DE102013114497A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auswerten von Röntgenspektren - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Durchstrahlen eines Körpers mit Röntgenstrahlen (110); Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweist (120); Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren (130); Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren (140); und Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren (150).

Description

  • In verschiedenen Ausführungsformen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Objektes bereitgestellt, die bei dessen Durchstrahlung pixelweise detektiert werden.
  • Röntgenstrahlung findet Anwendung in vielen verschiedenen Bereichen, wie zum Beispiel in der Medizin, der Sicherheitstechnik, der Industrie sowie in der Wissenschaft. Beispiele für eine konventionelle praktische Nutzung von Röntgenstrahlung sind Computertomographien in der Medizin, Röntgenscanner in der Sicherheitstechnik, die in der Gepäcküberwachung oder Personenkontrolle an Flughäfen oder bei Zollkontrollen verwendet werden, Durchstrahlungsprüfungen in der industriellen Werkstoffprüfung oder zur Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie, sowie beispielsweise Synchrotronstrahlung für wissenschaftliche Zwecke.
  • In derzeitig verwendeten konventionellen Vorrichtungen zum Durchstrahlen von Körpern mittels Röntgenstrahlung werden zum Messen der, den Körper durchstrahlenden Röntgenphotonen Röntgendetektoren verwendet, die entweder in Form von einem Liniendetektor oder als ein einzelner Flächendetektor ausgebildet sein können. Darüber hinaus können diese Detektoren derart eingerichtet sein oder werden, so dass sie lediglich über einen bestimmten Energiebereich integrieren können und nicht, auf die Röntgenquelle und den zu durchstrahlenden Körper abgestimmte Röntgenspektren, die durch den Körper hindurch transmittierten Röntgenstrahlung pixelweise messen können.
  • Das hierin offenbarte Verfahren und die dem gemäße Vorrichtung können es ermöglichen, eine Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors zu messen, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordnete energiedispersive Röntgendetektoren aufweist. Das Verwenden von energiedispersiven Röntgendetektoren kann es ermöglichen einen auf den, durch den Körper hindurch transmittierte Röntgenstrahlung angepassten Energiebereich zu erfassen in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Wechselwirkung mit der durchstrahlten Materie des Körpers und der auf den Körper eingestrahlten Röntgenenergie, d. h. es kann ein Röntgenspektrum der durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlung pixelweise erfasst werden. Dadurch kann es ermöglicht werden, gleichzeitig eine zusätzliche, räumlich zugeordnete (bzw. eine ortsaufgelöste) Information und/oder die energiespezifischen Informationen der durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlung zu erfassen. Somit kann die Anzahl der möglichen, zu erfassenden Informationen bei einem einzigen Durchstrahlen eines Körpers mittels Röntgenstrahlung signifikant gesteigert werden, wodurch sich zum Beispiel zusätzlich eine signifikante Kontraststeigerung bei der Bildgebung erreichen lässt beziehungsweise eine spektroskopische Auswertung möglich sein kann.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers bereitgestellt sein oder werden, wobei das Verfahren aufweisen kann: Durchstrahlen eines Körpers mit Röntgenstrahlen; Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweist, d. h. die energiedispersiven Röntgendetektoren können als eine Art von Pixeln (d. h. ein einzelner energiedispersiver Röntgendetektor der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren kann als Pixel bezeichnet werden) in Form eines Arrays auf dem Flächendetektor angeordnet sein; Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren; Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren, d. h. Rekonstruktion monochromatischer Radiographien und Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren.
  • Das Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweist kann deswegen vorteilshaft sein, da sich mindestens ein Röntgenspektrum ortsaufgelöst erfassen lässt. Deshalb kann es ermöglicht werden oder sein, dass mittels der gespeicherten Vielzahl von Röntgenspektren jeweils mindestens einen Intensitätswert aus dem jeweiligen, räumlich zugeordneten Röntgenspektrum zu ermitteln und daraus anschließend den mindestens einen jeweiligen Schwächungskoeffizienten μ nach der weiter unten stehenden Gleichung unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren zu ermitteln. Es kann darüber hinaus mit diesem Verfahren wahlweise auch mindestens eine Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden zum Analysieren der kristallographischen Struktur des durchstrahlten Körpers, beispielsweise mittels der sogenannten Kossel- bzw. Pseudo-Kossel-Technik oder der Bremsstrahlungsbeugung. Auf diese Weise kann der störende „Untergrund” aus nicht gebeugter Röntgenstrahlung und das Reflexkontinuum weitgehend ausgeblendet werden, so dass auch schwächere Beugungsreflexe kontrastreich abgebildet werden können.
  • Durch die Möglichkeit des Auswertens von verschiedenen Energien aus den gemessenen Spektren der Pixel zum Ermitteln von einer energiespezifischen Schwächungskoeffizientenkennlinie oder energiespezifischen Beugungskennlinie lässt sich die Materialzuordnung mittels des weiter unten beschriebenen Vergleichs mit einer Referenz-Datenbank von gespeicherten Schwächungskoeffizientenkennlinien oder der Kontrast von Beugungskennlinien (bzw. auch als Beugungsreflexe bezeichnet, wobei in der vorliegenden Offenbarung diese beiden Begriffe synonym verwendet werden) signifikant verbessern, da eine höhere Informationsdichte zum genaueren Vergleich der ermittelten Kennlinien und der gespeicherten Kennlinien herangezogen werden kann, da im Gegensatz zu einem Vergleich zweier Punkte (bzw. Werte) ein Vergleich von zwei Kennlinien ein genaueres Überprüfen des Übereinstimmungsgrad beider Linien und der daraus resultierenden Information bei einem Abweichen beider Linien ermöglichen kann bzw. der Untergrund weitgehend ausgeblendet werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren das Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren und das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum mehrere Intensitätswerte ermittelt werden für unterschiedliche Energiewerte eines jeweils gemessenen Röntgenspektrums und wobei mehrere Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der ermittelten Intensitätswerte ermittelt werden.
  • Da in diesem Fall ein ortsaufgelöstes Röntgenspektrum gemessen werden kann, kann es dadurch ermöglicht werden, mindestens einen Schwächungskoeffizienten μ oder auch mehrere Schwächungskoeffizienten μi (i bezeichnet dabei den Index des jeweiligen Schwächungskoeffizienten eines energiespezifischen Intensitätswertes, wobei i Element der natürlichen Zahlen ist) aus mindestens einem Intensitätswert I oder auch aus mehreren Intensitätswerten Ii (i bezeichnet dabei den Index den jeweiligen energiespezifischen Intensitätswert, wobei i Element der natürlichen Zahlen ist) zu ermitteln, wobei ein jeweiliger Intensitätswert I (bzw. Ii) die detektierten Ereignisse (z. B. erfasste Röntgenphotonen) repräsentiert. Deswegen kann für den Fall, dass mindestens ein Intensitätswert verwendet wird ein ortsaufgelöster energiespezifischer Schwächungskoeffizient oder es kann für den Fall, dass mehr als ein Intensitätswert verwendet wird auch eine ortsaufgelöste energiespezifische Schwächungskoeffizientenkennlinie ermittelt werden. Aufgrund einer solchen energiespezifischen Schwächungskoeffizientenkennlinie kann eine detailliertere Materialanalyse bereitgestellt werden, da beim Vergleichen der beiden Kennlinien (gemessene und gespeicherte Kennlinie) mehr Informationen bereitgestellt werden können in Bezug darauf, welche Eigenschaften sich im Falle eines Abweichens der beiden Linien voneinander verändert haben können.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei unter Verwendung des mindestens einen ermittelten Schwächungskoeffizienten eine Materialkomponente des Körpers ermittelt wird für das Röntgenspektrum, das von einem jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor gemessen wurde.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei der mindestens eine Schwächungskoeffizient ermittelt wird gemäß folgender Vorschrift:
    Figure DE102013114497A1_0002
    wobei mit μ der Schwächungskoeffizient, d eine Dicke des Körpers an der Position, die von dem jeweiligen Röntgendetektor aufgenommen wird, I0 eine Intensität der Röntgenstrahlung vor dem Durchstrahlen des Körpers und mit I der jeweilige ermittelte Intensitätswert bezeichnet wird.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei unter Verwendung des mindestens einen Schwächungskoeffizienten mindestens ein Massenschwächungskoeffizient ermittelt wird, gemäß folgender Vorschrift:
    Figure DE102013114497A1_0003
    wobei mit
    Figure DE102013114497A1_0004
    der Massenschwächungskoeffizient, ρ eine Dichte des Körpers an einer Position, die von dem jeweiligen Röntgendetektor aufgenommen wird, i ein Index, welcher eine jeweilige Materialkomponente des Gemisches, von dem der Körper gebildet wird, indiziert und mit ci eine Konzentration der Materialkomponente des Gemisches, von dem der Körper gebildet wird, beschrieben wird.
  • Mittels der oben beschriebenen Gleichungen können die einzelnen Materialkomponenten eines Körpers beim Ermitteln einer energiespezifischen Schwächungskoeffizientenkennlinie in Abhängigkeit verschiedener Energien ermittelt und bereitgestellt werden, so dass die verschiedenen Materialkomponenten bei der Bildgebung bereitgestellt sein können, ohne dass ein mehrfaches Durchstrahlen mittels der Röntgenstrahlen bei unterschiedlichen Energien erforderlich sein kann. Dadurch kann die Durchstrahlungsdauer und/oder die Anzahl der Durchstrahlungen des Körpers mit Röntgenstrahlung verringert werden, wodurch die Strahlungsbelastung und der Zeitaufwand verringert werden kann.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei eine Materialkomponente des Körpers ermittelt wird, indem der mindestens eine ermittelte energiespezifische Schwächungskoeffizient verglichen wird mit einer Mehrzahl von Referenz-Schwächungskoeffizienten-Kennlinien für mindestens ein Material. Bei der spektroskopischen Auswertung wird ausgenutzt, dass die Dicke d in einem zugehörigen Pixel bei allen rekonstruierten monochromatischen Radiographien gleich ist, so dass in einem Gleichungssystem die Dicke d eliminiert werden kann.
