und die gestreute Röntgenstrahlung durch einen Detektor detektiert wird. Die Röntgenquelle kann eine Standard-, inkohärente Röntgenquelle sein, wie sie in Kliniken und in Laboratorien verwendet wird. Der Detektor detektiert dabei nur einen Teil der gebeugten Röntgenstrahlung.Small angle X-ray scattering (SAXS) has conventionally been used to study the filament structure of a human hair. The hair sample must be assembled and centered for examination before exposing the hair sample to X-ray radiation. James et al, Nature Vol. 398, 4 March 1999, p. 33, describe the use of fiber X-ray diffraction studies with synchrotron radiation to study hair to obtain evidence of breast cancer. DV: cw a hair sample is irradiated by synchrotron X-rays and analyzed the scattering intensities, in particular intensities in one or more rings. A correlation between breast cancer and hair structure was determined. G. L. Corino and P.W. French, International Journal of Cancer: 122, 847-856 (2008) describe in the "Diagnosis of Breast Cancer by X-Ray-diffraction of Hair" the analysis of hair fibers of women with breast cancer using synchrotron-preserved X-ray diffraction For example, EP 2440937 A1 discloses a diagnostic method to identify, for example, cancer in an examination subject, wherein changes in a lipid profile are determined by chromatography and mass spectrometry US 2013/182824 A1 discloses a sample analysis system for analyzing a hair sample, wherein a plurality of sample fields are located within a container, and wherein a drive mechanism adjusts a hair sample into an X-ray and the X-ray Investigation for another hair sample is repeated in the container. The hair samples are thereby aligned by adjustments in the X-ray beam. US 2009/299642 A1 discloses a method for analyzing a keratin sample wherein the sample is exposed to X-radiation. X-ray diffraction patterns of different hair samples from different investigators show differences indicating breast cancer. US 2008/201081 A1 discloses a method of analyzing a function of a biosystem wherein a sample is subjected to incident energy, the irradiated energy is received by the sample and at least a portion of the irradiated energy is passed through a transducer to derive an information signal, which characterizes an aspect of the sample. EP 1 137 937 A1 discloses a method for detecting the presence of a gene responsible for a pathological condition wherein a hair from the patient is subjected to fiber X-ray diffraction and changes in the ultrastructure of the hair are detected. The X-radiation is generated by accelerated particles in a synchrotron. US 2017/115240 A1 discloses a method for the detection and diagnosis of eating misconduct and malnutrition using X-ray diffraction on a hair sample of the subject. WO 2011/000020 A1 discloses a method for improving an X-ray diffraction pattern of a sample containing abnormal keratin, wherein an agent enhances a change contained in an abnormal keratin sample. WO 03060513 A2 discloses a method for detecting cancer in a patient, wherein a hair sample is exposed to X-radiation and the scattered X-radiation is detected by a detector. The X-ray source can be a standard incoherent X-ray source used in clinics and laboratories. The detector detects only a part of the diffracted X-radiation.
Die herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zum Untersuchen einer Probe, insbesondere einer Haarprobe eines Patienten, erfordern entweder dieThe conventional devices and methods for examining a sample, especially a hair sample of a patient, require either
Verwendung von Synchrotron-erzeugter Röntgenstrahlung oder erfordern eine aufwendige, zeitraubende Justierung der Probe in dem Strahl. Die Verwendung von Synchrotron-Strahlung ist mit großem Aufwand verbunden, da die Proben zu den Synchrotron geschickt werden müssen und dort gemessen werden müssen, was zusätzliche Kosten verursacht und die Zeit bis zur Erstellung der Diagnose verlängert.Use of synchrotron-generated X-radiation or require a complex, time-consuming adjustment of the sample in the beam. The use of synchrotron radiation is costly because the samples must be sent to the synchrotron and measured there, which adds cost and prolongs the time to diagnosis.
Laborröntgen-Messgeräte können zwar vor Ort, in der Klinik oder im Laboratorium, eingesetzt werden und so die Zeit bis zur Fertigstellung der Diagnose verkürzen. Handelsübliche Röntgenvorrichtungen und Verfahren für die Röntgenstreuung (Diffraktometer, SAXS, WAXs) sind jedoch sehr komplex und erfordern aufwendige, zeitraubende Justage. Herkömmlicherweise weisen Röntgenvorrichtungen ein aufwendiges Kollimationssystem auf, welches Blenden, Pin-holes und Kollimationsblöcke umfasst. Die Positionierung und Justage dieser sowie allfällig weiterer Komponenten sowie der Probe, der Röntgenstrahlquelle, des Primärstrahlfängers und des Detektors sind sehr aufwendig und zeitraubend.Although laboratory X-ray meters can be used on site, in the clinic or in the laboratory, they can shorten the time it takes to complete the diagnosis. However, conventional X-ray devices and methods for X-ray scattering (diffractometers, SAXS, WAXs) are very complex and require complex, time-consuming adjustment. Conventionally, X-ray devices have an elaborate collimation system that includes apertures, pinholes, and collimation blocks. The positioning and adjustment of these and any other components as well as the sample, the X-ray source, the Primärstrahlfängers and the detector are very expensive and time consuming.
Konventionell wird der Streustrahlwinkel bzw. Beugungswinkel in Bezug auf das Zentrum des Primärstrahls ermittelt, was somit eine genaue Justierung von Primärstrahl und Probe relativ zueinander erfordert. Aufgrund dieser herkömmlicherweise verwendeten Komponenten wird der Probendurchsatz reduziert und die Messungen werden verzögert. Eine Justage der verschiedenen Komponenten herkömmlicher Röntgenvorrichtungen erfordert eine entsprechende Erfahrung des Bedienungspersonals und die Röntgenvorrichtungen des Standes der Technik werden in der Herstellung und der Montage teuer.Conventionally, the scattered beam angle or diffraction angle with respect to the center of the primary beam is determined, thus requiring an accurate adjustment of primary beam and sample relative to each other. Due to these conventionally used components, the sample throughput is reduced and the measurements are delayed. An adjustment of the various components of conventional X-ray devices requires a corresponding experience of the operators and the X-ray devices of the prior art become expensive in the manufacture and assembly.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Röntgenvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe, insbesondere mittels Kleinwinkelstreuung an Fasern, vorzuschlagen, welche in einer Klinik, einemAn object of the present invention is therefore to propose an X-ray device or a method for examining a sample, in particular by means of small-angle scattering of fibers, which in a clinic, a
Untersuchungslabor oder einem Forschungslabor eingesetzt werden kann, ohne eine zeitaufwendige und komplexe und hohen Sachverstand erfordernde Justage der Röntgenvorrichtung, insbesondere der Probe und/oder des Strahls und/oder anderer Komponenten relativ zueinander, zu erfordern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Labormessgerät für Röntgenstreuung (Diffraktometer, SAXS, WAXS) zur Messung von biologischen Proben zum Zwecke der Diagnose von Krankheiten zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres Ziel oder eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenvorrichtung bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und leicht zu bedienen ist, wobei möglichst wenige, im Ja-Fall gar keine Justage-Schritte erforderlich sind, um Bedienfehler und das Risiko von Fehldiagnosen zu reduzieren.Examination Laboratory or a research laboratory can be used without requiring a time-consuming and complex and high level of expertise requiring adjustment of the X-ray device, in particular the sample and / or the beam and / or other components relative to each other. In particular, it is an object of the present invention to provide a low-cost laboratory X-ray diffraction (diffractometer, SAXS, WAXS) laboratory meter for measuring biological samples for the purpose of diagnosing diseases. A further object or further object of the present invention is to provide an X-ray device which has a simple structure and is easy to operate, with as few as possible, in the case of no adjustment steps at all, to avoid operating errors and the risk of To reduce misdiagnosis.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The object is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims specify particular embodiments of the present invention.
Nicht alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf ein Diagnoseverfahren gerichtet. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind lediglich auf ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe gerichtet, ohne eine Diagnose zu erstellen.Not all embodiments of the present invention are directed to a diagnostic method. Some embodiments of the present invention are directed only to a method of examining a sample without establishing a diagnosis.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt eine Röntgenvorrichtung zum Untersuchen einer länglichen Probe, insbesondere mittels Kleinwinkelstreuung an Fasern, aufweisend: eine Röntgenquelle zum Aussenden eines, insbesondere monochromatischen, Röntgenstrahls; eine Probenträgeraufnahme zum Haltern eines eine Probe tragenden Probenträgers, sodass die Probe quer zu einer Längsrichtung der Probe von dem Röntgenstrahl durchstrahlt wird; und einen Detektor, der zum Detektieren von an der Probe in entgegengesetzten Winkeln gestreutem bzw. gebeugtem Röntgenstrahl ausgebildet und angeordnet ist.According to one embodiment of the present invention, there is provided an X-ray device for examining an elongated sample, in particular by means of small angle scattering on fibers, comprising: an X-ray source for emitting an, in particular monochromatic, X-ray beam; a sample carrier receptacle for holding a sample carrier carrying a sample, so that the sample is irradiated by the X-ray beam transversely to a longitudinal direction of the sample; and a detector configured and arranged to detect X-ray scattered at opposite angles to the sample.
Die Röntgenvorrichtung kann insbesondere als ein Labormessgerät ausgelegt sein, so dass sie in einem Analyselabor, Forschungslabor oder Kliniklabor eingesetzt werden kann. Die Röntgenvorrichtung kann eine Größe von z.B. einer maximalen Ausdehnung zwischen 50 cm und 3 m haben.In particular, the x-ray device can be designed as a laboratory measuring device so that it can be used in an analysis laboratory, research laboratory or clinic laboratory. The x-ray device may have a size of e.g. have a maximum extension between 50 cm and 3 m.
Die Ausdehnung der länglichen Probe in einer Längsrichtung ist größer als eine Ausdehnung der länglichen Probe in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung. Die Ausdehnung der länglichen Probe entlang der Längsrichtung kann z.B. zwischen 50 und 1000 mal der Ausdehnung der Probe in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung betragen. Die längliche Probe kann z.B. ein Teil eines menschlichen Haares, z.B. eines Kopfhaares, oder eines Haares von einer anderen Körperstelle sein. Die Probe kann eine Flüssigkeit enthalten oder eine flüssige biologische Probe sein, die z.B. in einer Kapillare enthalten ist oder durch diese hindurchströmt. Die Probe kann insbesondere eine biologische Probe sein, insbesondere eine Probe eines Menschen. Die Probe kann Fasern bzw. Filamente aufweisen, welche entlang im Wesentlichen der Längsrichtung der Probe ausgerichtet sind. Die Filamente innerhalb der Probe können im Wesentlichen gleichartig oder gleich strukturiert bzw. ähnlich strukturiert sein und können einen charakteristischen Abstand voneinander aufweisen. Die Filamente können auch in unterschiedlichen Abständen voneinander (der Abstand kann z.B. senkrecht zu der Längsrichtung gemessen sein) angeordnet sein. Die unterschiedlichen Abstände der Filamente voneinander bzw. die Struktur der Filamente kann Anlass zu charakteristischen Beugungsmustern geben. Zum Beispiel kann jedem Abstand zwischen Filamenten ein Beugungsring zugeordnet sein. Somit ermöglicht das Detektieren z.B. eines Beugungsringes, welcher einem bestimmten Streuwinkel bzw. Streuvektor zugeordnet ist, die Bestimmung eines Abstands zwischen Filamenten der Probe.The extent of the elongate sample in a longitudinal direction is greater than an extension of the elongate sample in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The extent of the elongate sample along the longitudinal direction may be e.g. between 50 and 1000 times the extent of the sample in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The elongated sample may e.g. a part of a human hair, e.g. a hair, or a hair from another part of the body. The sample may contain a liquid or be a liquid biological sample, e.g. contained in a capillary or flows through it. The sample may in particular be a biological sample, in particular a sample of a human. The sample may comprise fibers or filaments which are aligned along substantially the longitudinal direction of the sample. The filaments within the sample may be substantially similar or structurally structured and may have a characteristic spacing from one another. The filaments may also be arranged at different distances from each other (the distance may be measured, for example, perpendicular to the longitudinal direction). The different distances of the filaments from each other or the structure of the filaments can give rise to characteristic diffraction patterns. For example, a diffraction ring may be associated with each spacing between filaments. Thus, detecting allows e.g. a diffraction ring, which is associated with a specific scattering angle or scattering vector, the determination of a distance between filaments of the sample.