  • Ein Vorteil des hierin offenbarten Verfahrens kann in einem Vergleich mittels eines Prozessors liegen, der beispielsweise mehrere gespeicherte Intensitäten verwenden kann um daraus eine energiespezifische Schwächungskoeffizientenkennlinie zu ermitteln, die er mit einer Mehrzahl von zuvor gespeicherten Referenz-Schwächungskoeffizienten-Kennlinien vergleichen kann, wodurch verschiedene ortsaufgelöste Materialzusammensetzungen und Materialdicken einer zugeordneten ortsaufgelösten Radiographie zugeordnet werden können, wobei ein solcher prozessorgestützter Vergleich zusätzlich die Auswertegenauigkeit und/oder die Auswertegeschwindigkeit bei der Materialzuordnung gegenüber bisherigen Verfahren signifikant steigern kann.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers das Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei eine Beugungsaufnahme dadurch rekonstruiert wird, dass nur ein schmaler Energiebereich um die Energie des gesuchten Beugungsreflexes verwendet wird, während alle anderen Energien aus den Röntgenspektren ignoriert werden.
  • Das Filtern (bzw. Herausfiltern) von relevanten Energien bezüglich der gemessenen Beugungskennlinie kann dazu beitragen die Beugungskennlinie in der Bildgebung signifikant besser darstellen zu können, d. h. Beugungsreflexe können deutlicher hervorgehoben werden beziehungsweise der Kontrast der Beugungsreflexe kann mittels des energieabhängigen Intensitätsfilterns signifikant gegenüber den Beugungsreflexfreien Bereichen gesteigert werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann des Verfahren des Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren, aufweisen, wobei die Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren jeweils ein Energiespektrum messen, das in einem Bereich von ungefähr 1 kV bis zu ungefähr 500 kV liegt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ferner des Darstellen unterschiedlicher Materialien mittels unterschiedlicher Farben aufweisen.
  • Mittels einer Fehlfarbenzuordnung der in dem Untersuchungsobjekt enthaltenen unterschiedlichen Materialien, welche sich z. B. innerhalb des durchstrahlten Körpers befinden können, kann es ermöglich werden, dass die verschiedenen enthaltenen Materialien in dem untersuchten Körper in einer anschließenden Bildgebung (bzw. Rekonstruktion) sichtbar gemacht werden können. Deswegen können mittels Bereitstellens einer demgemäß farblich kodierten Materiallegende diese Materialien in dem Untersuchungsobjekt leicht und schnell zu identifizieren sein (bzw. zu erkennen sein).
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Variieren einer Durchstrahlungsdauer (d. h. es kann beispielsweise die Belichtungszeit angepasst werden) zum Messen der Vielzahl von Röntgenspektren abhängig von gemessenen Röntgenspektren aufweisen.
  • Ein Variieren der Durchstrahlungsdauer zum Messen der Vielzahl von Röntgenspektren abhängig von den gemessenen Röntgenspektren kann einerseits mittels Verkürzens der Durchstrahlungsdauer die Strahlenbelastung verringern, zum Beispiel im Falle von Organismen, wie beispielsweise Tieren, die durchstrahlt werden sollen und andererseits mittels Verlängerns der Durchstrahlungsdauer können schwere Elemente in Radiographien von zu durchstrahlenden Untersuchungsobjekten, wie beispielsweise bei Materialprüfungen, signifikant genauer auf ihre Materialeigenschaften hin untersucht werden, da ein Verlängern der Durchstrahlungsdauer die integrale Intensität der Röntgenstrahlung erhöhen kann.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers bereitgestellt sein oder werden, wobei die Vorrichtung aufweisen kann: eine Röntgenstrahlungsvorrichtung zum Durchstrahlen eines Körpers mit Röntgenstrahlen; eine Messvorrichtung zum Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweist; einen Speicher zum Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren; einen Prozessor, eingerichtet zum Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren; und zum Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder zum Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren.
  • Eine Vorrichtung zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers kann vorteilshaft sein unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers, da gemäß den oben genannten Vorteilen die damit erzeugten Radiographien (d. h. Bildgebungsverfahren von Röntgenaufnahmen) oder Beugungsbilder signifikant bessere Bildqualitäten und/oder höhere Informationsdichten (zum Beispiel Materialien und Positionen) aufweisen können. Die bessere Bildqualität und höhere Informationsdichte bei Radiographien kann einerseits auf die Unterdrückung störender Spektrumsanteile durch computergestütztes Herausfiltern der jeweils relevanten Energien zurückgeführt werden und andererseits kann die höhere Informationsdichte auf der einen Seite auf eine Superposition von mit Fehlfarben-kodierte zusätzlichen Materialinformationen und der mittels Kontraststeigerung verbesserte Bildqualität der Radiographie und auf die Ortsauflösung der Informationen (bzw. der Röntgenspektren) mittels des Flächendetektors zurückgeführt werden. Mit anderen Worten, die Bildqualität wird mittels Eliminierens von störenden oder irrelevanten Anteilen im Röntgenspektrum und durch eine, an die Sensitivität des Flächendetektors angepasste Intensität der Röntgenstrahlen (beispielsweise durch Ändern der Durchstrahlungsdauer bzw. Beschleunigungsspannung) gesteigert; und der Informationsgehalt der Radiographie kann derart zusätzlich gesteigert werden, so dass neben der verbesserten Bildqualität auch noch zusätzlich eine Materialinformation bereitgestellt werden kann, die mittels Vergleichens von mindestens einem ermittelten Schwächungskoeffizienten mit mindestens einem zuvor in einer Datenbank gespeicherten Schwächungskoeffizienten eine Materialzuordnung ermöglichen kann. Darüber hinaus kann die Vorrichtung mittels des Flächendetektors aufgrund der darauf in einem Array angeordneten Detektoren den gemessenen Röntgenspektren auch zusätzlich einen Ort beziehungsweise eine Position innerhalb der Radiographie zuordnen. Bei Beugungsaufnahmen von Körpern können in den jeweils gemessenen Röntgenspektren für die Beugungsreflexe irrelevanten Energien rechnergestützt herausgefiltert beziehungsweise herausgerechnet werden, wodurch die Bildqualität signifikant gesteigert werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 3 eine schematische Frontansicht eines energiedispersiven Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweist gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
  • 4 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers gemäß verschiedenen Ausführungsformen
  • In 1 ist ein Verfahren 100 zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers gemäß verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, wobei das Verfahren 100 aufweisen kann: Durchstrahlen eines Körpers mit Röntgenstrahlen (in 110); Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweisen kann (in 120); Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren (in 130); Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren (in 140); und Ermitteln mindestens eines jeweiligen energieabhängigen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder Hervorheben mindestens einer Beugungskennlinie (auch als Beugungsreflexe bezeichnet, wobei die beiden Begriffe in der vorliegenden Offenbarung synonym verwendet) unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren (in 150).
  • Das Durchstrahlen des Körpers mittels Röntgenstrahlung in 110 kann beispielsweise mittels mindestens einer der folgenden Röntgenstrahlungsquellen durchgeführt werden: einer Röntgenröhre, einem Synchrotron, einem Freie-Elektronen-Laser und/oder einer radioaktiven Substanz. Als Röntgenstrahlung wird die Strahlung im elektromagnetischen Spektrum bezeichnet, die eine Photonenenergie aufweisen kann, welche in einem Bereich von ungefähr 100 eV bis zu ungefähr 1 MeV liegen kann. Die Wellenlängen von Röntgenstrahlung können in einem Bereich von ungefähr 10–8 m bis 10–12 m liegen kann.
  • Röntgenstrahlung kann durch zwei verschiedene Vorgänge erzeugt werden: zum einen durch starke Beschleunigung geladener Teilchen (d. h. zum Beispiel mittels Abbremsen oder Ablenken von Elektronen), wobei dieser Anteil der Röntgenstrahlung Bremsstrahlung genannt wird, deren Spektrum kontinuierlich ist; und zum anderen durch hochenergetische Übergänge in den Elektronenhüllen von Atomen oder Molekülen. Dieser Anteil der Röntgenstrahlung wird als charakteristische Röntgenstrahlung bezeichnet. Die charakteristische Röntgenstrahlung weist stets ein Linienspektrum auf. Röntgenstrahlung zum Durchstrahlen eines Körpers oder Objekts in 110 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, mittels einer Röntgenröhre (oder mehreren Röntgenröhren) erzeugt werden.
  • Der mittels der erzeugten Röntgenstrahlung zu durchstrahlende Körper oder das zu durchstrahlende Objekt (bzw. Untersuchungsobjekt, Material oder Materie) kann ein Festkörper, eine Schüttung (z. B. Pulver), ein Gas und/oder eine Flüssigkeit oder eine Kombination von hintereinander angeordneten Substanzen sein. In der vorliegenden Offenbarung werden die Begriffe Körper, Objekt, Material, Materie und Untersuchungsobjekt synonym verwendet.
  • Röntgenstrahlung kann Materie durchdringen. Sie wird dabei je nach Material unterschiedlich stark abgeschwächt. Die Schwächung der Röntgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei Bildgebung in der Radiographie, wobei der Begriff der Radiographie das Durchstrahlen und Fotografieren (bzw. Bildgebung) mithilfe von ionisierenden Strahlen (z. B. Röntgenstrahlung) beschreibt. Die Intensität des Röntgenstrahls nimmt nach dem Lambert-Beerschen Gesetz mit der im Material zurückgelegten Weglänge d exponentiell ab: I = I0·e–μ·d, (1) wobei das Lambert-Beersche Gesetz in Gleichung (1) folgende Parameter aufweist: I ist die Intensität des durch den Körper transmittierten Röntgenstrahls; I0 ist die Intensität des einfallenden (eingestrahlten) Röntgenstrahls ist, d. h. diese Intensität wurde nicht mittels Transmission durch Materie abgeschwächt: d ist die Schichtdicke, welche sich in Richtung des von der Röntgenquelle ausgesendeten Röntgenstrahls von einer ersten Seite des Körpers, auf welcher der Röntgenstrahl auftrifft, bis zur einer zweiten Seite des Körpers hin erstrecken kann, auf welcher der Röntgenstrahl aus dem Körper austritt; und μ ist der materialabhängige Schwächungskoeffizient und ist zu μ ~ Z4·λ3·ρ (2) ist. Die Gleichung (2) weist folgende Parameter auf: Z ist die Ordnungszahl (auch als Kernladungszahl bezeichnet) des durchstrahlten Materials und λ ist die Wellenlänge der Röntgenstrahlung und ρ die Dichte.
  • Der Schwächungskoeffizient μ weist drei wesentliche Wechselwirkungsprozesse von Röntgenstrahlung mit der Materie des durchstrahlten Körpers auf, welche in der folgenden Gleichung dargestellt sind: μ(E) = τ(E) + σ(E) + π(E), (3) wobei mit dem variablen Parameter E die Abhängigkeit des Schwächungskoeffizienten von der Energie der Röntgenstrahlung beschrieben wird. Die drei Wechselwirkungsprozesse, die ebenfalls energieabhängig sein können, werden dabei mittels der folgenden Koeffizienten repräsentiert:
    • 1. Der Photoabsorptionskoeffizienten τ(E). Bei dem Wechselwirkungsprozess der Photoabsorption kann das eingestrahlte Röntgenphoton absorbiert werden und kann dabei mindestens ein Elektron aus einem gebundenen Zustand lösen. (Elementarprozess für die Entstehung charakteristischer Fluoreszenzstrahlung und Grundlage für die Röntgenspektroskopie), wobei folgende Proportionalität für diesen Wechselwirkungsprozess gilt: τ(E) ~ ρ·Z4/E3 ~ ρ·λ3·Z4, (4) und in Gleichung (4) beschreibt der Parameter ρ die Dichte des durchstrahlten Materials.
    • 2. Der Streukoeffizient σ(E). Bei dem Wechselwirkungsprozess der Streuung kann das eingestrahlte Röntgenphoton elastisch σR (Thomson-Streuung und Rayleigh-Streuung, beschreibend die Änderung der Richtung des Röntgenstrahls, wichtig für die Diffrakometrie oder Röntgenbeugung) oder inelastisch σC (Compton-Streuung, mit zusätzlicher Energieänderung) an einem Elektron eines Atoms gestreut wobei folgende Proportionalität für diesen Wechselwirkungsprozess gilt: σ(E) ~ ρ·Z/E. (5)
    • 3. Der Paarbildungskoeffizient π(E). Bei diesem Wechselwirkungsprozess der Paarbildung kann das eingestrahlte Röntgenphoton im Bereich des Coulombfeldes eines Atomkerns in ein Elektron und ein Positron (auch als „Materialisation” bezeichnet) zerfallen unter der Bedingung E > 2·me·c2, (6) d. h. E ≥ 1,022 MeV (hierin beschreiben me die Elektronenmasse und c die Lichtgeschwindigkeit), wobei folgende Proportionalität für diesen Wechselwirkungsprozess gilt: π(E) = ρ·Z2·ln(E). (7)
  • Alternativ kann die Angabe eines Schwächungskoeffizienten μ auch mittels einer Angabe des sogenannten Massenschwächungskoeffizienten μ/ρ erfolgen, d. h. dem Verhältnis von dem materialspezifischen Schwächungskoeffizienten μ und der Dichte des jeweiligen Materials. Da der Massenschwächungskoeffizienten μ/ρ für viele unterschiedliche Materialien in tabellarischer Form vorliegt, d. h. der Massenschwächungskoeffizienten μ/ρ kann in vielen Tabellenwerken, in denen bekannte Materialeigenschaften aufgeführt sind, gefunden werden, weshalb sich der Massenschwächungskoeffizienten μ/ρ für den Vergleich der Absorption unterschiedlicher Materialien eignen kann, d. h. der Massenschwächungskoeffizienten μ/ρ kann zum Vergleich zwischen einem aus einer Messung ermittelten Schwächungskoeffizienten μermittelt und einem bereits bekannten Schwächungskoeffizienten μTabelle verwendet werden.
  • Wie oben in Gleichung (3) beschrieben ist der Schwächungskoeffizient μ die Summe der Teilkoeffizienten der drei wesentlichen (sprich dominanten) Wechselwirkungsprozesse (Photoeffekt, Streuung und Paarbildung) bei einem Durchgang von Röntgenstrahlung durch die Materie des zu durchstrahlenden Objektes hindurch. Die dominierende Wechselwirkung bei Röntgenstrahlung, die mittels Röntgenröhren erzeugt werden kann, ist dabei der Photoeffekt.
  • Für den Fall, dass der zu durchstrahlende Körper eine chemische Verbindung aufweist, d. h. dass der Körper mehr als ein Element aufweisen kann, dann kann der Schwächungskoeffizient μ mittels eines mittleren Schwächungskoeffizienten μMittelwert angegeben werden bzw. es wird mit einer mittleren Ordnungszahl gerechnet. Hier gilt folgende Gleichung:
    Figure DE102013114497A1_0005
    wobei, μ der lineare Schwächungskoeffizient ist, der Quotient (μ/ρ) den Massenschwächungskoeffizienten und der Quotient (μ/ρ)Gemisch den Massenschwächungskoeffizienten des Gemisches bzw. der Verbindung bzw. der Legierung repräsentiert und wobei der Index „Gemisch” hierin für alle oben genannten verschiedenen Materialzusammensetzungen des zu durchstrahlenden Objekts stehen kann, der Parameter ci bezeichnet die jeweilige Konzentration der i-ten Komponenten des zu durchstrahlenden Körpers und der Index der jeweiligen Komponente wird durch i repräsentiert. Befinden sich in einem durchstrahlten Objekt verschiedene Körper bzw. Substanzen, auch aus unterschiedlichen Materialien, hintereinander, so kann mit dem beschriebenen Verfahren das Material jedes dieser Körper bzw. Substanzen identifiziert oder zumindest eingegrenzt werden.
  • Der energiedispersive Flächendetektor (auch als energiedispersiver Röntgenflachdetektor bezeichnet, wobei die beiden Begriffe in der vorliegenden Offenbarung synonym verwendet werden) kann ein Röntgendetektor sein, der aus einer Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren gebildet werden kann, die auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht sein können. Jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren kann jeweils einen Bildpunkt oder, anders ausgedrückt, jeweils ein Pixel zum Abbilden der durch des Objekt hindurchgetretenen Röntgenstrahlung bilden beziehungsweise ein Röntgenspektrum erfassen. Der Träger kann jedes Material aufweisen, das derart eingerichtet sein kann, so dass die Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Träger aufgebracht werden oder sein können und von dem Träger getragen werden können. Der Träger kann aus mindestens einem der folgenden Gruppe von Materialien gebildet sein oder werden, wobei diese Gruppe aufweisen kann: Metalle, Metalllegierungen, Keramiken, Polymere, Halbleitersubstrate und/oder jede Verbindung dieser Materialien. Die energiedispersiven Röntgendetektoren, die nebeneinander in einem Array angeordnet sein können, können mehr als drei Röntgendetektoren sein, d. h. zum Beispiel eine Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren, wobei die Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aus mindestens einem der folgenden Materialien gebildet sein kann oder gebildet werden kann: Cadmium, Tellur, Zink, Germanium, Lithium und/oder dotiertes Silizium. Die Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren kann beispielsweise mindestens einen oder mehrere der folgenden energiedispersiven Röntgendetektortypen aufweisen: einen CdTe-Detektor, einen CdZnTe-Detektor, ein Si(Li)-Detektor, Ge(Li)-Detektoren, HP-Ge-Detektor, einen Si-Pin-Detektor und/oder einen Siliziumdriftdetektor-Detektor (SDD-Detektor).
  • Die verwendeten energiedispersiven Röntgendetektoren sind Röntgendetektoren, welche die Energie jedes eintreffenden Röntgenphotons messen können, wodurch es ermöglicht werden kann, das Energiespektrum der durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlung zumindest teilweise zu erfassen, wobei der erfassbare Spektralbereich von dem verwendeten energiedispersiven Röntgendetektor abhängt. Wird ein Röntgenphoton im sensitiven Bereich des Detektors absorbiert, so können dort beispielsweise Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, deren Anzahl proportional zur Energie des jeweiligen Röntgenphotons sein kann. Aufgrund intrinsischer statistischer Effekte innerhalb des Röntgendetektors und dem permanent vorhandenen elektronischen Rauschen (Grundrauschen) in elektronischen Messvorrichtungen kann es zu einer Verbreiterung der natürlichen Linienbreite kommen, weshalb einige der Röntgendetektorarten gekühlt werden müssen damit die Linienverbreiterung vermindert werden kann, zum Beispiel mit flüssigem Stickstoff oder thermoelektrisch. Derzeitige konventionelle Röntgendetektoren können eine typische Energieauflösung aufweisen, die in einem Bereich von ungefähr 100 eV bis zu ungefähr 150 eV liegt. Darüber hinaus können die energiedispersiven Röntgendetektoren sensitiv für einen bestimmten Spektralbereich sein. Dieser Spektralbereich kann in einem Bereich liegen von ungefähr 1 eV bis zu ungefähr 1000 keV. Der mindestens eine oder die mehreren energiedispersiven Röntgendetektoren des Flächendetektors können derart eingerichtet sein oder werden, so dass der Spektralbereich, den sie erfassen können, sich für das Erfassen der durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahien eignen kann, d. h. dass der energiedispersive Flächendetektor (gebildet aus eine Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren die in einem Array angeordnet auf einem Träger aufgebracht sein können), die durch den Körper hindurchgetretene Röntgenstrahlung erfassen kann, welche in Abhängigkeit von der eingestrahlten Röntgenstrahlung der Röntgenquelle und der mittels Transmission durch den Körper hindurch Intensitäts-veränderte Röntgenstrahlung gebildet werden kann.