Die Röntgenquelle ist verschieden von einer Synchrotron-Röntgenquelle, bei der im Wesentlichen in einem kreisförmigen Ring geführte Elektronen aufgrund ihrer Beschleunigung Synchrotron-Strahlung abgeben. Im Gegensatz dazu kann die Röntgenquelle der Röntgenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Metallanode umfassen, auf die Elektronen beschleunigt werden, woraufhin Elektronenübergänge in Metallatomen angeregt werden, woraufhin charakteristische Röntgenstrahlung ausgesendet wird. Die Röntgenquelle kann auch zumindest einen Röntgenspiegel umfassen, welcher z.B. durch eine Mehrfachschicht gebildet ist, um die aus der Anode der Röntgenquelle austretende Röntgenstrahlung in den austretenden Röntgenstrahl zu kollimieren und/oder zu monochromatisieren, wobei der Spiegel insbesondere eine parabolische Form aufweisen kann, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der vorzugsweise monochromatische Röntgenstrahl kann z.B. Kupfer-Ka-Strahlung umfassen.The X-ray source is different from a synchrotron X-ray source in which electrons guided substantially in a circular ring emit synchrotron radiation due to their acceleration. In contrast, the X-ray source of the X-ray device according to an embodiment of the present invention may include a metal anode to which electrons are accelerated, whereupon electron transitions in metal atoms are excited, whereupon characteristic X-ray radiation is emitted. The x-ray source may also comprise at least one x-ray mirror which may be e.g. is formed by a multilayer to collimate and / or monochromatize the X-ray radiation emerging from the anode of the X-ray source into the exiting X-ray beam, which mirror may in particular have a parabolic shape, as is known from the prior art. The preferably monochromatic X-ray may be e.g. Copper Ka radiation include.
Die Probenträgeraufnahme ist zum Haltern eines eine Probe tragenden Probenträgers ausgebildet und kann relativ zu der Röntgenquelle und dem Detektor in einer fixen, nicht änderbaren, Orientierung und Positionierung vorgesehen sein. Insbesondere können die Röntgenquelle, die Probenträgeraufnahme und der Detektor relativ zueinander nicht verschiebbar bzw. die relative Position änderbar, d.h. fix relativ zueinander angeordnet sein. Eine Veränderung der Position und/oder Orientierung der Probenträgeraufnahme und/oder der Röntgenquelle und/oder des Detektors kann verhindert sein. Zum Beispiel kann der Probenträger in einer definierten nicht-veränderbaren Position und Orientierung relativ zu der fixen Probenträgeraufnahme von dieser gehaltert werden. Somit ist eine Justage oder Positionseinstellung oder Orientierungseinstellung irgendeiner Komponente der Röntgenvorrichtung nicht erforderlich, um die Untersuchung der Probe durchzuführen. An bzw. in den Probenträger kann die Probe eingesetzt und getragen werden, wobei die Probe, um später eineThe sample carrier receptacle is designed to hold a sample carrier carrying a sample and can be provided in a fixed, unchangeable, orientation and positioning relative to the x-ray source and the detector. In particular, the X-ray source, the sample carrier receptacle and the detector can not be displaced relative to one another or the relative position can be changed, that is to say in relation to one another. be fixed relative to each other. A change in the position and / or orientation of the sample carrier receptacle and / or the X-ray source and / or the detector can be prevented. For example, the sample carrier may be supported in a defined non-variable position and orientation relative to the fixed sample carrier receptacle. Thus, adjustment or position adjustment or orientation adjustment of any component of the x-ray device is not required to perform the examination of the sample. On or in the sample carrier, the sample can be used and worn, the sample to later a
Untersuchung mittels der Röntgenvorrichtung zu erlauben, lediglich in einem vorgegebenen Einsetzbereich des Probenträgers eingesetzt werden muss, wobei der Einsetzbereich z.B. eine Ausdehnung hat, die z.B. 0,5 bis 1,5 mm in einer Richtung quer bzw. senkrecht zu der Längsrichtung der Probe beträgt. Eine Positionierung der Probe mit einer Positionsgenauigkeit, die innerhalb von 0,5 mm bis 1,5 mm des Probenträgers liegt, ist gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausreichend, um eine Durchstrahlung der in den Probenträger gehaltenen Probe und in der Probenträgeraufnahme gehalterten Probenträger mittels des Röntgenstrahls zu erlauben. Zum Untersuchen der Probe muss diese insbesondere nicht in einem Zentrum des Röntgenstrahls (im Querschnitt) entlang der Längsrichtung oder entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung angeordnet werden. Die Probe kann z.B. nicht zentriert eingesetzt werden, und kann trotzdem von dem Röntgenstrahl durchstrahlt werden. Die Längsrichtung der Probe kann im Wesentlichen der Längsrichtung von Filamenten oder Fasern innerhalb der Probe entsprechen bzw. gleichen.To allow examination by means of the X-ray device, only in a predetermined insertion region of the sample carrier must be used, wherein the insertion region, for. has an extent, e.g. 0.5 to 1.5 mm in a direction transverse to the longitudinal direction of the sample. Positioning of the sample with a positional accuracy that is within 0.5 mm to 1.5 mm of the sample carrier is sufficient, according to embodiments of the present invention, to irradiate the sample held in the sample carrier and sample carriers held in the sample carrier by means of the X-ray beam to allow. Specifically, in order to examine the sample, it need not be arranged in a center of the X-ray (in cross section) along the longitudinal direction or along a direction perpendicular to the longitudinal direction. The sample may e.g. can not be used centered, and yet can be irradiated by the X-ray beam. The longitudinal direction of the sample may be substantially the same as the longitudinal direction of filaments or fibers within the sample.
Der Detektor kann zum ortsaufgelösten Detektieren des gestreuten Röntgenstrahls ausgebildet sein. Insbesondere ist der Detektor konfiguriert und angeordnet, um sowohl in einer Richtung gestreute bzw. gebeugte Röntgenstrahlung zu detektieren als auch in der entgegensetzten Richtung gebeugte bzw. gestreute Röntgenstrahlung zu detektieren, was herkömmlicherweise insbesondere bei Kleinwinkelstreuung nicht vorgesehen ist.The detector may be designed for spatially resolved detection of the scattered X-ray beam. In particular, the detector is configured and arranged to detect X-ray scattered in one direction as well as to detect diffracted X-radiation in the opposite direction, which is not conventionally provided especially for small-angle scattering.
Eine Ausdehnung im Querschnitt des Röntgenstrahls entlang einer Richtung quer bzw. senkrecht zu einer Längsrichtung der Probe kann wesentlich größer (z.B. zwischen 5 und 15-mal so groß sein) als eine Ausdehnung der Probe in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Probe. Somit ist eine genaue Justage bzw. Positionierung der Probe entlang der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Probe nicht erforderlich, bzw. nur mit einer geringenAn extension in the cross section of the X-ray along a direction transverse to a longitudinal direction of the sample may be much larger (for example, between 5 and 15 times) than an extension of the sample in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the sample. Thus, a precise adjustment or positioning of the sample along the direction perpendicular to the longitudinal direction of the sample is not required, or only with a small
Genauigkeit wie etwa zwischen 0,5 mm und 1,5 mm erforderlich. Somit kann auf eine Justage der Positionierung der Probe weitgehend verzichtet werden. Der Detektor kann ausgebildet sein, spiegelsymmetrisch (zu der Probe und bzgl. einer Ausbreitungsrichtung des primären Röntgenstrahls) gebeugte bzw. gestreute Strahlung zu detektieren. Aus der Position bzw. den Positionen der spiegelsymmetrisch auf dem Detektor auftreffenden Streustrahlung kann dann, ohne eine Position des Primärstrahls auf dem Detektor kennen zu müssen, der Streuwinkel bzw. der Streuvektor berechnet werden, insbesondere wenn zusätzlich der Abstand, entlang einer Ausbreitungsrichtung des primären Röntgenstrahls, zwischen Probe und Detektor berücksichtigt wird. Dadurch kann eine Auswertung vereinfacht werden.Accuracy such as between 0.5 mm and 1.5 mm required. Thus, an adjustment of the positioning of the sample can be largely dispensed with. The detector can be designed to detect diffracted or scattered radiation (with respect to the sample and with respect to a propagation direction of the primary x-ray beam). The scattering angle or the scattering vector can then be calculated from the position or positions of the scattered radiation incident on the detector in a mirror-symmetrical manner without having to know a position of the primary beam on the detector, in particular if additionally the distance along a propagation direction of the primary X-ray beam , between sample and detector is taken into account. As a result, an evaluation can be simplified.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Röntgenvorrichtung derart ausgebildet, dass eine im Bereich der Probe bzw. der Probenträgeraufnahme vorliegende Ausdehnung eines Querschnitts des Röntgenstrahls in einer ersten Richtung parallel zu der Längsrichtung der Probe eine erste Größe hat, wobei eine im Bereich der Probe bzw. der Probenträgeraufnahme vorliegende Ausdehnung des Querschnitts des Röntgenstrahls in einer zweiten Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Probe eine zweite Größe hat, wobei die erste Größe größer ist als die zweite Größe, oder wobei die erste Größe im Wesentlichen gleich groß ist wie die zweite Größe ist.According to one embodiment of the present invention, the x-ray device is designed in such a way that an expansion of a cross section of the x-ray in a first direction parallel to the longitudinal direction of the sample has a first size in the area of the sample or the sample carrier receptacle the sample carrier receiving extension of the cross section of the X-ray beam in a second direction perpendicular to the longitudinal direction of the sample has a second size, wherein the first size is greater than the second size, or wherein the first size is substantially equal to the second size ,
Der Querschnitt des Röntgenstrahls kann jeweils in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des primären Röntgenstrahls, wie er von der Röntgenquelle ausgesendet wird, definiert sein. Der Röntgenstrahl kann entlang der ersten Richtung ein erstes Intensitätsprofil haben und kann entlang der zweiten Richtung ein zweites, anderes oder gleiches, Intensitätsprofil haben. Die Ausdehnung des Röntgenstrahls im Querschnitt in der ersten Richtung kann durch den Abstand zweier Punkte des ersten Intensitätsprofils definiert werden, bei denen die Intensität von einer maximalen Intensität auf z.B. die Hälfte oder auf 1% der maximalen Intensität oder in anderen Ausführungsformen z.B. auf IO'3 oder IO'6 der maximalen Intensität abgesunken ist. Ähnlich kann die Ausdehnung im Querschnitt des Röntgenstrahls in der zweiten Richtung definiert werden. Innerhalb der so definierten Ausdehnung im Querschnitt des Röntgenstrahls in der ersten bzw. in der zweiten Richtung liegt somit eine Intensität des Röntgenstrahls zwischen einer maximalen Intensität und der Hälfte der maximalen Intensität. Das Intensitätsprofil des Röntgenstrahls in der ersten Richtung kann z.B. jenseits der Ausdehnungsgrenzen in der ersten Richtung weniger stark bzw. weniger schnell abfallen als in der zweiten Richtung jenseits der Ausdehnungsgrenzen. Damit kann eine Konzentrierung der Röntgenstrahlintensität entlang der zweiten Richtung größer sein als entlang der ersten Richtung, um insbesondere eine Überlappung von auf dem Detektor auftreffender primärer Röntgenstrahlung mit gebeugter bzw. gestreuter Röntgenstrahlung zu begrenzen.The cross section of the X-ray beam may each be defined in a plane perpendicular to a direction of propagation of the primary X-ray beam emitted by the X-ray source. The x-ray beam may have a first intensity profile along the first direction and may have a second, different or the same intensity profile along the second direction. The extent of the x-ray beam in the cross-section in the first direction can be defined by the distance between two points of the first intensity profile in which the intensity is shifted from a maximum intensity to e.g. half or at 1% of the maximum intensity or in other embodiments e.g. has fallen to IO'3 or IO'6 of maximum intensity. Similarly, the extent in the cross section of the X-ray beam in the second direction can be defined. Within the thus defined extent in the cross section of the X-ray beam in the first and in the second direction, therefore, an intensity of the X-ray beam is between a maximum intensity and the half of the maximum intensity. The intensity profile of the X-ray in the first direction may be e.g. beyond the expansion limits in the first direction less rapidly or less rapidly than in the second direction beyond the expansion limits. Thus, a concentration of the X-ray intensity along the second direction may be greater than along the first direction, in order to limit in particular an overlap of primary X-radiation incident on the detector with diffracted or scattered X-radiation.