  • Die auf dem Träger aufgebrachten energiedispersiven Röntgendetektoren, z. B. eine Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren, können jeweils derart gebildet sein oder werden, dass ihre Grundfläche mindestens eine aus der folgenden Gruppe von geometrischen Formen aufweisen können, wobei diese Gruppe aufweisen kann. rund, dreieckig rechteckig, quadratisch, oval, elliptisch, sternförmig und/oder jede andere beliebige polygonale geometrische Form. Die energiedispersiven Röntgendetektoren können jeweils eine erste Seite, eine zweite Seite und mindestens eine Seitenwand (in Abhängigkeit von der Grundfläche des jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektors) aufweisen. Die erste Seite wird auch als eine Vorderseite des mindestens einen energiedispersiven Röntgendetektors bezeichnet, wobei die beiden Begriffe, erste Seite und Vorderseite, hierin synonym verwendet werden. Die zweite Seite wird auch als eine Rückseite des mindestens einen energiedispersiven Röntgendetektors bezeichnet, wobei die beiden Begriffe, zweite Seite und Rückseite, hierin synonym verwendet werden. Die erste Seite kann einer ersten Richtung zugewandt sein und die zweite Seite kann einer zweiten Richtung zugewandt sein, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sein können. Die mindestens eine Seitenwand des mindestens einen energiedispersiven Röntgendetektors kann sich zwischen den beiden Seiten, Vorderseite und Rückseite, erstrecken. Die Vorderseite kann eine Seite sein, die in Richtung der durch den Körper hindurchgestrahlten Röntgenstrahlen hin orientiert ist, d. h. diese Seite kann derart ausgerichtet sein oder werden, so dass die, durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen darauf auftreffen können. Mit anderen Worten, die eintreffenden Röntgenstrahlen können ungehindert von der Vorderseite her in den energiedispersiven Röntgendetektor eindringen und dort erfasst werden. Die Rückseite des energiedispersiven Röntgendetektors kann eine Seite sein, die derart ausgerichtet sein oder werden kann, so dass diese Seite auf oder über dem Träger aufgebracht sein kann, d. h. die Rückseite kann auf dem Träger aufgebracht sein oder werden und sie kann mit dem Träger verbunden oder gekoppelt sein oder werden, beispielsweise kann sie befestigt sein oder werden mittels Klebens, mittels Adhäsion und/oder Kohäsion oder mittels mechanischem Befestigen (wie z. B. mittels Schrauben, Klemmen oder dergleichen). Die Rückseite kann deshalb derart eingerichtet sein oder werden, so dass diese Seite keine Röntgenstrahlung erfassen kann. Die Rückseite kann derart eingerichtet sein oder werden, dass diese Seite elektrisch leitfähige Strukturen aufweist, welche die, von der Vorderseite des energiedispersiven Röntgendetektors erfassten Röntgenquanten (bzw. Röntgenphotonen), die innerhalb des energiedispersiven Röntgendetektors in ein elektrisches Signal umgewandelt werden können, als ein elektrisches Signal (bzw. als einen elektrischen Impuls) weiterleiten können, beispielsweise an eine anschließende Auswerteeinheit.
  • Die Vielzahl energiedispersiver Röntgendetektoren kann derart eingerichtet sein oder werden, dass jeder der Detektoren zumindest teilweise einen Spektralbereich aus dem empfangenen Röntgenspektrum erfassen kann, nachdem die eingestrahlte Röntgenstrahlung durch den zu durchstrahlenden Körper hindurch transmittiert ist, wobei dieser Spektralbereich entweder teilweise oder aber auch den gesamten (oder das vollständige) gemessenen Spektralbereich (bzw. das gesamte gemessene Röntgenspektrum) erfassen kann.
  • In einem erfassten Röntgenspektrum können unter Verwendung einer graphischen Darstellung der empfangenen elektronischen Daten, die mittels einer Speichereinheit zwischengespeichert werden können und anschließend weiterverarbeitet werden können, die erfassten elektrischen Signale (d. h. die elektrischen Impulse die in Intensitätswerte konvertiert werden können) der energiedispersiven Röntgendetektoren in einem Diagramm dargestellt werden, welches auf einem kartesischen Koordinatensystem basieren kann, wobei in diesem kartesischen Koordinatensystem die x-Achse des Diagramms die gemessene Energie repräsentieren kann und die y-Achse des Diagramms die Intensitäten der gemessenen Röntgenquanten. Dieses ermittelte Diagramm kann das erfasste Röntgenspektrum darstellen. Die Röntgenspektren jedes Pixels können jedoch auch digital, d. h. z. B. als Tabelle oder Datenbank gespeichert werden. Ebenso ist ein Detektor und eine Auswertung mit bzw. in Polarkoordinaten möglich.
  • Jeder energiedispersive Röntgendetektor der auf dem Flächendetektor in einem Array aufgebrachten Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren kann voneinander elektrisch isoliert sein, d. h. dass zwischen den einzelnen energiedispersiven Röntgendetektoren keine elektrische Leitfähigkeit gegeben sein kann. Hierdurch können die jeweils unabhängig voneinander erfassten Röntgenspektren der einzelnen energiedispersiven Röntgendetektoren der in einem Array auf dem Flächendetektor aufgebrachten Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren zusätzlich, aufgrund ihrer Anordnung auf dem Flächendetektor in einer Array-Struktur, eine zusätzliche Positionsinformation (bzw. Ortsinformation) des jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektors bereitstellen. Mit anderen Worten, jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren, die in Form einer Array-Struktur auf dem Flächendetektor aufgebracht sein kann, kann es neben der Option mindestens teilweise einen Spektralbereich der durch den Körper hindurch transmittierten Röntgenstrahlung zu erfassen auch ermöglichen, dass die Position (bzw. der Ort) des jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektors der Vielzahl von Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor bereitgestellt werden kann, d. h. dass die Position (bzw. der Ort) eines jeden energiedispersiven Röntgendetektors der Vielzahl von Röntgendetektoren in dem Flächendetektor aufgrund der Anordnung in einem definierten Array bekannt sein kann, d. h. jedem gemessenen Röntgenspektrum wird die Koordinate des energiedispersiven Einzeldetektors (Pixel) im Array zugeordnet.
  • Jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor kann derart gebildet werden oder sein, so dass jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren mindestens eine der folgenden beispielhaften geometrischen Körperform aufweisen kann, wie z. B. ein Quader, ein Würfel, ein Zylinder, ein Prisma und dergleichen. Darüber hinaus kann die Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor derart gebildet sein oder werden, so dass jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor mindestens eine Dicke aufweisen kann, die sich zwischen der ersten Seite des jeweiligen Röntgendetektors und der zweiten Seite des jeweiligen Röntgendetektors erstrecken kann, wobei diese Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,01 μm bis zu ungefähr 1,00 mm liegen kann.
  • Die Vielzahl von Röntgendetektoren, die auf oder über dem Flächendetektor aufgebracht sein oder werden kann, kann derart gebildet sein oder werden, so dass jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor eine Grundfläche aufweisen, welche eine Dimension aufweisen kann, die in einem Bereich von ungefähr 0,01 μm2 bis zu ungefähr 1,00 mm2 liegen kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Vielzahl von Röntgendetektoren, aufgebracht auf dem Flächendetektor in Form einer Array-Struktur, derart eingerichtet sein kann, so dass in Abhängigkeit von dem räumlichen Auflösungsvermögen (mit anderen Worten, dass jeder Röntgendetektor imstande sein kann eine ausreichende Anzahl von Röntgenquanten zu erfassen um damit ein elektrisches Signal generieren zu können) jedes energiedispersiven Röntgendetektors der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor von der gewünschten räumlichen Auflösung der anschließenden Materialzuordnung in der Radiographie abhängen kann. Darüber hinaus kann die Vielzahl von Röntgendetektoren, die auf oder über dem Flächendetektor aufgebracht sein oder werden kann, derart eingerichtet sein oder werden, so dass jeder der energiedispersiven Röntgendetektoren der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren auf dem Flächendetektor voneinander elektrisch isoliert sind, damit die einzelnen Röntgenspektren unabhängig voneinander erfasst werden können.
  • In dem Verfahren 100 kann die durch den Körper hindurchgetretene Röntgenstrahlung mittels des Flächendetektors als eine Vielzahl von ortsaufgelösten Einzelröntgenspektren erfasst werden, aufgrund der Vielzahl von in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren, und diese können jeweils in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Die einzelnen energiedispersiven Röntgendetektoren entsprechen Pixeln oder Bildpunkten. Jedes der Pixel kann jeweils eine Positionsinformation aufweisen, da jedem Pixel innerhalb des Arrays ein Koordinatentupel (x, y) zugeordnet sein oder werden kann. Diese Vielzahl von gemessenen Röntgenspektren kann dann bei Schritt 130 elektronisch gespeichert werden, wie zum Beispiel auf einem elektronischen, optischen oder magnetischen Datenspeicher oder Speichermedium. Der Datenspeicher oder Speichermedium kann ein elektronischer Halbleiterspeicher (z. B. (M, S, D, F)-RAM oder (P, E, EE, Flash-EE)-ROM Speichermedien) sein, eine Speicherkarte, ein Flash-Speicher, ein USB-Stick, ein Solid State Drive, eine Festplatte, eine Diskette, eine Wechselplatte, ein Holografischer Speicher, ein optisches Band, eine Compact-Disc, eine Digital-Versatile-Disc, eine MO-Disc oder dergleichen.
  • Das Speichern der Vielzahl von gemessenen Röntgenspektren bei Schritt 130 kann dabei beispielsweise unter Verwendung eines Rechners durchgeführt werden, so dass die anschließenden Prozesse, wie beispielweise das Ermitteln von energiespezifischen Intensitätswerten aus den jeweiligen Röntgenspektren und das Ermitteln von Schwächungskoeffizienten bzw. Funktionen von Schwächungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Energie mittels der ermittelten energiespezifischen Intensitätswerte aus den jeweiligen Röntgenspektren gemäß den weiter unten beschriebenen Prozessen, mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden können.
  • In 140 können mittels der zwischengespeicherten Vielzahl von gemessenen Röntgenspektren mindestens ein jeweiliger Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden. Mit anderen Worten, aus jedem der gemessenen Röntgenspektren kann mindestens ein Intensitätswert oder auch mehrere Intensitätswerte ermittelt werden, wobei der eine oder die mehreren Intensitätswerte in Abhängigkeit von der entsprechenden (bzw. zugeordneten) Energie oder den mehreren entsprechenden (bzw. zugeordneten) Energien bei der oder denen der eine oder die mehreren Intensitätswerte aus dem jeweils zwischengespeicherten gemessenen Röntgenspektrum ermittelt werden kann/können.