Je größer die erste Größe und/oder die zweite Größe sind, umso weniger ist eine Justage bzw. Positionierung der Probe erforderlich. Ist jedoch insbesondere die zweite Größe zu groß, kann es zu einer Überlappung von Primärstrahlung und gestreuter Strahlung kommen. Daher kann die zweite Größe auf einen geeigneten Bereich begrenzt sein, wie weiter unten in anderen Ausführungsformen beschrieben ist. Um eine Kleinwinkelstreuung an Fasern durchführen zu können, braucht es nicht erforderlich sein, die erste Größe zu beschränken. Wenn die erste Größe relativ groß ist, insbesondere wesentlich größer als die zweite Größe, kann eine Intensität von detektierter gestreuter Strahlung erhöht werden, um somit eine Sensitivität der Röntgenvorrichtung zu verbessern. Bei ähnlicher bzw. gleicher Ausdehnung in beiden Richtungen, wenn somit die erste Größe im Wesentlichen gleichgroß ist wie die zweite Größe, können herkömmliche Röntgenquellen zur Anwendung kommen.The larger the first size and / or the second size, the less the adjustment of the sample is required. However, if in particular the second size is too large, there may be an overlap of primary radiation and scattered radiation. Therefore, the second size may be limited to an appropriate range, as described below in other embodiments. In order to be able to perform a small-angle scattering on fibers, it is not necessary to limit the first size. If the first size is relatively large, in particular substantially larger than the second size, an intensity of detected scattered radiation can be increased, thus improving a sensitivity of the X-ray device. For similar expansion in both directions, that is, when the first size is substantially the same size as the second size, conventional x-ray sources may be used.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die erste Größe zwischen 10 mm und 50 mm und/oder beträgt die zweite Größe zwischen 1 mm und 1,7 mm. Wenn die zweite Größe zwischen 1 mm und 1,7 mm beträgt, braucht eine Positionierung der Probe nur z.B. mit einer Positionsgenauigkeit, die innerhalb von 0,5 mm und 1,5 mm liegt, durchgeführt werden. Ist die erste Größe wesentlich größer, d.h. z.B. zwischen 10 mm und 50 mm, kann eine detektierte Streustrahlungsintensität erhöht werden, um die Sensitivität zu erhöhen.According to one embodiment of the present invention, the first size is between 10 mm and 50 mm and / or the second size is between 1 mm and 1.7 mm. If the second size is between 1 mm and 1.7 mm, positioning the sample only requires e.g. with a positional accuracy that is within 0.5 mm and 1.5 mm. If the first size is much larger, i. e.g. between 10 mm and 50 mm, a detected scattered radiation intensity can be increased to increase the sensitivity.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die erste Größe zwischen 5- und 20-mal, insbesondere zwischen 7 und 15-mal der zweiten Größe. Die Probe kann insbesondere entlang der Längsrichtung als homogen angesehen werden. Ist die erste Größe wesentlich größer als die zweite Größe, kann über verschiedene Bereiche der Probe gemittelt werden bzw. die Streuintensität erhöht werden.According to one embodiment of the present invention, the first size is between 5 and 20 times, in particular between 7 and 15 times the second size. The sample can be considered homogeneous, in particular along the longitudinal direction. If the first size is significantly larger than the second size, it is possible to average over different areas of the sample or increase the scattering intensity.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die zweite Größe zwischen 5 und 15-mal eine Ausdehnung der Probe in der zweiten Richtung. Die zweite Größe ist somit wesentlich größer als die Ausdehnung der Probe in der zweiten Richtung (d.h. senkrecht zur Faserlängsrichtung). Somit ist eine genaue Positionierung der Probe nicht notwendig, um von dem Röntgenstrahl durchstrahlt zu werden. Dies kann eine Bedienung vereinfachen und einen Zeitaufwand zum Durchführen der Untersuchung verkürzen.According to an embodiment of the present invention, the second size is between 5 and 15 times an extent of the sample in the second direction. The second size is thus substantially larger than the extension of the sample in the second direction (i.e., perpendicular to the fiber's longitudinal direction). Thus, accurate positioning of the sample is not necessary to be irradiated by the X-ray beam. This can simplify operation and reduce the time required to perform the examination.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Röntgenvorrichtung derart ausgebildet, dass der Querschnitt des Röntgenstrahls rechteckig oder ellipsenförmig oder linienförmig ist, oder der Querschnitt des Röntgenstrahls ist quadratisch oder kreisförmig oder polygonförmig. Auch andere Querschnitte des Röntgenstrahls sind denkbar. Somit können herkömmlich erzeugbare Profile von Röntgenstrahlung unterstützt sein.According to an embodiment of the present invention, the X-ray device is formed such that the cross section of the X-ray beam is rectangular or elliptical or line-shaped, or the cross-section of the X-ray beam is square or circular or polygonal. Other cross sections of the X-ray beam are conceivable. Thus, conventionally producible profiles of X-radiation may be supported.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Röntgenvorrichtung derart ausgebildet, dass der Detektor zumindest entlang der zweiten Richtung eine Mehrzahl von röntgenstrahlempfindlichen Detektorelementen aufweist, wobei der Detektor insbesondere als Zeilendetektor ausgebildet ist.According to one embodiment of the present invention, the x-ray device is designed such that the detector has a plurality of x-ray-sensitive detector elements at least along the second direction, wherein the detector is designed in particular as a line detector.
Die Streuung bzw. Beugung (im Allgemeinen die Ablenkung aus einer Primärstrahlrichtung) an einer Mehrzahl von Fasern innerhalb der Probe kann zu einer Ablenkung entlang der zweiten Richtung führen. Wenn der Detektor somit ortsaufgelöst zumindest entlang der zweiten Richtung zu detektieren ausgebildet ist, kann somit Faserbeugung der Probe detektiert werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Detektor auch entlang der ersten Richtung eine Mehrzahl von Röntgenstrahl-empfindlichen Detektorelementen aufweisen, um somit Faserbeugung getrennt in verschiedenen Bereichen (entlang der Längsrichtung) der Probe detektieren zu können. Faserbeugung dieser verschiedenen Bereiche der Probe können später verarbeitet, insbesondere gemittelt werden oder es kann eine Variabilität der Beugung für verschiedene Bereiche der Probe gemessen werden und auch zur Auswertung (z.B. Signifikanzbestimmung) von Peaks herangezogen werden.The diffraction (generally the deflection from a primary beam direction) at a plurality of fibers within the sample may result in a deflection along the second direction. If the detector is thus designed to be spatially resolved at least along the second direction, fiber diffraction of the sample can thus be detected. According to an embodiment of the present invention, the detector may also include a plurality of X-ray sensitive detector elements along the first direction so as to be able to detect fiber diffraction separately in different regions (along the longitudinal direction) of the sample. Fiber diffraction of these different regions of the sample can be later processed, in particular averaged, or diffraction variability can be measured for different regions of the sample and also used to evaluate (e.g., significance) peaks.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Röntgenvorrichtung derart ausgebildet, dass der Detektor derart angeordnet ist, dass er aus einer Primärstrahlrichtung des Röntgenstrahls in der zweiten Richtung um einen ersten Winkel gestreute Strahlung und aus der Primärstrahlrichtung des Röntgenstrahls in der zweiten Richtung um einen zweiten Winkel gestreute Strahlung in verschiedenen Detektorelementen detektiert, wobei der zweite Winkel entgegengesetzt zu dem ersten Winkel ist und wobei ein Betrag des ersten Winkels zwischen 0,3° und 5°, insbesondere zwischen 0,5° und 3°, beträgt.According to an embodiment of the present invention, the X-ray device is configured such that the detector is arranged to radiate a first angle scattered radiation from a primary beam direction of the X-ray in the second direction and a second angle from the primary beam direction of the X-ray beam in the second direction scattered radiation detected in various detector elements, wherein the second angle is opposite to the first angle and wherein an amount of the first angle between 0.3 ° and 5 °, in particular between 0.5 ° and 3 °.
Somit kann mittels der Vorrichtung insbesondere sogenannte Kleinwinkelstreuung (SAXS) durchgeführt werden, wobei jedoch spiegelsymmetrisch gestreute bzw. gebeugte Röntgenstrahlung detektiert und ausgewertet werden kann. Der erste bzw. zweite Winkel ist dabei jeweils der Winkel, um den der Röntgenstrahl der Primärstrahlrichtung aufgrund der Interaktion mit der Probe abgelenkt wird von der Primärstrahlrichtung. Ist die zweite Richtung z.B. vertikal orientiert (bei entsprechender Orientierung der Röntgenquelle und Probe), so erfolgt somit eine Beugung bzw. Streuung nach oben und nach unten und die nach oben gebeugte bzw. gestreute Strahlung und auch die nach unten gebeugte bzw. gestreute Strahlung wird von dem Detektor (in verschiedenen Detektorelementen) detektiert. Detektion der spiegelsymmetrisch gestreuten Röntgenstrahlung ermöglicht eine einfachere Auswertung, insbesondere Bestimmung eines Streuwinkels bzw. Streuvektors und/oder Bestimmung von Probenposition und/oder Mittelung, insbesondere ohne einen Auftreffpunkt des Primärstrahls (oder Zentrums des Primärstrahls) auf dem Detektor kennen zu müssen.Thus, in particular so-called small-angle scattering (SAXS) can be carried out by means of the device, whereby, however, mirror-symmetrically scattered or diffracted X-radiation can be detected and evaluated. The first or second angle is in each case the angle by which the X-ray beam of the primary beam direction is deflected due to the interaction with the sample from the primary beam direction. If the second direction is e.g. vertically oriented (with appropriate orientation of the X-ray source and sample), so there is a diffraction or scattering up and down and the upwardly diffracted or scattered radiation and also the downwardly diffracted or scattered radiation is from the detector (in different detector elements) detected. Detection of the mirror-symmetrically scattered X-ray radiation allows a simpler evaluation, in particular determination of a scattering angle or scattering vector and / or determination of sample position and / or averaging, in particular without having to know a point of incidence of the primary beam (or center of the primary beam) on the detector.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Detektor in der zweiten Richtung eine größere Ausdehnung als in der ersten Richtung. Entlang der zweiten Richtung erfolgt eine Ablenkung des Röntgenstrahls von der Primärstrahlrichtung aufgrund der Faserbeugung bzw. Faserstreuung. Entlang der ersten Richtung braucht im Wesentlichen keine Beugung bzw. Streuung zu erfolgen bzw. diese muss nicht detektiert werden, sodass die Ausdehnung des Detektors in dieser Richtung klein sein kann. Somit kann vorteilhaft Kleinwinkelstreuung an einer Faserprobe durchgeführt werden.According to an embodiment of the present invention, the detector has a larger extent in the second direction than in the first direction. Along the second direction, there is a deflection of the X-ray beam from the primary beam direction due to the fiber diffraction or fiber scattering. There is essentially no need for diffraction or scattering along the first direction, or it does not have to be detected so that the extent of the detector in this direction can be small. Thus, advantageously small angle scattering can be performed on a fiber sample.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Röntgenstrahl in der zweiten Richtung eine vernachlässigbare Divergenz auf. Die vernachlässigbare Divergenz kann z.B. bedeuten, dass Teilstrahlen des Röntgenstrahls in der zweiten Richtung eine Ausbreitungsrichtungen haben, welche in der zweiten Richtung weniger als 5 mrad, insbesondere weniger als 1 mrad differieren. Teilstrahlen des Röntgenstrahls können somit im Wesentlichen parallel sein, wenn sie auf eine Ebene projiziert werden, welche durch die Primärstrahlrichtung und die zweite Richtung aufgespannt ist. Wenn die Divergenz in der zweiten Richtung vernachlässigbar ist, so kann es zu einer vernachlässigbaren Überlappung von Primärstrahlung und gestreuter Strahlung auf dem Detektor entlang der zweiten Richtung führen, um somit die Untersuchung und Detektion der Beugung bzw. Streuung zu verbessern. In der ersten Richtung kann der Röntgenstrahl eine wesentlich höhere Divergenz aufweisen, ohne die Genauigkeit der Beugungsuntersuchung zu beeinträchtigen.According to one embodiment of the present invention, the X-ray has a negligible divergence in the second direction. The negligible divergence may be e.g. mean that partial beams of the X-ray beam in the second direction have a propagation directions which differ in the second direction less than 5 mrad, in particular less than 1 mrad. Partial beams of the X-ray beam may thus be substantially parallel when projected onto a plane spanned by the primary beam direction and the second direction. If the divergence in the second direction is negligible, it may lead to a negligible overlap of primary radiation and scattered radiation on the detector along the second direction, thus improving the investigation and detection of diffraction. In the first direction, the x-ray beam may have a significantly higher divergence without affecting the accuracy of the diffraction study.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Röntgenvorrichtung ferner auf ein Auswertesystem, welches ausgebildet ist, von den Detektorelementen des Detektors detektierte Intensitätswerte der Röntgenstrahlung zu verarbeiten und einen Streuwinkel bzw. Streuvektor für ein gegebenes Detektorelement basierend auf einem Abstand, insbesondere entlang einer Primärstrahlrichtung des Röntgenstrahls, des Detektors von der Probe und basierend auf einem Abstand, insbesondere entlang der zweiten Richtung, des gegebenen Detektorelements zu einem anderen Detektorelement abzuleiten, welches im Wesentlichen die gleiche Intensität wie die von dem gegebenen Detektorelement detektierte Intensität einer spiegelsymmetrischen Streuung detektiert.According to one embodiment of the present invention, the X-ray device further has an evaluation system which is designed to process intensity values of the X-ray radiation detected by the detector elements of the detector and a scattering or scattering vector for a given detector element based on a distance, in particular along a primary beam direction of the X-ray beam , deriving the detector from the sample and based on a distance, in particular along the second direction, of the given detector element to another detector element which detects substantially the same intensity as the intensity of a mirror-symmetric scattering detected by the given detector element.