  • Im Anschluss kann in 150 entweder im Fall einer Radiographie mindestens ein energiespezifischer Schwächungskoeffizient μ unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswertes eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden oder im Fall einer Röntgenbeugungsaufnahme kann mindestens eine Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden.
  • Das Verfahren 100 kann entweder zusätzlich oder kombiniert für Radiographien und/oder auch für Röntgenbeugung eingesetzt werden. Mittels der Röntgenbeugung können kristallographische bzw. strukturelle Information eines mittels Röntgenstrahlen durchleuchteten Körpers geliefert werden. Röntgenbeugung, auch als Röntgendiffraktion bezeichnet, nutzt die Beugung von Röntgenstrahlung an geordneten Strukturen wie Kristallen oder Quasikristallen. Grundsätzlich können Röntgenstrahlen die gleichen Beugungserscheinungen wie Licht und alle anderen elektromagnetischen wellen zeigen. Die Röntgenbeugung kann beispielsweise in der Materialphysik, der Kristallographie, der Chemie und der Biochemie eingesetzt werden, so dass Strukturen von beispielsweise Kristallen untersucht werden können. Darüber hinaus können Ergebnisse der Röntgenstreuung beispielsweise bei der Strukturanalyse von DNS eingesetzt werden.
  • Die Beugung (auch Diffraktion genannt, beschreibt die Ablenkung von Wellen an einem Hindernis) von Röntgenstrahlen kann auftreten, wenn der Abstand der Gitterlinien des Beugungsgitters in der Größenordnung der Wellenlänge der auftreffenden elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlen) liegt. Die Wellenlänge von Röntgenstrahlen liegt, wie oben beschrieben, in einem Bereich von ungefähr 10–8 bis 10–12 m, wobei dieser Wellenlängenbereich zum Abstand der Atome in Kristallen beugungsfähig ist. Daher wirken diese auf das Röntgenlicht wie ein dreidimensionales Beugungsgitter. Dabei kann die Röntgenstrahlung an den Elektronenhüllen der mittels Röntgenstrahlung bestrahlten Atome gebeugt werden, wobei die von den einzelnen Atomen ausgehenden gebeugten Wellen miteinander interferieren können, d. h. dass sich mindestens zwei Wellen oder mehreren Wellen nach dem Superpositionsprinzip überlagern. In Abhängigkeit vom Abstand der Atome untereinander können sich für die gebeugten Wellen unterschiedliche Gangunterschiede (Wegdifferenz zweier oder mehrerer kohärenter Wellen) ergeben. Aufgrund dieser unterschiedlichen Weglängen kann es zu einer sogenannten Konstruktiven Interferenz oder einer destruktiven Interferenz kommen, wobei es vom Abstand der Atome untereinander abhängt, ob es unter einem festen Winkel zu konstruktiver oder destruktiver Interferenz kommt. Da Kristalle aus dreidimensionalen und periodisch angeordneten Struktureinheiten bestehen können, kann eine konstruktive Interferenz nur für ganz bestimmte Winkel auftreten. Diese Winkel lassen sich mittels der unten beschriebenen Bragg-Gleichung in Beziehung zu dem Abstand bestimmter Netzebenen des Kristalls setzen. n·λ = 2·d·sin(θ), (10) wobei λ die Wellenlänge des monochromatischen Röntgenstrahls mit dem man die Probe bestrahlt repräsentiert, d den Abstand der Netzebenen, θ den Winkel zur Netzebene, unter dem die Strahlung auftrifft und n die Beugungsordnung. Die Gleichung beschreibt die Bedingungen für eine konstruktive Interferenz und die notwendige Bedingung für die Röntgenbeugung ist die Mosaikstruktur des Kristalls.
  • Alternativ zur Bragg-Bedingung kann die von Laue-Bedingung verwendet werden, wobei in der Laue-Bedingung nicht die Streuung an Netzebenen betrachtet wird, sondern die Streuung an einzelnen mikroskopischen Objekten (z. B. Atomen).
  • Es versteht sich, dass auch mehrere (z. B. eine Vielzahl) Schwächungskoeffizienten μi (i ist ein Index bezüglich der Anzahl der zu ermittelnden Schwächungskoeffizienten) ermittelt werden können, in Abhängigkeit von der Anzahl der zuvor ermittelten Intensitätswerte aus dem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum der Vielzahl von gemessenen Röntgenspektren.
  • Für das Ermitteln des mindestens einen Schwächungskoeffizienten μ kann die Gleichung (1) folgendermaßen umgestellt werden;
    Figure DE102013114497A1_0006
    wobei für den Fall, dass ein Untersuchungsobjekt aus einem Gemisch oder einer Verbindung gebildet ist, kann die Gleichung (8) in Gleichung (9) eingesetzt werden, so dass die einzelnen Anteile an unterschiedlichen Materialien in dem Gemisch des Untersuchungsobjekts berücksichtigt werden können.
  • Da von einem Untersuchungsobjekt bei gleicher Aufnahmegeometrie (d. h. der Röntgenstrahl durchläuft immer die gleiche Wegstrecke im Körper oder anders ausgedrückt der Körper wird ohne bewegt zu werden immer aus der gleichen Richtung an einer Position von den Röntgenstrahlen durchlaufen) mittels Rekonstruktion eine Serie von quasimonochromatischen Einzelaufnahmen berechnet werden kann, ist dann bezogen auf eines der Pixel (bzw. Bildpunkt) die Objektdicke in allen rekonstruierten Aufnahmen i gleich, was bedeutet dass dann gilt d1 = d2 = d3 = d4 = d5 = ..., d. h. di = konstant, wobei i Element der natürlichen Zahl ist. Der Begriff Rekonstruktion kann dabei so verstanden werden, dass dabei aus den einzelnen Aufnahmen der Röntgenspektren der jeweiligen Röntgendetektoren (Pixel) nach festgelegten Kriterien eine synthetische Gesamtaufnahme oder einem Bild zusammengesetzt werden kann. Für den Fall, dass die Probe aus einem Materialgemisch besteht, kann die Gleichung (8) in Gleichung (9) eingesetzt werden zum Aufstellen eines Lösungssystems. Die quasimonochromatischen Radiographien können dadurch erzeugt werden, dass bei der Rekonstruktion jeweils nur ein Intensitätswert bei einer bestimmten Energie betrachtet wird. Die Rekonstruktion der Aufnahmen durch das Auswerten der Röntgenspektren der jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektoren kann z. B. mittels eines Rechners durchgeführt werden und wird weiter unten noch im Detail beschrieben.
  • Da bei der Rekonstruktion der Aufnahmen die Objektdicke für alle Aufnahmen in einem Pixel gleich ist, kann unter Verwendung der Gleichung (9) ein Gleichungssystem aufgestellt werden, wobei zu dessen Lösung zusätzlich Randbedingungen erforderlich sein können oder es kann mit einer Standardprobe gearbeitet werden, da das Gleichungssystem eine Variable (bzw. Unbekannte) mehr aufweisen kann als Gleichungen zur Lösung bereitgestellt sein können.
  • Die sogenannte Primärintensität I0 kann mittels eines einzelnen. Pixels oder mehreren Pixeln (auch als kleines Feld bezeichnet, welches innerhalb des Flächendetektors aus einem oder mehreren Pixeln gebildet sein oder werden kann) gemessen werden, dass frei gehalten werden kann, d. h. das Objekt wird in diesem kleinen Feld nicht abgebildet. Dieses kleine Feld kann sich zum Beispiel am Rand des Flächendetektors befinden oder an jedem beliebigen Ort auf dem Flächendetektor, an dem keine Röntgenstrahlung auftrifft, die zuvor durch den Körper hindurchgetreten ist, so dass dort die von der Röntgenquelle ausgesendete Röntgenstrahlung, von der kleinen Fläche (d. h. von mindestens einem der Pixel oder mehreren Pixeln des Flächendetektors) ungehindert, d. h. ohne Abschwächung aufgrund von Durchstrahlung eines Körpers, erfasst werden kann und die Primärintensität I0 messen kann. Bei Sättigung der energiedispersiven Röntgendetektoren, welche die Primärintensität I0 messen sollen (sprich dem kleinen Feld), kann beispielsweise unter Verwendung eines treppenförmigen oder keilförmigen Prüfkörpers die Primärintensität I0 bestimmt werden, wobei die Abschwächungseigenschaften (d. h. die Eigenschaften des Materials, wie beispielsweise die Dicke d und der Schwächungskoeffizient μ) des Prüfkörpers vorher bekannt sein müssen, so dass sich diese definierte Abschwächung aus dem, vom energiedispersiven Röntgendetektor empfangenen Signal herausrechnen lassen kann. Dabei bezeichnet man mit der Sättigung des Röntgendetektors den Punkt, an dem die eintreffenden Röntgenphotonen aufgrund der Röntgendetektoreigenschaften nicht mehr einzeln erfasst werden können, d. h. es treffen auf dem energiedispersiven Röntgendetektor mehr Röntgenphotonen auf, als von diesem in elektronische Impulse transformiert werden können. Die sogenannte Sekundärintensität I repräsentiert die von der Röntgenquelle durch ein Untersuchungsobjekt hindurchgetretene Röntgenstrahlung und welche anschließend von mindestens einem der energiedispersiven Röntgendetektoren der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren erfasst wird, d. h. die gemessene Intensität im jeweils betrachteten Pixel des abgebildeten Objekts. Wie oben beschrieben kann der Schwächungskoeffizient μ bei der Radiographie im Wesentlichen von dem Photoabsorptionskoeffizienten τ(E) abhängen, wobei der Photoabsorptionskoeffizienten τ(E) wiederum abhängig ist von der Energie E der eingestrahlten Röntgenstrahlung, der durchschnittlichen Ordnungszahl (auch als Kernladungszahl bezeichnet) Z und der durchschnittlichen Dichte ρ. Außerdem gilt wie oben beschrieben in Gleichung (4) die folgende Proportionalität τ(E) ~ Z4·ρ/E3. Aus Gleichung (4) ergibt sich weiterhin, dass die Absorption für kleine Ordnungszahlen und hohe Energien sehr klein sein kann, was wiederum beschreibt, weshalb leichte Elemente (z. B. Elemente aus der ersten und zweiten Periode im Periodensystem, wie beispielsweise die Elemente Wasserstoff, Helium, Lithium und Beryllium schlechter erfasst werden können als schwerere Elemente (d. h. Elemente der höheren Perioden bzw. mit höherer Ordnungszahl), beziehungsweise dass bei geringeren Energien der Photoabsorptionskoeffizient ansteigen kann. Diese Elemente kommen aber in der Praxis zumeist nicht elementar, sondern als Verbindung vor und da wird mit einer durchschnittlichen Ordnungszahl gerechnet.
  • Da von den vielen Materialien der Schwächungskoeffizient μ in Abhängigkeit der Röntgenenergie nicht bekannt ist, kann es erforderlich sein den Schwächungskoeffizient μ oder eine Schwächungskoeffizientenkennlinie μi, d. h. eine Kennlinie von Schwächungskoeffizienten μi, welche bei verschiedenen Röntgenenergien ermittelt werden kann, für diese Materialien zu bestimmen, so dass der jeweils experimentell ermittelte Schwächungskoeffizient μ oder die jeweils experimentell ermittelte Schwächungskoeffizientenkennlinie μi in einer Stoffdatenbank abgelegt werden kann und mit darauf bezogenen Werten weitergearbeitet werden kann. Diese gespeicherte Stoffdatenbank kann zum Vergleichen, z. B. mittels eines Rechners, von mittels des Verfahren 100 erfassten Röntgenspektren verwendet werden, so dass beim Auswerten zusätzlich zu einer Radiographie die in dem Körper enthaltenen Materialien zugeordnet werden können, d. h. es können Materialien identifiziert und der Radiographie mittels Fehlfarben und einer den Fehlfarben zugeordneten Legende dieser Fehlfahren hinzugefügt werden.
  • Für jedes gemessene Material wird in der Stoffdatenbank eine Schwächungskoeffizientenkennlinie μ (die einer „Kurve” μ der Materialkennziffer entsprechen können, wobei die Materialkennziffer die Ordnungszahl Z, die Dichte ρ beziehungsweise „μ·d” und gegebenenfalls weitere materialabhängige Parameter berücksichtigen kann) bezogen auf die Energie gespeichert. Im Falle einer realen Aufnahme einer unbekannten Substanz (oder unbekannten Material) kann anschließend pixelweise diese experimentell ermittelte Kurve μi mit den Kurven, d. h. mindestens mit einer in der Stoffdatenbank gespeicherten Schwächungskoeffizientenkennlinie oder mit mehreren in der Stoffdatenbank gespeicherten Schwächungskoeffizientenkennlinien, beziehungsweise ebenso mit allen in der Stoffdatenbank gespeicherten Schwächungskoeffizientenkennlinien, verglichen werden. Im Idealfall kann eine Übereinstimmung der gemessenen Kurve mit einer gespeicherten Kurve festgestellt werden, wenn das gesuchte Material in der Stoffdatenbank in Form einer Schwächungskoeffizientenlinie vorliegt, wobei dabei die Materialdichte ρ übereinstimmen sollte. Da quasimonochromatische Radiographien rekonstruiert und ausgewertet werden, kann ein Einfluss der Strahlaufhärtung vermieden werden. Im Falle, dass der Verdichtungsgrad nicht gleich wäre, könnten die beiden zu dem Vergleich herangezogenen Kurven annähernd parallel oder gleich zueinander verlaufen. Beziehungsweise kann es sein, dass die real durchstrahlte Objektdicke in einem Schüttgut kleiner ist als in einem massiven Körper, was aber mittels des aufgestellten Gleichungssystems bei dem die Objektdicke eliminiert werden kann ausgeglichen werden kann. Im Realfall kann es aber sein, dass nur eine prozentuale Übereinstimmung festgestellt werden kann, d. h. der Wahrscheinlichkeit, mit dem der unbekannte Stoff mit dem Stoff in der Stoffdatenbank bezüglich seiner Kurve übereinstimmt. Kann keine Übereinstimmung mit akzeptabler Wahrscheinlichkeit feststellt werden, kann eine Materialkennziffer aus Ordnungszahl Z und Dichte ρ als Ergebnis ausgegeben werden. Diese Prozedur kann für jedes der Pixel für das untersuchte Objekt wiederholt werden. Jeder identifizierte Stoff und jede identifizierte Materialkennziffer können in jedem Pixel mit einer Fehlfarbe zugeordnet werden. Aus diesen Fehlfarben und/oder den Pixeln kann dann ein Bild (bzw. eine Radiographie) rekonstruiert werden, wobei für dieses Bild zusätzlich eine Legende bzw. Ergebnisliste erstellt werden kann.
  • Es versteht sich, dass im Falle einer Änderung, wie beispielweise ein Austausch der Röntgenröhre bzw. des Flächendetektor, an der für das Verfahren 100 verwendeten Vorrichtung eine Kalibrierung der Stoffdatenbank erforderlich sein kann.
  • Das heißt mit anderen Worten, dass für jedes Pixel mit Hilfe des erwähnten Gleichungssystems die Kurve für die Materialkennziffer in Abhängigkeit von der Energie neu berechnet bzw. experimentell bestimmt werden kann. Die Stoffdatenbank kann dabei die Funktion einer Eichung und daher die fehlende Gleichung im Gleichungssystem für die Schwächungskoeffizienten ersetzen.
  • Dabei kann unter Verwendung der Stoffdatenbank in einer Ausführungsform auf die Bestimmung von I0 verzichtet werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren 100 auch dann angewendet werden, wenn beispielsweis mehrere Radiographien mit unterschiedlichen Belichtungszeiten gebildet werden und darüber hinaus können auch bei hintereinander liegenden Objekten die enthaltenen Materialien identifiziert werden, d. h. Objekte die hintereinander mittels Röntgenstrahlung durchstrahlt werden können und dabei mit dem Verfahren 100 bezüglich ihrer Materialien untersucht und zugeordnet werden sollen. Um die Sensitivität bezüglich der Radiographie, Beugung und/oder Spektroskopie erhöhen zu können, können die Messwerte ignoriert werden, welche in der Nähe eines Grundrauschens des jeweiligen Röntgendetektors oder einer Sättigung des jeweiligen Röntgendetektors liegen.
  • Da eine präzise spektroskopische Analyse (zum Zuordnen von in dem durchstrahlten Körper enthaltenen Materialien) nur mit Radiographien, die mittels monochromatischer Röntgenstrahlung erzeugt worden sind, möglich ist, können in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Radiographien vom Untersuchungsobjekt mit einem geeigneten energiedispersiven Flächendetektor angefertigt werden, wobei dieser energiedispersive Flächendetektor in einem für Radiographien erforderlichen Energiebereich der Röntgenstrahlung sensibel sein kann. Eine beispielhafte Ausführungsform kann ein energiedispersiver Flächendetektor auf der Basis eines CdTe-Röntgendetektors. Es versteht sich, dass auch jeder andere energiedispersive Röntgendetektor verwendet werden kann, wie beispielsweise einer der weiter oben beschriebenen Gruppe von energiedispersiven Röntgendetektortypen. Mit Hilfe eines solchen energiedispersiven Röntgendetektorarrays mit einer Vielzahl von Pixeln (beispielsweise mit einer Anzahl von mehr als hunderten, tausend oder von mehreren Millionen von Pixeln) wird in jedem Pixel im Gegensatz zur konventionellen Radiographie, wo die integrale Intensität gemessen und gespeichert wird, das gesamte Röntgenstrahlungsspektrum erfasst. Dieses Röntgenstrahlungsspektrum kann für jedes Pixel digital gespeichert werden. Das digitale Speichern kann in Form einer Tabelle oder Datenbank erfolgen (bzw. durchgeführt werden), in der für jede messbare Energiehöhe die entsprechende gemessene Intensität gespeichert werden kann. Die Energieauflösung kann dabei einige Dutzend Elektronenvolt betragen und kann durch die Energieauflösung des Detektors bestimmt sein oder werden.