Das Auswertesystem kann Messsignale von dem Detektor empfangen, welche Intensitätswerte für die verschiedenen Detektorelemente enthalten. Die Intensitätswerte können z.B. zu einem Intensitätsprofil entlang der zweiten Richtung betrachtet werden. In dem Intensitätsprofil kann von dem Auswertesystem nach einer Spiegelebene gesucht werden, wie z.B. durch Vergleich von Intensitätswerten, welche gleich weit von einem angenommenen Punkt eines Auftreffpunkts der Primärstrahlung entfernt sind. Zum Beispiel kann ein Korrelationsverfahren zur Anwendung kommen. Somit kann derThe evaluation system may receive measurement signals from the detector which include intensity values for the various detector elements. The intensity values may be e.g. to an intensity profile along the second direction. In the intensity profile, the evaluation system can search for a mirror plane, such as e.g. by comparing intensity values equidistant from an assumed point of impact of the primary radiation. For example, a correlation method may be used. Thus, the
Streuwinkel bzw. Streuvektor ohne tatsächliche Messung des Auftreffpunktes des Primärstrahls bestimmt werden. Eine genaue Kenntnis der relativen Positionierung und/oder Orientierung des Detektors und der Röntgenquelle bzw. der Lokalisation des Röntgenstrahls muss somit nicht erforderlich sein.Scattering angle or scattering vector are determined without actual measurement of the impact point of the primary beam. An exact knowledge of the relative positioning and / or orientation of the detector and the X-ray source or the localization of the X-ray beam must therefore not be required.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Auswertesystem ferner ausgebildet, spiegelsymmetrische Streustrahlung zu mitteln. Ein Mitteln der Streustrahlung kann eine Genauigkeit bzw. Empfindlichkeit der Röntgenvorrichtung verbessern.According to one embodiment of the present invention, the evaluation system is also designed to average mirror-symmetric scattered radiation. Averaging the scattered radiation can improve the accuracy or sensitivity of the x-ray device.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Röntgenvorrichtung ferner auf den Probenträger, welcher in der Probenträgeraufnahme aufnehmbar ist, wobei die Probenträgeraufnahme Anschlagsflächen aufweist, an denen Teile des Probenträgers anliegen können, um den Probenträger in einer vorbestimmten Position zu haltern.According to one embodiment of the present invention, the X-ray device further comprises the sample carrier which can be received in the sample carrier receptacle, the sample carrier receptacle having abutment surfaces on which parts of the sample carrier can abut in order to hold the sample carrier in a predetermined position.
Der Probenträger kann zum Tragen der Probe, insbesondere eines Haares eines Menschen, ausgebildet sein. Das Einlegen des Haares in den Probenträger muss nur mit einer relativ geringen Genauigkeit hinsichtlich einer Positionierung erfolgen. Der Probenträger kann z.B. zumindest eine Schraube, zumindest eine Feder, eine Metalllasche und/oder eine Klemme umfassen, um die Probe zu tragen. Die Anschlagsflächen der Probenträgeraufnahme können eine definierte Positionierung des Probenträgers relativ zu der Probenträgeraufnahme bewirken. Der Probenträger kann nur in einer Orientierung und/oder Positionierung in der Probenträgeraufnahme aufgenommen werden. Somit kann eine Bedienung der Röntgenvorrichtung vereinfacht werden.The sample carrier may be designed to carry the sample, in particular a human hair. The insertion of the hair in the sample carrier must be done only with a relatively low accuracy in terms of positioning. The sample carrier may e.g. at least one screw, at least one spring, a metal tab and / or a clamp to carry the sample. The abutment surfaces of the sample carrier receptacle can bring about a defined positioning of the sample carrier relative to the sample carrier receptacle. The sample carrier can only be received in one orientation and / or positioning in the sample carrier holder. Thus, an operation of the X-ray device can be simplified.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Röntgenvorrichtung derart ausgebildet, dass die Probenträgeraufnahme oder der Probenträger eine Schwalbenschwanzführung und/oder zumindest eineAccording to one embodiment of the present invention, the x-ray device is designed such that the sample carrier receptacle or the sample carrier has a dovetail guide and / or at least one
Bohrung und/oder zumindest einen zu der zumindest einen Bohrung komplementären Stift und/oder zumindest ein Rastelement und/oder zumindest eine Rastöffnung oder -vorsprung aufweist. Andere strukturelle Merkmale können an der Probenträgeraufnahme und/oder der Probenträger vorgesehen sein. Damit kann eine Aufnahme des Probenträgers in einer definierten Positionierung und/oder Orientierung gewährleistet werden.Bore and / or at least one complementary to the at least one bore pin and / or at least one latching element and / or at least one latching opening or projection. Other structural features may be provided on the sample carrier receptacle and / or the sample carrier. Thus, a recording of the sample carrier can be ensured in a defined positioning and / or orientation.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Röntgenvorrichtung ferneraufeinen Rahmen, auf dem die Röntgenquelle, die Probenträgeraufnahme und der Detektor fixiert montiert sind, insbesondere ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in der der Rahmen mit der Röntgenquelle, der Probenträgeraufnahme und dem Detektor angeordnet sind.According to one embodiment of the present invention, the X-ray device further comprises a frame on which the X-ray source, the sample carrier receptacle and the detector are fixedly mounted, in particular further comprising: a vacuum chamber in which the frame with the X-ray source, the sample carrier receptacle and the detector are arranged.
Der Rahmen kann z.B. als ein Metallrahmen ausgebildet sein auf dem die Röntgenquelle, die Probenträgeraufnahme und der Detektor in fester unveränderbarer relativer Positionierung und Orientierung montiert sind, insbesondere durch Schweißen, Schrauben oder dergleichen. Die Vakuumkammer, vermindert das Abschwächen des Röntgenstrahls durch Absorption in Luft.The frame may e.g. be formed as a metal frame on which the X-ray source, the sample holder and the detector are mounted in fixed unchangeable relative positioning and orientation, in particular by welding, screws or the like. The vacuum chamber reduces the attenuation of the X-ray beam by absorption in air.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Röntgenvorrichtung ferner eine Röntgenstrahlblende auf, die stromaufwärts der Probenträgeraufnahme angeordnet ist, um den auf die Probe auftreffenden Röntgenstrahl zu begrenzen.According to an embodiment of the present invention, the X-ray device further comprises an X-ray aperture which is arranged upstream of the sample carrier receptacle in order to limit the X-ray impinging on the sample.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Röntgenvorrichtung derart ausgebildet, dass die Röntgenquelle eine Metallanode, insbesondere Kupferanode, und eine als Kathode ausgebildete Elektronenquelle umfasst, wobei die Röntgenquelle ausgebildet ist, von der Elektronenquelle erzeugte Elektronen in Richtung auf die Metallanode zu beschleunigen. Somit ist die Röntgenquelle verschieden von einerAccording to one embodiment of the present invention, the X-ray device is designed such that the X-ray source comprises a metal anode, in particular a copper anode, and an electron source designed as a cathode, wherein the X-ray source is designed to accelerate electrons generated by the electron source in the direction of the metal anode. Thus, the X-ray source is different from one
Synchrotron-Röntgenquelle, wie sie in herkömmlichen Verfahren zum Untersuchen einer Probe verwendet wurde. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung kann z.B. zwischen 1 Ä und 10 Ä (d.h. zwischen 0,1 nm und 1 nm) liegen. Andere Werte sind möglich.Synchrotron X-ray source as used in conventional methods for assaying a sample. The wavelength of the X-radiation may be e.g. between 1 and 10 Å (i.e., between 0.1 nm and 1 nm). Other values are possible.
Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einer Röntgenvorrichtung beschrieben, genannt oder erläutert worden sind, können ebenso, individuell oder in irgendeiner Kombination auch ein Verfahren zum Untersuchen einer länglichen Probe angewendet werden, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und umgekehrt.Features described, described or illustrated individually or in any combination associated with an x-ray device may also be applied, individually or in any combination, to a method of examining an elongate specimen according to embodiments of the present invention, and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt ein Verfahren zum Untersuchen einer länglichen Probe, insbesondere mittels Kleinwinkelstreuung von Fasern, aufweisend: Aussenden eines, insbesondere monochromatischen, Röntgenstrahls auf eine Probe, die in einem Probenträger aufgenommen ist, der an einer Probenträgeraufnahme gehaltert ist; Durchstrahlen der Probe quer zu einer Längsrichtung der Probe von dem Röntgenstrahl; Detektieren von an der Probe in entgegengesetzten Winkeln gestreutem bzw. gebeugtem Röntgenstrahl; und Analysieren von detektierten Intensitätswerten des detektierten gestreuten Röntgenstrahls. Das Verfahren kann z.B. von einer Röntgenvorrichtung gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden.According to one embodiment of the present invention, there is provided a method of inspecting an elongate sample, in particular by small angle scattering of fibers, comprising: emitting an, in particular monochromatic, X-ray beam to a sample received in a sample carrier supported on a sample carrier receptacle; Irradiating the sample transversely to a longitudinal direction of the sample from the X-ray beam; Detecting X-ray scattered at the sample at opposite angles; and analyzing detected intensity values of the detected scattered X-ray. The method may e.g. be carried out by an X-ray device according to one of the embodiments described above.
Das Analysieren der detektierten Intensitätswerte kann dabei aufweisen: Bestimmen mindestens eines Peak-Para meters mindestens eines Peaks in einem Intensitätsprofil, das aus den entlang der zweiten Richtung detektierten Intensitätswerten zusammengesetzt ist, wobei der Peak-Parameter insbesondere zumindest eines der folgenden aufweist: eine Peak-Position, eine Peak-Fläche, eine Peak-Halbwertsbreite, ein Peak-Maximum, wobei das Bestimmen des mindestens einen Peak-Parameters insbesondere wiederholt durchgeführt wird, während die Probe durchstrahlt und der Röntgenstrahl detektiert wird.The analysis of the detected intensity values may include determining at least one peak parameter of at least one peak in an intensity profile which is composed of the intensity values detected along the second direction, wherein the peak parameter has in particular at least one of the following: Position, a peak area, a peak half-width, a peak maximum, wherein the determination of the at least one peak parameter is in particular repeatedly performed while the sample is irradiated and the X-ray beam is detected.