  • Aus diesen Messwerten kann nun jeweils eine quasimonochromatische Radiographie pixelweise rekonstruiert werden (bzw. kann zusammengesetzt werden aus den gemessenen Einzelspektren der Vielzahl von Röntgendetektoren). Beispielsweise kann eine quasimonochromatische Radiographie bei einer Beschleunigungsspannung von 100 kV folgendermaßen rekonstruiert werden: Aus der gemessenen „Tabelle” des Strahlungsverlaufes im Pixel mit den Koordinaten (1, 1) kann die dementsprechende gemessene Intensität bei einer Beschleunigungsspannung von 100 kV ermittelt werden und anschließend kann diese Intensität in das zu rekonstruierende Bild übertragen werden. Dies kann sukzessive für alle anderen Pixel solange wiederholt werden, bis aus allen Pixeln ein bei einer Beschleunigungsspannung von 100 kV ermittelter Intensitätswert bereitgestellt sein kann. Es versteht sich dass die beliebig gewählten 100 kV lediglich ein Beispiel beschreiben und auch jede andere Energie der gemessenen Röntgenspektren verwendet werden kann. Da der gemessene Strahlungsverlauf, verursacht durch die Bremsstrahlung der Röntgenröhre, über einen weiten Energiebereich verläuft, können aus mindestens einer einzigen bzw. mehreren Röntgenaufnahmen) eine Vielzahl von quasimonochromatischen Röntgenaufnahmen gemäß Verfahren 100 rekonstruiert werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der energiedispersive Flächendetektor (auch als Röntgenflachdetektor) mittels eines bewegten energiedispersiven Punktröntgendetektor oder eines energiedispersiven Liniendetektors ersetzt werden. Beispielsweise kann dabei ein energiedispersiver Punktröntgendetektor derart eingerichtet sein oder werden, so dass der energiedispersive Punktröntgendetektor schrittweise für jedes Pixel in einer zuvor festgelegten Ebene, die hinter dem Körper liegt, d. h. welche der Seite des Körpers zugewandt ist, die von der Röntgenquelle abgewandt ist, in seiner Position innerhalb der festgelegten Ebene verändert wird. Der energiedispersive Punktröntgendetektor kann dabei jeweils in einer ersten Richtung, die in der Ebene liegt und/oder in einer zweiten Richtung, die in der Ebene liegt, schrittweise weiter bewegt werden, z. B. mittels eines x-y-Manipulators (bzw. mittels einer Vorrichtung zum Verschieben des Detektors innerhalb einer Ebene in x-Richtung und in y-Richtung, welche die Ebene aufspannen bzw. definieren gemäß einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems). Dabei kann der energiedispersive Punktröntgendetektor mittels Erfassen einer Vielzahl von einzelnen Röntgenaufnahmen an verschiedenen Positionen innerhalb der zuvor festgelegten Ebene einen wie oben beschriebenen Flächendetektor mit einer in einem Array angeordneten Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren simulieren oder ersetzen, da die so erfasste Vielzahl von Röntgenspektren und Röntgenaufnahmen im Anschluss an das Erfassen zu einer vollständigen Radiographie des durchstrahlten Körpers zusammengesetzt werden kann. Analog kann mit einem energiedispersiven Liniendetektor, der aus einer Vielzahl von linear übereinander oder nebeneinander angeordneten Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren gebildet sein oder werden kann, der in einer Richtung, die innerhalb einer zuvor festgelegten Ebene, die hinter dem Körper liegt, d. h. welche der Seite des Körpers zugewandt ist, die von der Röntgenquelle abgewandt ist, derart bewegt werden kann, so dass nach jedem Bewegen um eine zuvor festgelegte Distanz von der vorhergegangenen Position eine Röntgenaufnahme erfasst werden kann. Mittels einer anschließenden Rekonstruktion dieser Einzelaufnahmen kann eine vollständige Radiographie des durchstrahlten Körpers und/oder eine Spektroskopie der in dem durchstrahlten Körper enthaltenen Materialien zusammengesetzt werden, so dass ein solcher energiedispersiver Liniendetektor den oben beschriebenen energiedispersiven Flächendetektor simulieren oder ersetzen kann.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann zum Erfassen einer zweidimensionalen Radiographie des mittels Röntgenstrahlen zu durchstrahlende Körper aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen durchstrahlt werden, wobei diese Durchstrahlungsrichtungen senkrecht zueinander verlaufen können, d. h. jede der beiden Durchstrahlungsrichtung weist zu der jeweils anderen Durchstrahlungsrichtung jeweils einen Winkel von ungefähr 90° auf. Damit kann es ermöglicht werden zusätzlich in einer solchen Radiographie den Schwächungskoeffizienten beispielsweise in Bezug auf die Breite und die Höhe des jeweils durchstrahlten Körpers zu ermitteln, wodurch eine zweidimensionale Radiographie mit einer zweidimensionalen ortsaufgelösten Materialzuordnung ermöglicht werden kann. Andere Winkel sind möglich, wenn diese genau bekannt und rechnerisch berücksichtigt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann zum Erfassen einer dreidimensionalen Radiographie des mittels Röntgenstrahlen zu durchstrahlende Körper aus mindestens drei verschiedenen Richtungen durchstrahlt werden, wobei diese Durchstrahlungsrichtungen senkrecht zueinander verlaufen können, d. h. jede der Durchstrahlungsrichtung weist zu den anderen beiden Durchstrahlungsrichtungen jeweils einen Winkel von ungefähr 90° auf. Damit kann es ermöglicht werden zusätzlich in einer solchen Radiographie den Schwächungskoeffizienten in Bezug auf die Breite, die Höhe und die Tiefe des Körpers zu ermitteln, wodurch eine dreidimensionale Radiographie mit einer dreidimensionalen ortsaufgelösten Materialzuordnung ermöglicht werden kann.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 unter Berücksichtigung der Primärintensität I0 durchgeführt oder es kann auf eine Berücksichtigung der Primärintensität I0 verzichtet werden. Die Primärintensität I0 kann berücksichtigt werden (d. h. sie kann bei den Messungen jeweils mit erfasst werden), wenn beispielsweise eine neue Röntgenquelle eingesetzt wurde, die Röntgenquelle eine signifikante Abweichung in der Primärintensität I0 aufweist oder die Primärintensität I0 unterliegt signifikanten Schwankungen. Auf ein jeweiliges Erfassen kann verzichtet werden, falls die Röntgenquelle eine konstante Primärintensität I0 bereitstellen kann und diese bereits erfasst worden ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 die Kombination von Radiographie, Spektroskopie und/oder Röntgenbeugung derart bereitstellen, so dass diese Diagnoseverfahren geeignet sein können Substanzen genauer untersuchen zu können. Zum Beispiel kann zusätzlich zu einer ortsaufgelösten Radiographie mit einer ortsaufgelösten spektroskopischen Auswertung, welche eine ortsaufgelöste Zuordnung der Materialien bereitstellen kann, die in dem Untersuchungsobjekt enthalten sein können, eine Röntgenbeugung eines monochromatischen Röntgenstrahls in dem zu untersuchenden Körper (oder Substanz) derart bereitstellen, so dass zusätzliche Informationen über den kristallographischen Aufbau des untersuchten Körpers erzielt werden können.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 ferner derart ausgeführt werden, dass die spektroskopische Auswertung mit dem oben beschriebenen Gleichungssystem (siehe Gleichung (8)) und/oder mit Hilfe eines jeweiligen Vergleichs der ermittelten Schwächungskoeffizientenlinien μ (auch als Kurve μ bezeichnet und in der vorliegenden Offenbarung synonym verwendet), welche über der Röntgenenergie E aufgetragen beziehungsweise wie oben beschrieben mittels „μ·d” über die Röntgenenergie aufgetragen sein oder werden kann, mit in einer Stoffdatenbank zuvor gespeicherten Vielzahl von Kurven μ oder „μ·d”, welche ebenfalls jeweils über der Röntgenenergie E aufgetragen sein können.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 ferner derart ausgeführt werden, so dass zum Beispiel anschließend, die aus den pixelweisen Einzelröntgenprofilen rekonstruierte Radiographie mit der spektroskopischen Röntgenaufnahme, welche die Zuordnung der in dem Körper enthaltenen Materialien bereitstellen kann, mittels einer Lageerkennungssoftware und/oder einer Formenerkennungssoftware zusätzlich derart analysiert werden können, dass in dem durchstrahlten Körper enthaltene Gegenstände mit unterschiedlicher Dicke und aus verschiedenen Materialien erkannt und zugeordnet werden können. Beispielsweise können mit der zusätzlichen Analyse Gegenstände in einem geschlossenen Koffer erkannt und zugeordnet werden, wie es typischerweise in der Gepäckkontrolle auf Flughäfen durchgeführt wird. So kann zum Beispiel aus einem farbigen Pixelhaufen anhand von Konturen ein Objekt, das verschiedene Dicken aufweist und aus unterschiedlichen Materialien besteht, als Objekt erkannt und identifiziert werden, z. B. eine Pistole, ein Messer, ein Sprengsatz u. a., auch wenn das betreffende Objekt nur teilweise abgebildet ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der Prozessschritt 130 ferner derart durchgeführt werden, dass jedes Röntgenspektrum eines jeden energiedispersiven Röntgendetektors gespeichert werden kann. Mit anderen Worten es können alle Röntgenspektren eines jeden energiedispersiven Röntgendetektors der Vielzahl von Röntgendetektoren gespeichert werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann ferner das Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren in dem Prozess 150 derart ausgeführt werden, dass in einem zusätzlichen Prozess jeweils eine Beugungskennlinie für mehrere unterschiedliche Energiewerte ermittelt wird.
  • Da für unterschiedliche Energien die jeweiligen Beugungskennlinien ermittelt werden können, kann es damit ermöglicht werden die Beugungskennlinien in Abhängigkeit verschiedener Energien darzustellen, wodurch der Kontrast von Beugungsreflexen in Röntgenbeugungsaufnahmen dadurch erhöht werden kann, dass jeweils ein Bild rekonstruiert wird, indem aus den gemessenen Röntgenprofilen für jedes Pixel bestimmte Energien berücksichtigt werden, bei denen die Beugungsreflexe den höchsten Kontrast aufweisen im Vergleich mit den Beugungsreflexfreien Bereichen in dem rekonstruierten Bild. Damit wird der größte Teil des ungebeugten Bremsstrahlungsuntergrundes und des Reflexkontinuums bei der Bildrekonstruktion „heraus gerechnet” (d. h. eliminiert oder „herausgefiltert”).
  • In verschiedenen Ausführungsformen können ferner bei Prozess 150 im Verfahren 100 aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum mehrere Intensitätswerte ermittelt werden für unterschiedliche Energiewerte eines jeweils gemessenen Röntgenspektrums und wobei mehrere Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der ermittelten Intensitätswerte ermittelt werden können.
  • Ferner kann gemäß dem oben beschriebenen Prozess 150 im Verfahren 100 das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten μ unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei in einem optionalen, zusätzlichen Prozessschritt im Verfahren 100 aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum mehrere Intensitätswerte ermittelt werden können für unterschiedliche Energiewerte eines jeweils gemessenen Röntgenspektrums und wobei in dem optionalen, zusätzlichen Prozess mehrere Schwächungskoeffizienten μi (Index i beschreibt die Anzahl aller ermittelten Schwächungskoeffizienten, wobei i Element der natürlichen Zahlen ist) unter Verwendung der mehreren ermittelten Intensitätswerte ermittelt werden können.