Das Intensitätsprofil kann z.B. in einem Graphen dargestellt werden, in dem eine Abszisse die Position des entsprechenden Detektorelements (entlang der zweiten Richtung) definiert und wobei eine Ordinate die von dem jeweiligen Detektorelement detektierte Intensität repräsentiert. Das Intensitätsprofil kann eine Spiegelsymmetrie aufweisen, wobei eine Spiegelebene an einer Position liegt, an dem ein Auftreffpunkt desjenigen Teils (nicht notwendigerweise ein Zentrum des Primärstrahls) des Primärstrahls liegt, der die Probe durchstrahlt. Das Intensitätsprofil kann, je nach Probe, ein oder mehrere Peaks aufweisen (neben den Symmetrie-äquivalenten Peaks). Der eine oder die mehreren Peaks können durch mathematische Kurven charakterisiert werden. Zur Charakterisierung können die Kurven Parameter (auch als Peak-Parameter bezeichnet) aufweisen. Um eine Anpassung einer Kurve zu erreichen (d.h. um zumindest einen Peak-Parameterzu bestimmen) kann ein Least-Square-Verfahren basierend auf einer oder mehreren Ansatzfunktionen, z.B. Gauss-Funktionen, Potenzfunktionen, etc., angewendet werden.The intensity profile may e.g. are shown in a graph in which an abscissa defines the position of the corresponding detector element (along the second direction) and wherein an ordinate represents the intensity detected by the respective detector element. The intensity profile may have a mirror symmetry with a mirror plane at a position where a point of impact of that part (not necessarily a center of the primary beam) of the primary beam radiating through the sample is located. The intensity profile may, depending on the sample, have one or more peaks (besides the symmetry equivalent peaks). The one or more peaks may be characterized by mathematical curves. For characterization, the curves may have parameters (also referred to as peak parameters). In order to achieve an adjustment of a curve (i.e., to determine at least one peak parameter), a least squares method based on one or more detection functions, e.g. Gaussian functions, power functions, etc., are applied.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf eine Normierung von detektierten Intensitäten (insbesondere Peak-Flächen) durch Division mit der Intensität des Primärstrahls verzichten. Der Primärstrahl muss somit nicht notwendigerweise von dem Detektor detektiert werden. Stellt sich heraus, dass eine Bestimmung des Peak-Para meters (bzw. ein Anpassen einer Kurve an die Messwerte) nicht mit hinreichender Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann, so kann, insbesondere während der Auswertung, die Bestrahlung der Probe mit Röntgenstrahlung und die Detektion von gestreuter Röntgenstrahlung fortgesetzt werden und die Auswertung fortgesetzt werden, solange bis der zumindest eine Peak-Parameter mit hinreichender Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit bestimmt ist. Somit kann eine Messzeit zur Akquirierung gestreuter Röntgenstrahlung in dynamischer Weise in Abhängigkeit von der Auswertung des Intensitätsprofils gegeben sein. Damit ist eine Bedienung weiter vereinfacht.Embodiments of the present invention may dispense with normalizing detected intensities (particularly peak areas) by dividing with the intensity of the primary beam. The primary beam thus does not necessarily have to be detected by the detector. If it turns out that a determination of the peak parameter (or a fitting of a curve to the measured values) can not be carried out with sufficient accuracy or reliability, the irradiation of the sample with X-radiation and the X-ray irradiation can be carried out, in particular during the evaluation Detection of scattered X-rays are continued and the evaluation will continue until the at least one peak parameter is determined with sufficient accuracy or reliability. Thus, a measuring time for acquiring scattered X-radiation may be given dynamically depending on the evaluation of the intensity profile. This further simplifies operation.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können insbesondere ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Organismus ausschließen, können jedoch ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe durchführen.In particular, embodiments of the present invention may preclude a method of diagnosing an organism, but may perform a method of assaying a sample.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Organismus bereit, wobei das Verfahren aufweist Durchführen eines Verfahrens zum Untersuchen eines Haares des Organismus gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen; und Diagnostizieren des Organismus basierend auf dem Analysieren.Other embodiments of the present invention provide a method of diagnosing an organism, the method comprising performing a method of examining a hair of the organism according to any one of the preceding embodiments; and diagnosing the organism based on the analyzing.
Das Diagnoseverfahren kann ferner derart ausgebildet sein, dass das Diagnostizieren basierend auf dem bestimmten Peak-Parameter durchgeführt wird; wobei das Analysieren der detektierten Intensitätswerte insbesondere aufweist: Anpassen einer jeweiligen Kurve an mindestens einen Peak in einem Intensitätsprofil, um mindestens einen Kurvenparameter zu bestimmen, wobei das Anpassen insbesondere wiederholt durchgeführt wird, während die Probe durchstrahlt und der Röntgenstrahl detektiert wird. Der eine Peak-Parameter kann z.B. die Intensität eines Beugungsringes bei einem bestimmten Beugungswinkel bzw. entsprechend einem molekularen Abstand umfassen. Der Kurvenparameter kann auch als ein Peak-Para meter aufgefasst werden, da die Kurve die Peak-Form definieren kann.The diagnostic method may be further configured such that the diagnosing is performed based on the determined peak parameter; wherein analyzing the detected intensity values comprises in particular: fitting a respective curve to at least one peak in an intensity profile to determine at least one curve parameter, wherein the fitting is carried out in particular repeatedly while the sample is irradiated and the x-ray beam is detected. The one peak parameter may e.g. the intensity of a diffraction ring at a certain diffraction angle or corresponding to a molecular distance. The curve parameter can also be understood as a peak parameter, since the curve can define the peak shape.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen oder illustrierten Ausführungsformen beschränkt.Embodiments of the present invention will now be explained with reference to the accompanying drawings. The invention is not limited to the described or illustrated embodiments.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Fig. 1 illustriert schematisch eine Röntgenvorrichtung gemäß einerFig. 1 schematically illustrates an X-ray device according to a
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Untersuchen einer länglichen Probe;Embodiment of the present invention for inspecting an elongate sample;
Fig. 2 illustriert in einer schematischen perspektivischen Ansicht einenFig. 2 illustrates in a schematic perspective view a
Teil eines Röntgenstrahls wie er in einer Röntgenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert und eingesetzt werden kann;Part of an X-ray beam as it can be configured and used in an X-ray device according to an embodiment of the present invention;
Fig. 3 illustriert schematisch Aspekte einer Röntgenstreuung sowieFig. 3 schematically illustrates aspects of X-ray scattering as well
Aspekte einer Auswertung von detektierten Intensitäten von Streustrahlung wie in Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;Aspects of evaluation of detected intensities of scattered radiation as used in embodiments according to the present invention;
Fig. 4 illustriert schematisch eine Röntgenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; undFig. 4 schematically illustrates an X-ray apparatus according to another embodiment of the present invention; and
Fig. 5 illustriert Aspekte einer Auswertung eines Intensitätsprofils, welches gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgenommen und ausgewertet wurde.FIG. 5 illustrates aspects of an evaluation of an intensity profile taken and evaluated in accordance with embodiments of the present invention.
Fig. 6 illustriert Aspekte einer Auswertung eines anderenFig. 6 illustrates aspects of an evaluation of another
Intensitätsprofils, welches gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgenommen und ausgewertet wurde.Intensity profile, which was recorded and evaluated according to embodiments of the present invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Die in Fig. 1 in schematischer Seitenansicht illustrierte Röntgenvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Röntgenquelle 101 zum Aussenden eines, insbesondere monochromatischen, Röntgenstrahls 102 und umfasst eine Probenträgeraufnahme 107 zum Haltern eines eine Probe tragenden Probenträgers 110, so dass die Probe quer zu einer Längsrichtung 113 der Probe von dem Röntgenstrahl 102 durchstrahlt wird. Die Röntgenvorrichtung 100 umfasst fernereinen Detektor 104, der zum Detektieren von an der Probe 103 in entgegengesetzten Richtungen bzw. in entgegengesetzten Winkeln θΐ und gestreuten bzw. gebeugten Röntgenstrahl lila, 111b ausgebildet und angeordnet ist.The X-ray device 100 illustrated in schematic side view in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention comprises an X-ray source 101 for emitting an, in particular monochromatic, X-ray beam 102 and comprises a sample carrier receptacle 107 for holding a sample carrier 110 carrying a sample so that the sample is transverse to a longitudinal direction 113 of the sample is irradiated by the X-ray beam 102. The X-ray device 100 further includes a detector 104 which is configured and arranged to detect X-ray IIIa, IIIb, which is scattered on the sample 103 in opposite directions and at opposite angles θΐ, respectively.
Die in Fign. 1 bzw. 4 illustrierten Röntgenvorrichtungen 100 bzw. 400 sind ausgebildet, ein Verfahren zum Untersuchen einer länglichen Probe gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, insbesondere mittels Kleinwinkelstreuung, durchzuführen.The in Fign. 1 and 4, X-ray devices 100 and 400, respectively, are configured to perform a method of inspecting an elongate sample according to an embodiment of the present invention, in particular by means of small-angle scattering.
In dem Probenträger 110 ist die Probe 103 so gehalten, dass die Probe 103, wenn der Probenträger in der Probenträgeraufnahme 107 aufgenommen ist, von dem Röntgenstrahl 102 durchstrahlt wird. Die Röntgenquelle 101 emittiert einen vorzugsweise monochromatischen Röntgenstrahl 102 mit geringer Divergenz bzw. Konvergenz und umfasst dazu eine nicht im Detail illustrierte Röntgenröhre und einen nicht illustrierten Röntgenspiegel. Die Röntgenröhre und auch die übrigen Komponenten der Röntgenvorrichtung sind in einer Vakuumkammer 108 angeordnet. Bei der Probe 103 kann es sich z.B. um eine Faser, eine biologische Probe, insbesondere ein Haar handeln. Die Probenträgeraufnahme 107 ist im Allgemeinen ein Mittel zur Aufnahme des Probenträgers 110. Dabei kann z.B. die Probenträgeraufnahme 107 eine Schwalbenschwanzführung aufweisen, in welche der Probenträger 110 in definierter Weise (insbesondere hinsichtlich Positionierung und Orientierung) eingeführt werden kann, bis ein oder mehrere Anschlagsflächen erreicht sind und/oder bis eine Verrastung in definierter Positionierung/Orientierung erfolgt.In the sample carrier 110, the sample 103 is held so that the sample 103, when the sample carrier is received in the sample carrier receptacle 107, is irradiated by the X-ray beam 102. The X-ray source 101 emits a preferably monochromatic X-ray beam 102 with low divergence or convergence, and includes a non-illustrated in detail X-ray tube and an unillustrated X-ray mirror. The x-ray tube and also the other components of the x-ray device are arranged in a vacuum chamber 108. The sample 103 may be e.g. to act a fiber, a biological sample, especially a hair. The sample carrier receptacle 107 is generally a means for receiving the sample carrier 110. In this case, e.g. the sample carrier receptacle 107 have a dovetail guide into which the sample carrier 110 can be introduced in a defined manner (in particular with regard to positioning and orientation) until one or more abutment surfaces are reached and / or until a latching takes place in a defined positioning / orientation.
Alternativ könnte die Probenträgeraufnahme Bohrungen und der Probenträger 110 dazu komplementäre oder korrespondierende Stifte aufweisen. Alternativ könnten Stifte an der Probenträgeraufnahme vorgesehen sein und Bohrungen bzw. Öffnungen oder Aussparungen könnten an dem Probenträger 110 vorgesehen sein. Die Probenträgeraufnahme 107, insbesondere zusammen mit dem Probenträger, erlauben eine einfache und trotzdem exakte Positionierung des Probenträgers 110 und damit der Probe 103, und zwar sowohl in Bezug auf Lage und Höhe als auch auf die Ausrichtung, d.h. insbesondere in Bezug auf Positionierung entlang verschiedener Richtungen und in Bezug auf Orientierungen. Der Probenträger 110 ist derart ausgebildet, dass er exakt in oder an der Probenträgeraufnahme 107 positioniert werden kann.Alternatively, the sample carrier receptacle could have bores and the sample carrier 110 could have complementary or corresponding pins. Alternatively, pins could be provided on the sample carrier receptacle and holes or openings or recesses could be provided on the sample carrier 110. The sample carrier receptacle 107, in particular together with the sample carrier, allow a simple yet exact positioning of the sample carrier 110 and thus the sample 103, both in terms of position and height as well as on the orientation, i. especially with regard to positioning along different directions and with respect to orientations. The sample carrier 110 is designed such that it can be positioned exactly in or on the sample carrier receptacle 107.
Die Probenträgeraufnahme umfasst eine Basis 106, welcher fest an einem Rahmen 105 fixiert ist. An dem Rahmen 105 ist auch die Röntgenquelle 101, sowie der Detektor 104 fest angebracht, ohne eine Verstellung zu ermöglichen. Der Rahmen 105 ist mit allen daran fixierten Komponenten, d.h. der Röntgenquelle 101, der Probenträgeraufnahme 107, 106 und dem Detektor 104 innerhalb der Vakuumkammer 108 angeordnet. Der Probenträger 110 ist derart konstruiert, dass die Probenposition in Bezug auf die Probenträgeraufnahme 107, 106 (und damit auch in Bezug auf die übrigen Gerätekomponenten, d.h. die Röntgenquelle 101 und den Detektor 104) immer gleich ist und keine fehlerhafte Ausrichtung oder Positionierung erfolgen kann. Mit diesen Maßnahmen kann auch eine Automatisierung eines Probenwechsels und somit eine Automatisierung der Messung (automatisches Einlegen und Herausnehmen des Probenträgers 110 samt Probe und erneutes Einlegen eines mit einerweiteren Probe versehenen Probenträgers) erleichtert werden, da der Probenträger 110 auf/an/in der Probenträgeraufnahme 107 in reproduzierbarer Weise und innerhalb der vertretbaren Toleranzen exakt positioniert werden kann. All dies kann eine Bedienung der Röntgenvorrichtung 100 vereinfachen und das Risiko von Bedienfehlern und damit von Fehlmessungen vermindern. Die Röntgenvorrichtung 100 kann somit auch von nicht spezialisiertem und nicht speziell ausgebildetem Personal relativ einfach und sicher betrieben werden.The sample carrier receptacle comprises a base 106 which is firmly fixed to a frame 105. On the frame 105 and the X-ray source 101, as well as the detector 104 is fixedly mounted without allowing an adjustment. The frame 105 is provided with all components fixed thereto, i. X-ray source 101, the sample carrier receptacle 107, 106 and the detector 104 within the vacuum chamber 108. The sample carrier 110 is constructed such that the sample position with respect to the sample carrier receptacle 107, 106 (and thus also with respect to the other device components, i.e. the x-ray source 101 and the detector 104) is always the same and no misalignment or positioning can occur. With these measures, automation of a sample change and thus automation of the measurement (automatic insertion and removal of the sample carrier 110 including sample and reinsertion of a sample holder provided with a further sample) can be facilitated since the sample carrier 110 on / on / in the sample carrier receptacle 107th can be accurately positioned in a reproducible manner and within tolerable tolerances. All this can simplify an operation of the x-ray device 100 and reduce the risk of operator errors and thus of incorrect measurements. The X-ray device 100 can thus also be operated relatively easily and safely by non-specialized and not specially trained personnel.
Der Röntgenstrahl 102 trifft die Probe 103 und wird symmetrisch gestreut, wie in Fig. 1 durch die Streustrahlen lila, 111b illustriert ist, welche in entgegengesetzten Streuwinkeln und aus einer Primärstrahlrichtung 112 gestreut werden. Somit verlaufen die Streustrahlen lila und 111b divergent. Die beiden gestreuten Strahlen lila und 111b treffen auf ein jeweiliges Detektorelement 114a bzw. 114b des Detektors 104. Eine Mehrzahl von Detektorelementen 114 ist entlang einer zweiten Richtung 116 (in der illustrierten Ausführungsform in vertikaler Richtung verlaufend) angeordnet. Detektor kann zellenförmig sein, was bedeutet, dass der Detektor 104 in der zweiten Richtung 116 eine wesentlich größere Ausdehnung hat als in der dazu orthogonalen ersten Richtung 113 (hier die Richtung aus der Bildebene heraus). Ein Zeilendetektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat Abmessungen von z.B. 8 mm x 60 mm. Allgemein kann der Zeilendetektor m x n Pixel aufweisen, wobei m << n ist. Insbesondere kann der Zeilendetektor 1 x n Pixel aufweisen. Sämtliche Bauelemente, so die Röntgenquelle 101, die Probenträgeraufnahme 107, 106 und der Detektor 104 sind starr auf dem Rahmen 105 montiert und nicht verstellbar. Damit können Kosten für aufwendige mechanische Teile gespart und Fehler bei der Justierung vermieden werden. Alle Komponenten befinden sich in der Vakuumkammer 108, die mit einer Schleuse ausgestattet sein kann, um ein automatisches Wechseln der Probe zu ermöglichen.The X-ray beam 102 strikes the sample 103 and is scattered symmetrically, as illustrated in FIG. 1 by the stray beams IIIa, IIIb, which are scattered at opposite scattering angles and from a primary beam direction 112. Thus, the stray beams purple and 111b are divergent. The two scattered beams lilac and 111b impinge on a respective detector element 114a and 114b of the detector 104, respectively. A plurality of detector elements 114 are arranged along a second direction 116 (in the illustrated embodiment extending in the vertical direction). Detector may be cell shaped, which means that the detector 104 in the second direction 116 has a substantially greater extent than in the orthogonal first direction 113 (here the direction out of the image plane). A line detector according to an embodiment of the present invention has dimensions of e.g. 8mm x 60mm. In general, the line detector may have m × n pixels, where m << n. In particular, the line detector may have 1 × n pixels. All components, such as the X-ray source 101, the sample carrier receptacle 107, 106 and the detector 104 are rigidly mounted on the frame 105 and not adjustable. This can save costs for complex mechanical parts and errors in the adjustment can be avoided. All components are located in the vacuum chamber 108, which may be equipped with a lock to allow for automatic sample changing.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein robustes und einfaches Messgerät, insbesondere eine Röntgenvorrichtung bereit, deren Wartung und Bedienung sehr einfach ist, da keine aufwendigen Justage-Schritte durchgeführt werden müssen. Damit muss das Gerät auch nicht notwendigerweise von speziell ausgebildetem Personal bedient werden.Embodiments of the present invention provide a robust and simple measuring device, in particular an X-ray device whose maintenance and operation is very simple, since no complicated adjustment steps have to be performed. Thus, the device does not necessarily have to be operated by specially trained personnel.
Darüber hinaus ist die Röntgenvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für hohen Probendurchsatz geeignet.Moreover, the X-ray device according to embodiments of the present invention is suitable for high sample throughput.
Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Detektor 104 derart angeordnet, die aus der Primärstrahlrichtung 112 des Röntgenstrahls 102 in der zweiten Richtung 116 um einen ersten Winkel θ1 gestreute Strahlung lila und die aus der Primärstrahlrichtung 112 des Röntgenstrahls 102 in der zweiten Richtung 116 um einen zweiten Winkel gestreute Strahlung 111b in verschiedenen Detektorelementen 114a bzw. 114b zu detektieren. Dabei kann der zweite Winkel &2 entgegengesetzt zu dem ersten Winkel θ1 sein. Der Betrag des ersten Winkels bzw. des zweiten Winkels kann zwischen 0,3° und 5,5° liegen, um somit eine Kleinwinkelstreuung insbesondere an Fasern bzw. Filamenten zu ermöglichen. Der Detektor 104 kann in der zweiten Richtung 116 eine größere Ausdehnung haben als in der ersten Richtung 113, um gebeugte Strahlung lila, 111b detektieren zu können.As can be seen in FIG. 1, the detector 104 is arranged in such a way that the radiation lilac scattered from the primary beam direction 112 of the x-ray beam 102 in the second direction 116 by a first angle θ1 and that from the primary beam direction 112 of the x-ray beam 102 in the second direction 116 to detect radiation scattered second angle 111b in different detector elements 114a and 114b, respectively. Here, the second angle & 2 may be opposite to the first angle &thetas; 1. The amount of the first angle or of the second angle can be between 0.3 ° and 5.5 °, in order thus to enable a small-angle scattering, in particular on fibers or filaments. The detector 104 may have a greater extent in the second direction 116 than in the first direction 113 in order to be able to detect diffracted radiation lilac 111b.
Die Röntgenvorrichtung 100 umfasst fernerein Auswertesystem 120, welches Messsignale 122 von dem Detektor 104 bezüglich der von den verschiedenen Detektorelementen 114a, 114b, ... detektierten Intensitätswerte empfängt. Das Auswertesystem 120 ist ausgebildet, die Messsignale 122 zu verarbeiten, wie weiter unten im Detail beschrieben wird. Insbesondere kann das Auswertesystem 120 ausgebildet sein spiegelsymmetrische Streustrahlung (z.B. Streustrahlen lila und 111b) zu mitteln. Die Röntgenquelle 101 kann eine Teilanode und eine als Kathode ausgebildete Elektronenquelle umfassen, wobei die Röntgenquelle ausgebildet ist, von der Elektronenquelle erzeugte Elektronen in Richtung auf die Metallanode zu beschleunigen, um somit den Röntgenstrahl 102 zu erzeugen.The x-ray device 100 further includes an evaluation system 120, which receives measurement signals 122 from the detector 104 with respect to the intensity values detected by the various detector elements 114a, 114b,. The evaluation system 120 is designed to process the measurement signals 122, as described in detail below. In particular, the evaluation system 120 may be configured to average mirror-symmetric scattered radiation (e.g., stray beams IIIa and IIIb). The X-ray source 101 may include a partial anode and an electron source formed as a cathode, wherein the X-ray source is configured to accelerate electrons generated by the electron source toward the metal anode, thereby generating the X-ray beam 102.
Fig. 2 illustriert in einer schematischen perspektivischen Ansicht einen Teil des Röntgenstrahls 202, wie er gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann, z.B in den Ausführungsformen der Fign. 1 und 4.FIG. 2 illustrates, in a schematic perspective view, a portion of the x-ray beam 202 that may be generated in accordance with an embodiment of the present invention, for example, in the embodiments of FIGS. 1 and 4.
Es wird darauf hingewiesen, dass in verschiedenen Ausführungsformen bzw. Figuren illustrierte Elemente, welche ähnlich oder gleich in Struktur und/oder Funktionen sind, mit Bezugszeichen bezeichnet sind, welche sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden. Eine Beschreibung eines in einer bestimmten Ausführungsform nicht detailliert beschriebenen Elements kann somit einer Beschreibung des gleichen Elements in einer anderen Ausführungsform entnommen werden.It should be noted that in various embodiments or figures illustrated elements which are similar or identical in structure and / or functions, are denoted by reference numerals, which differ only in the first digit. A description of an element not described in detail in a particular embodiment may thus be taken from a description of the same element in another embodiment.
Fig. 2 zeigt dabei die Dimensionen des Röntgenstrahls 202 im Bereich der Probe bzw. im Bereich der Probenträgeraufnahme 107, 106, in anderen Bereichen können die Ausdehnungen des Röntgenstrahls anders sein.2 shows the dimensions of the X-ray beam 202 in the region of the sample or in the region of the sample carrier receptacle 107, 106; in other regions, the dimensions of the X-ray beam may be different.
Bei der Probe 203 handelt es sich um eine zylinderförmige Probe, z.B. ein menschliches Haar, welches einen Durchmesser dp aufweist, welcher z.B. kleiner als 150 μm ist. Die Längsrichtung 213 der Probe definiert eine erste Richtung. Die Ausbreitungsrichtung 212 (Primärrichtung) des Röntgenstrahls 202 steht im Wesentlichen senkrecht auf der ersten Richtung 213. Ebenso steht die Ausbreitungsrichtung 212 senkrecht auf der zweiten Richtung 216.The sample 203 is a cylindrical sample, e.g. a human hair having a diameter dp which is e.g. is less than 150 microns. The longitudinal direction 213 of the sample defines a first direction. The propagation direction 212 (primary direction) of the X-ray beam 202 is substantially perpendicular to the first direction 213. Similarly, the propagation direction 212 is perpendicular to the second direction 216.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat der Röntgenstrahl 202 in der ersten Richtung 213 eine Ausdehnung einer ersten Größe dl und hat in der zweiten Richtung 216 eine Ausdehnung einer zweiten Größe d2, welche wesentlich kleiner ist als die erste Größe dl. Somit hat eine Ausdehnung eines Querschnitts des Röntgenstrahls 202 in der ersten Richtung eine erste Größe dl, während eine im Bereich der Probe bzw. der Probenträgeraufnahme vorliegende Ausdehnung des Querschnitts des Röntgenstrahls in der zweiten Richtung 216 eine zweite Größe d2 hat. Die erste Größe dl liegt z.B. zwischen 10 mm und 50 mm, während die zweite Größe d2 z.B. zwischen 0,5 mm und 2 mm liegen kann, insbesondere im Wesentlichen 1,5 mm beträgt. Die Ausdehnung des Röntgenstrahls 202 im Vergleich zur Ausdehnung dp der Probe 203 ist in der ersten Richtung 213 sowie auch in der zweiten Richtung 216 wesentlich größer.As can be seen from FIG. 2, the x-ray beam 202 has an extension of a first variable d1 in the first direction 213 and in the second direction 216 has an extension of a second size d2, which is substantially smaller than the first size d1. Thus, an extension of a cross section of the X-ray beam 202 in the first direction has a first size dl, while an extension of the cross section of the X-ray beam in the second direction 216 present in the region of the sample or the sample carrier receptacle has a second size d2. The first size dl is e.g. between 10 mm and 50 mm, while the second size d2 e.g. may be between 0.5 mm and 2 mm, in particular substantially 1.5 mm. The extent of the X-ray 202 compared to the extension dp of the sample 203 is substantially greater in the first direction 213 as well as in the second direction 216.
Eine Querschnittsform des Röntgenstrahls 102, 202 kann verschiedene Formen annehmen, etwa linienförmig, rechteckig, kreisförmig oder elliptisch sein. Falls der Röntgenstrahl kreisförmig ist, kann sein Durchmesser z.B. etwa 1,5 mm betragen. Bevorzugt ist der Röntgenstrahl in der ersten Richtung 213 breiter als in der zweiten Richtung 216, weist also einen linienförmigen, rechteckigen oder ellipsenförmigen Querschnitt oder eine andere äquivalente Form auf. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Verhältnis Probendurchmesser (dp):Strahlhöhe (d2):Strahlbreite (dl) etwa 1:10:100. Allgemeiner formuliert kann die Strahlhöhe (d2) etwa eine Größenordnung über dem Probendurchmesser (dp) liegen und die Strahlbreite (dl) kann eine Größenordnung über der Strahlhöhe (d2) liegen. Andere Werte sind möglich.A cross-sectional shape of the X-ray beam 102, 202 may take various forms, such as linear, rectangular, circular or elliptical. If the X-ray beam is circular, its diameter may be e.g. about 1.5 mm. Preferably, the X-ray beam in the first direction 213 is wider than in the second direction 216, thus has a line-shaped, rectangular or elliptical cross-section or other equivalent shape. In a preferred embodiment, the ratio of sample diameter (dp): jet height (d2): beam width (dl) is about 1: 10: 100. More generally, the beam height (d2) may be about one order of magnitude above the sample diameter (dp), and the beam width (d1) may be an order of magnitude above the beam height (d2). Other values are possible.
Aufgrund dieser Größenverhältnisse von Strahlausdehnung und Probenausdehnung muss keine exakte Positionierung erfolgen, da der Röntgenstrahl die Probe immer „trifft", wenn auch eventuell leicht nach oben oder nach unten versetzt. Als Folge davon, kann bei Einsetzen des Probenträgers 110 samt Probe 103 in die Probenträgeraufnahme 107, 106 der Abstand der Probe zur Probenträgeraufnahme innerhalb gewisser Toleranzen variieren, da immer sichergestellt ist, dass die Probe innerhalb des breiteren Strahls positioniert wird und somit durchstrahlt wird.Due to these size ratios of beam expansion and sample expansion, no exact positioning is necessary since the X-ray beam always "hits" the sample, even if slightly up or down 107, 106, the distance of the sample to the sample carrier recording vary within certain tolerances, since it is always ensured that the sample is positioned within the wider beam and thus irradiated.
Fig. 3 zeigt schematisch Aspekte von Streuung und Detektion, wie sie in Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere in einem Untersuchungsverfahren angewendet bzw. betrachtet werden können. Der Röntgenstrahl 302 durchstrahlt dabei die Probe 303, wodurch die Streustrahlen 311a und 311b durch symmetrische Ablenkung aus der Primärstrahlrichtung 312 um Winkel θΐ, &2 von der Probe ausgehen. DieFIG. 3 schematically shows aspects of scattering and detection which can be used or considered in embodiments according to the present invention, in particular in an examination method. The X-ray beam 302 thereby passes through the sample 303, whereby the scattered beams 311a and 311b emanate from the sample by symmetrical deflection from the primary beam direction 312 by angles θΐ, & 2. The
Streustrahlung 311a, 311b wird symmetrisch gemessen, indem die entsprechende Streustrahlintensität von Detektorelementen 314a bzw. 314b unabhängig voneinander gemessen werden.Scattered radiation 311a, 311b is measured symmetrically by measuring the corresponding scattered beam intensity of detector elements 314a and 314b independently of each other.
Die Detektorelemente 314a und 314b sind in der zweiten Richtung 316 um einen Abstand h beabstandet. Ferner beträgt der Abstand zwischen der Probe 303 und dem Detektor 304 (bzw. den Detektorelementen 314a, 314b) entlang der Primärstrahlrichtung 312 die Strecke bzw. den Betrag I. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegt die Probe 303 nicht im Zentrum 324 des Röntgenstrahls 302 sondern leicht entlang der zweiten Richtung 316 verschoben. Nichtsdestotrotz wird die Probe 303 von dem Röntgenstrahl 302 durchstrahlt und eine Auswertung und somit eine Untersuchung der Probe 303 ist möglich. Auch ist eine exakte Positionierung des Röntgenstrahls 302 oder der Probe 303 in Bezug auf den Detektor 304 nicht erforderlich.The detector elements 314a and 314b are spaced in the second direction 316 by a distance h. Further, the distance between the sample 303 and the detector 304 (or the detector elements 314a, 314b) along the primary beam direction 312 is the distance or amount I. As can be seen in FIG. 3, the sample 303 does not lie in the center 324 of FIG X-ray 302 but slightly shifted along the second direction 316. Nonetheless, the sample 303 is irradiated by the X-ray beam 302 and evaluation and thus examination of the sample 303 is possible. Also, exact positioning of the x-ray beam 302 or sample 303 with respect to the detector 304 is not required.
Zur Bestimmung der Streuwinkel θΐ = - θ2 ist es nicht nötig, die Position des Maximums gegenüber der Hauptachse bzw. dem Primärstrahl 302 zu kennen. Aus dem Abstand h der symmetrischen Maxima voneinander und dem Abstand I der Probe 303 von dem Detektor 304 kann der Streustrahlwinkel sehr genau bestimmt werden, ohne die genaue Position der Probe 303 relativ zum Primärstrahl 302 oder ohne die genaue Position des Detektors 304 zu kennen. Der Abstand I zwischen der Probe 303 und dem Detektor 304 ist bekannt und verändert sich nicht. Somit ist eine genaue Probenpositionierung und Detektorpositionierung in Bezug auf den Röntgenstrahl 303 nicht notwendig. Insbesondere muss der Detektor 304 in der zweiten Richtung 316 nicht exakt positioniert werden, da der Streustrahlwinkel aus dem Abstand h zwischen den symmetrischen Maxima berechnet wird und die Position des Primärstrahls 302 nicht bestimmt werden muss.To determine the scattering angles θΐ = - θ2, it is not necessary to know the position of the maximum with respect to the main axis or the primary beam 302. From the distance h of the symmetrical maxima from each other and the distance I of the sample 303 from the detector 304, the scattered beam angle can be determined very accurately without knowing the exact position of the sample 303 relative to the primary beam 302 or without knowing the exact position of the detector 304. The distance I between the sample 303 and the detector 304 is known and does not change. Thus, accurate sample positioning and detector positioning with respect to the x-ray beam 303 is not necessary. In particular, the detector 304 need not be accurately positioned in the second direction 316 since the scattered beam angle is calculated from the distance h between the symmetrical maxima and the position of the primary beam 302 need not be determined.
Diese Zusammenhänge werden von dem Auswertesystem 120 berücksichtigt und ermöglichen eine einfache Kalibrierung. Dazu kann z.B. eine bekannteThese relationships are taken into account by the evaluation system 120 and allow easy calibration. For this, e.g. an acquaintance
Probe, welche eine Streuung unter einem bekannten Streuwinkel auslöst, in die Röntgenvorrichtung eingesetzt werden und eine Röntgenstreuungsmessung durchgeführt werden. Daraus kann der Abstand I zwischen der Probe und dem Detektor ermittelt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass im Vergleich zu Messgeräten aus dem Stand der Technik auf einen Primärstrahlfänger verzichtet werden kann.Sample, which triggers a spread below a known scattering angle, are used in the X-ray device and an X-ray scattering measurement are performed. From this, the distance I between the sample and the detector can be determined. A further advantage is that it is possible to dispense with a primary beam catcher in comparison with prior art measuring devices.
Die Röntgenquelle 101, die Probenträgeraufnahme 107, 106 mit dem Probenträger 110 und der Detektor 104 sind auf einem starren und stabilen Rahmen 105 so montiert, dass es zu keiner Relativverschiebung der Komponenten kommen kann. Durch diese starre Montage ist im Betrieb keine Justierung erforderlich und auch nicht möglich.The X-ray source 101, the sample carrier receptacle 107, 106 with the sample carrier 110 and the detector 104 are mounted on a rigid and stable frame 105 so that there can be no relative displacement of the components. Due to this rigid assembly, no adjustment is required during operation and also not possible.
Fig. 4 illustriert eine schematische Seitenansicht bzw. Schnittansicht einer Röntgenvorrichtung 400 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Röntgenvorrichtung 400, die in Fig. 4 illustriert ist, weist viele Gemeinsamkeiten mit der in Fig. 1 illustrierten Röntgenvorrichtung 100 auf. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 illustrierten Röntgenvorrichtung 100 weist jedoch die Röntgenvorrichtung 400 eine optische Vorrichtung 409 auf (beispielsweise eine Blende), welche ebenfalls starr mit dem Rahmen 405 verbunden ist und den Röntgenstrahl 402 in seiner Ausdehnung begrenzt bzw. in seiner Ausdehnung definiert. Der zellenförmige Detektor 104, 304, 404 ist in seiner Ausrichtung senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht oder unter einem Winkel >> 0° zur Ausrichtung der Probe (z.B. eine Faser oder ein Haar) montiert und erfasst Teile des Streubildes symmetrisch.4 illustrates a schematic side view or sectional view of an X-ray device 400 according to another embodiment of the present invention. The X-ray device 400 illustrated in FIG. 4 has many similarities with the X-ray device 100 illustrated in FIG. In contrast to the X-ray device 100 illustrated in FIG. 1, however, the X-ray device 400 has an optical device 409 (for example a diaphragm) which is likewise rigidly connected to the frame 405 and defines the X-ray beam 402 in its extension or defined in its extent , The cellular detector 104, 304, 404 is mounted in its orientation perpendicular or substantially perpendicular or at an angle of >> 0 ° to the orientation of the sample (e.g., a fiber or a hair) and symmetrically detects portions of the scattering image.
Wie mit abermaligem Bezug auf Fig. 3 ersichtlich ist, verwendet das Auswertesystem 120 der Röntgenvorrichtung 100 bzw. das Auswertesystem 420 der Röntgenvorrichtung 400 die Symmetrie des Streubildes, um den Ursprung/Nullpunkt des Streusignals und damit die Probenposition zu bestimmen. Nach der Bestimmung des Nullpunktes kann die Intensität des Streubildes mit derjenigen des Primärstrahls (welche am Nullpunkt vorliegt) normiert werden. In anderen Ausführungsformen erfolgt keine Normierung auf die Intensität des Primärstrahls.As can be seen again with reference to FIG. 3, the evaluation system 120 of the X-ray device 100 or the evaluation system 420 of the X-ray device 400 uses the symmetry of the scattering image to determine the origin / zero point of the scattering signal and thus the sample position. After the determination of the zero point, the intensity of the scattering image can be normalized with that of the primary beam (which is present at the zero point). In other embodiments, there is no normalization to the intensity of the primary beam.
Der Detektor 104 oder 404 umfasst z.B. Detektorelemente (Pixel) mit einer Breite von z.B. 8 mm (d.h. Ausdehnungen entlang der ersten Richtung 113) und mit einer Höhe (d.h. Ausdehnung in der zweiten Richtung 116) von 0,05 mm. Der Detektor kann auch als 2D-Detektor ausgebildet sein, bei dem z.B. 100 Pixel nebeneinander entlang der ersten Richtung 113 angeordnet sind, wobei jedes der Pixel eine Ausdehnung von 50x50 oder 100x100 μm2 haben kann.The detector 104 or 404 comprises e.g. Detector elements (pixels) with a width of e.g. 8 mm (i.e., expansions along the first direction 113) and with a height (i.e., extension in the second direction 116) of 0.05 mm. The detector may also be designed as a 2D detector using e.g. 100 pixels are arranged side by side along the first direction 113, wherein each of the pixels may have an extension of 50x50 or 100x100 μm2.
Fig. 5 illustriert ein gemäß einem Ausführungsbeispiel gemessenes Intensitätsprofil zusammen mit angepassten Kurven, welche durch mindestens einen Peak-Parameter beschrieben sind.FIG. 5 illustrates an intensity profile measured according to an exemplary embodiment together with adapted curves which are described by at least one peak parameter.
Die Abszisse 530 des in Fig. 5 illustrierten Koordinatensystems bezeichnet dabei einen Streuvektor bzw. Streuwinkel und eine Ordinate 532 bezeichnet eine Intensität der detektierten Streustrahlung. Das gemessene Intensitätsprofil 534 ist durch die Mehrzahl von Detektorelementen 114, 314, 414 des Detektors 104, 304 bzw. 404 gemessen worden. Bezüglich einer Spiegelsymmetrieebene 536 ist das Intensitätsprofil 534 spiegelsymmetrisch. Die Position 538 der Spiegelebene 536 entlang der Abszisse definiert die Position der Probe entlang der zweiten Richtung 516, welche entlang der Abszisse 530 verläuft.The abscissa 530 of the coordinate system illustrated in FIG. 5 designates a scattering or scattering angle, and an ordinate 532 denotes an intensity of the detected scattered radiation. The measured intensity profile 534 has been measured by the plurality of detector elements 114, 314, 414 of the detector 104, 304 and 404, respectively. With respect to a mirror symmetry plane 536, the intensity profile 534 is mirror-symmetric. The position 538 of the mirror plane 536 along the abscissa defines the position of the sample along the second direction 516, which runs along the abscissa 530.
Das Intensitätsprofil 534 umfasst einen ersten Peak 540 und einen zweiten Peak 542, welche jeweils eine spiegelbildliche Entsprechung 540' und 542' haben. Zwischen dem ersten Peak 540 und der spiegelbildlichen Entsprechung 540' wird von dem Auswertesystem der Abstand h bestimmt, woraus dieThe intensity profile 534 includes a first peak 540 and a second peak 542, each having a mirror-image correspondence 540 'and 542'. Between the first peak 540 and the mirror-image equivalent 540 ', the evaluation system determines the distance h, from which the
Position 538 der Spiegelebene 536 ermittelt werden kann. Zur Ermittlung der Position 538 kann auch der zweite Peak 542 und seine symmetrische Entsprechung 542' herangezogen werden. Somit können nach Ermittlung der Position 538 allen Peaks Streuwinkel bzw. Streuvektoren zugeordnet werden. Der Peak 551 stellt den Primärstrahl dar. Für jeden der Peaks 540, 542 kann zumindest ein Peak-Para meter bestimmt werden, z.B. eine Peak-Position, eine Peak-Fläche, eine Peak-Halbwertsbreite, ein Peak-Maximum oder eine Kombination der genannten Parameter.Position 538 of the mirror plane 536 can be determined. For determining the position 538, the second peak 542 and its symmetrical equivalent 542 'can also be used. Thus, after determination of heading 538, all peaks can be assigned to scattering angles or scattering vectors. The peak 551 represents the primary beam. For each of the peaks 540, 542, at least one peak parameter may be determined, e.g. a peak position, a peak area, a peak half-width, a peak maximum or a combination of said parameters.
Allgemein kann ein Parameter-Satz aus dem Intensitätsprofil durch Modellfits oder direkte Berechnung extrahiert werden. Der Parameter-Satz kann z.B. Fläche, Höhe, Breite und Position der Peaks und je nach Modell weitere Peak-Parameter umfassen sowie Parameter weiterer Kurven, die an zumindest einigen Datenpunkten angefittet wurden. Die Peak-Parameter und/oder daraus abgeleitete Größen können während der Messung kontinuierlich berechnet werden und die Belichtung (d.h. Bestrahlung durch den Röntgenstrahl) kann aufrechterhalten bleiben, bis diese Parameter mit einer geforderten Genauigkeit berechenbar sind. Aus diesen Parametern kann ein Maß für das Vorliegen einer Erkrankung/einer bestimmten Probeneigenschaft abgeleitet werden.In general, a parameter set can be extracted from the intensity profile by model fits or direct computation. The parameter set may e.g. The area, height, width and position of the peaks and, depending on the model, further peak parameters and parameters of further curves that have been fitted to at least a few data points. The peak parameters and / or quantities derived therefrom may be continuously calculated during the measurement and the exposure (i.e., X-ray irradiation) may be maintained until these parameters are calculable with required accuracy. From these parameters, a measure of the presence of a disease / a particular sample property can be derived.
Die Daten können auf einen der Peaks bzw. einen ersten Datenpunkt normiert werden. Dann können z.B. zwei Gauß-Peak, eine Potenzfunktion und eine Konstante angefittet werden. Die zwei Gauß-Funktionen können die Bragg-Peaks beschreiben, die von der kristallinen Struktur der Probe herrühren, und die Potenzfunktion 550 kann das Signal beschreiben, das von der Teilchenstruktur bzw. der Form herrührt. Die Konstante kann den konstanten Untergrund beschreiben, dessen Ursprung nicht relevant ist, aber z.B. von Restluft oder von irrelevanten Streuprozessen in der Probe herrührt.The data can be normalized to one of the peaks or a first data point. Then, e.g. two Gauss peak, a power function and a constant are fitted. The two Gaussian functions may describe the Bragg peaks that result from the crystalline structure of the sample, and the power function 550 may describe the signal resulting from the particle structure or shape. The constant can describe the constant background whose origin is not relevant, but e.g. from residual air or from irrelevant scattering processes in the sample.
Die Kurve 544 in Fig. 5 illustriert z.B. eine erste Gauß-Kurve, welche an den ersten Peak 540 angepasst ist und die zweite Kurve 546 illustriert einen zweiten Gauß-Peak, welcher an den zweiten Peak 542 angepasst wurde.The curve 544 in Fig. 5 illustrates e.g. a first Gaussian curve that matches the first peak 540 and the second curve 546 illustrates a second Gaussian peak that has been matched to the second peak 542.
Fig. 6 zeigt ein anderes gemäß einem Ausführungsbeispiel gemessenes Intensitätsprofil zusammen mit angepassten Kurven, welche durch mindestens einen Peak-Para meter beschrieben sind. Die Abszisse 630 des in Fig. 6 illustrierten Koordinatensystems bezeichnet dabei einen Streuvektor bzw. Streuwinkel und eine Ordinate 632 bezeichnet eine Intensität der detektierten Streustrahlung. Das gemessene Intensitätsprofil 634 ist durch die Mehrzahl von Detektorelementen 114, 314, 414 des Detektors 104, 304 bzw. 404 gemessen worden und umfasst einen Peak 651, der den Primärstrahl darstellt, sowie Peaks 640, 640', die von der Probe herrühren.FIG. 6 shows another intensity profile measured according to an exemplary embodiment together with adapted curves which are described by at least one peak parameter. The abscissa 630 of the coordinate system illustrated in FIG. 6 designates a scattering angle and an ordinate 632 denotes an intensity of the detected scattered radiation. The measured intensity profile 634 has been measured by the plurality of detector elements 114, 314, 414 of the detector 104, 304 and 404, respectively, and includes a peak 651 representing the primary beam and peaks 640, 640 'resulting from the sample.
Bezüglich einer Spiegelsymmetrieebene 636 sind die Peaks 640, 640' spiegelsymmetrisch angeordnet, jedoch ist nicht das gesamte Intensitätsprofil 634, insbesondere ist nicht der Primärstrahlpeak 651 spiegelsymmetrisch zu der Spiegelsymmetrieebene 636. Die Position 638 der Spiegelsymmetrieebene 636 entlang der Abszisse definiert die Position der Probe entlang der zweiten Richtung 616, welche entlang der Abszisse 630 verläuft. An dieser Stelle 638 kann die Intensität des nicht von der Probe abgelenkten Primärstrahls detektiert werden. Anders als in dem in Fig. 5 dargestellten Intensitätsprofil 534 ist das Intensitätsprofil 634 der Fig. 6 nicht spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Zentralposition 639 des Primärstrahls, d.h. des Peaks 651. Die Zentralposition 639 weicht von der Position 638 der Spiegelebene 636 ab. In dem dargestellten Beispiel trifft nicht der zentrale Bereich des Primärstrahls die Probe, sondern ein von dem zentralen Bereich des Primärstrahls in der zweiten Richtung (z.B. 116, 216, 316, 416 in Figuren 1, 2, 3 oder 4) versetzter Teil des Primärstrahls.With respect to a mirror symmetry plane 636, the peaks 640, 640 'are arranged mirror-symmetrically, but not the entire intensity profile 634, in particular the primary beam peak 651 is not mirror-symmetrical to the mirror symmetry plane 636. The position 638 of the mirror symmetry plane 636 along the abscissa defines the position of the sample along the axis second direction 616, which runs along the abscissa 630. At this point 638, the intensity of the primary beam not deflected by the sample can be detected. Unlike the intensity profile 534 shown in FIG. 5, the intensity profile 634 of FIG. 6 is not mirror-symmetric with respect to a central position 639 of the primary beam, i. of the peak 651. The central position 639 deviates from the position 638 of the mirror plane 636. In the illustrated example, not the central portion of the primary beam hits the sample, but a portion of the primary beam displaced from the central portion of the primary beam in the second direction (e.g., 116, 216, 316, 416 in Figures 1, 2, 3 or 4).
Das Intensitätsprofil 634 umfasst einen Peak 640 mit einer spiegelbildlichen Entsprechung 640'. Zwischen dem Peak 640 und der spiegelbildlichen Entsprechung 640' wird von dem Auswertesystem der Abstand h bestimmt, woraus die Position 638 der Spiegelebene 636 und somit die Position der Probe ermittelt werden kann. Somit kann nach Ermittlung der Position 638 dem Peak 640, 640' ein Streuwinkel bzw. Streuvektor zugeordnet werden, obwohl der Primärstrahl die Probe nicht zentrisch trifft.The intensity profile 634 includes a peak 640 with a mirror-image equivalent 640 '. Between the peak 640 and the mirror-image equivalent 640 'the distance h determines the distance from which the position 638 of the mirror plane 636 and thus the position of the sample can be determined. Thus, after determining the position 638, a scattering angle or scattering vector may be assigned to the peak 640, 640 ', even though the primary beam does not strike the sample centrically.
Die Kurve 644 in Fig. 6 illustriert z.B. eine Gauß-Kurve, welche an den Peak 640 angepasst ist und die Potenzfunktion 650 kann das Signal beschreiben, das von der Teilchenstruktur herrührt.The curve 644 in Fig. 6 illustrates e.g. a Gaussian curve fitted to the peak 640 and the power function 650 may describe the signal resulting from the particle structure.
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| WO2019053038A1 (en) | 2019-03-21 |
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