  • Dabei kann es, mittels des Ermittelns von mehr als einem Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum und demgemäß mittels des Ermittelns von mehreren Schwächungskoeffizienten μi (Index i beschreibt die Anzahl aller ermittelten Schwächungskoeffizienten, wobei i Element der natürlichen Zahlen ist) unter Verwendung der mehreren ermittelten Intensitätswerte, ermöglicht werden für unterschiedliche Materialien energieabhängigen Schwächungskoeffizientenkennlinien zu erstellen. Diese energieabhängigen Schwächungskoeffizientenkennlinien können eine signifikant verbesserte Materialzuordnung in Abhängigkeit von Objektdicke d und Materialdichte ρ ermöglichen, da diese energieabhängigen Schwächungskoeffizientenkennlinien einen verbesserten Vergleich mit einer experimentell erfassten und gespeicherten Stoffdatenbank von energieabhängigen Schwächungskaeffizientenkennlinien ermöglichen im Gegensatz zu einzelnen ermittelten Schwächungskoeffizientenwerten gemäß den oben in Verfahren 100 genannten Vergleichsmöglichkeiten.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann in Verfahren 100 ferner unter Verwendung des mindestens einen ermittelten Schwächungskoeffizienten eine Materialkomponente des Körpers ermittelt werden für das Röntgenspektrum, das von einem jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor gemessen wurde.
  • Hierfür kann das Verfahren 100 ferner einen zusätzlichen Prozessschritt aufweisen, wobei dieser Prozess das Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswertes eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen kann, wobei aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum mehrere Intensitätswerte für unterschiedliche Energiewerte eines jeweils gemessenen Röntgenspektrums ermittelt werden können, wobei mehrere Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der ermittelten Intensitätswerte ermittelt werden können und wobei unter Verwendung des mindestens einen ermittelten Schwächungskoeffizienten eine Materialkomponente des Körpers ermittelt werden kann für das Röntgenspektrum, das von einem jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor gemessen wurde.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann darüber hinaus in einem zusätzlichen Prozessschritt im Verfahren 100 ferner eine Materialkomponente des Körpers ermittelt werden, indem der mindestens eine ermittelte energiespezifische Schwächungskoeffizient verglichen wird mit einer Mehrzahl von Referenz-Schwächungskoeffizienten-Kennlinien für mindestens ein Material.
  • Der zusätzliche Prozess im Verfahren 100 kann ferner das Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswertes eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren aufweisen, wobei aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum mehrere Intensitätswerte ermittelt werden können für unterschiedliche Energiewerte eine jeweils gemessenen Röntgenspektrums, wobei mehrere Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der ermittelten Intensitätswerte ermittelt werden können, wobei unter Verwendung des mindestens einen ermittelten Schwächungskoeffizienten eine Materialkomponente des Körpers ermittelt werden kann für das Röntgenspektrum, das von einem jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor gemessen wurde und wobei eine Materialkomponente des Körpers ermittelt wird, indem der mindestens eine ermittelte energiespezifische Schwächungskoeffizient verglichen wird mit einer Mehrzahl von Referenz-Schwächungskoeffizienten-Kennlinien für mindestens ein Material.
  • 2 stellt gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung 200 zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung 204 erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers 206 dar. Die Vorrichtung 200 kann aufweisen: eine Röntgenstrahlungsvorrichtung 202 zum Durchstrahlen eines Körpers mit Röntgenstrahlen 204; eine Messvorrichtung 208 zum Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper 206 hindurchgetretenen Röntgenstrahlen 208 mittels eines Flächendetektors 210, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren 212 aufweist; einen Speicher 216 zum Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren; einen Prozessor 218, eingerichtet zum Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren; und zum Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder zum Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren.
  • Die Vorrichtung 200 und deren Komponenten zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung 204 erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers 206 können derart eingerichtet sein, dass es damit ermöglicht werden kann, mindestens eines der oben beschriebenen Verfahren durchführen zu können.
  • Die Röntgenstrahlvorrichtung 202 kann derart vor einem Körper 206 angeordnet sein, so dass die von ihm abgestrahlte Röntgenstrahlung 204 auf den Körper auftreffen kann. Der Körper kann eine erste Seite aufweisen, auf welche diese Röntgenstrahlung auftreffen kann und eine zweite Seite auf der die auf den Körper eingestrahlte Röntgenstrahlung nach dem Durchstrahlen des Körpers 206 aus diesem heraustreten kann. Die erste Seite des Körpers 206 kann eine Seite sein, die der Röntgenstrahlvorrichtung 202 zugewandt sein kann und die zweite Seite des Körpers 206 kann eine Seite sein die der Röntgenstrahlrichtung abgewandt sein kann, so dass die erste Seite und die zweite Seite des Körpers in entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sein oder werden können. Nach dem Körper 206 kann ein Flächendetektor 210 derart angeordnet sein oder werden, so dass mindestens die hindurchgetretene Röntgenstrahlung 208 und/oder die, von der Röntgenstrahlungsvorrichtung 202 abgegebene Röntgenstrahlung 204 auf dem Flächendetektor 210 auftreffen kann und dabei erfasst werden kann. Der Flächendetektor 210 kann aus einer Vielzahl von energiespezifischen Röntgendetektoren 212 und einem Träger 214 gebildet sein, wobei die energiedispersiven Röntgendetektoren 212 und der Träger 214 die gleichen Eigenschaften in Bezug auf Herstellung, Material, Aufbau, und Funktion aufweisen kann, wie die oben beschriebenen energiedispersiven Röntgendetektoren und der Träger gemäß dem Verfahren 100. Demgemäß kann der Flächendetektor derart mit einem Speicher 216 gekoppelt sein oder werden, so dass der Speicher 216 mindestens einen Teil der von der Vielzahl der energiedispersiven Röntgendetektoren 212 erfassten Vielzahl von jeweiligen Röntgenspektren speichern kann, wobei der Speicher derart eingerichtet sein oder werden kann, so dass dieser auch imstande sein kann alle gemessenen Röntgenspektren, die von den energiedispersiven Röntgendetektoren erfasst worden sind, speichern zu können.
  • Der Speicher 216 kann mit einem Prozessor 218 derart gekoppelt sein oder werden, so dass die in dem Speicher abgelegten digitalisierten Daten an den Prozessor 218 bereitgestellt werden können oder die von dem Prozessor 218 bearbeiteten digitalen Daten auf dem Speicher 218 abgelegt werden können. Der Prozessor 218 kann derart eingerichtet sein oder werden, so dass er mindestens einen jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermitteln kann; und so dass er zumindest einen jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren, ermitteln kann oder so dass er mindestens eine Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermitteln kann.
  • Die Röntgenstrahlvorrichtung 202 kann beispielweise eine Röntgenröhre sein, die gemäß der, in Verfahren 100 bereits weiter oben beschriebenen Röntgenröhre ausgeführt sein kann, wobei die Röntgenstrahlvorrichtung jedoch nicht nur auf eine solche Röntgenröhre beschränkt sein kann. Es versteht sich, dass beispielsweise auch ein Synchrotron, ein Freier Elektronenlaser oder eine radioaktive Quelle bereitgestellt sein oder werden können um Röntgenstrahlung zu erzeugen.
  • Mittels der von der Röntgenstrahlvorrichtung 202 ausgestrahlten Röntgenstrahlung 204 kann ein Objekt (bzw. ein Körper oder Untersuchungsobjekt) 206 von den Röntgenstrahlen durchstrahlt werden. Die Röntgenstrahlvorrichtung 202 kann derart gebildet sein oder werden, dass diese Röntgenstrahlvorrichtung 202 einen divergenten Röntgenstrahl 204 bilden kann, dessen gebildete Strahlfläche auf dem Körper 206 (d. h. die Fläche, welche von den Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von der Entfernung von der Röntgenstrahlvorrichtung 202 gebildet bzw. aufspannt werden kann) entweder mindestens einen Teilbereich der, dem Röntgenstrahl 204 zugewandten ersten Seite des Körpers 206 bestrahlt oder eine Strahlfläche bilden kann, die mindestens gleich groß oder größer sein kann als die, der Röntgenstrahlung zugewandten ersten Seite des Körper 206, d. h. der von der Röntgenstrahlvorrichtung 202 abgestrahlte divergente Röntgenstrahl 204 kann eine Querschnittsfläche bilden, die gleich groß oder größer sein kann, als die Fläche der ersten Seite des Körpers, so dass der gesamte Körper mittels der von der Röntgenstrahlvorrichtung 202 abgestrahlten Röntgenstrahlen durchleuchtet sein oder werden kann. Eine Strahlfläche die größer als der zu bestrahlende Körper 206 ist, kann es ermöglichen, dass der hinter (d. h. in Richtung der durch den Körper transmittierten Röntgenstrahlen ausgerichtet sein kann) dem Körper 206 angeordnete Flächendetektor 214 imstande sein kann, eine Primärintensität I0 zu erfassen, die ungehindert (d. h. ohne Wechselwirkungsprozesse mit Materie) auf den Röntgendetektor auftreffen kann um detektiert zu werden zu können, d. h. die Röntgenstrahlung 204 kann, ohne zuvor durch Materie hindurchgetreten zu sein und dabei abgeschwächt und/oder gebeugt worden zu sein, erfasst werden.
  • Beim Durchgang durch das Objekt 206 wird die Röntgenstrahlung 204 derart abgeschwächt und/oder gebeugt, so dass dabei die durch den Körper hindurchgetretene (bzw. transmittierte) Röntgenstrahlung 208 gebildet werden kann. Die beiden Prozesse, das Abschwächen und/oder das Beugen, beim Materiedurchgang der Röntgenstrahlen 208 können sich gemäß denen in Verfahren 100 beschriebenen Wechselwirkungsprozessen von Röntgenstrahlen mit Materie bilden.
  • Die durch den Körper 206 hindurchgetretene Röntgenstrahlung 208 kann anschließend von dem Flächendetektor 210 erfasst werden. Der Flächendetektor 210 kann derart hinter dem Körper 206 angeordnet sein oder werden, so dass er die durch den Körper 206 hindurchgetretene Röntgenstrahlung 208 erfassen kann. Der Flächendetektor 210 kann eine Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212 aufweisen, die in einem Array auf oder über einem Träger 214 aufgebracht sein oder werden können. Der Flächendetektor 210, die energiedispersiven Röntgendetektoren 212 und der Träger 214 können die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie jene Eigenschaften, welche bereits weiter oben beschrieben wurden gemäß Verfahren 100. Die Eigenschaften beziehen sich dabei auf Herstellung, Aufbau, die verwendeten Materialien und die Funktion des Flächendetektors 210, der energiedispersiven Röntgendetektoren 212 und dem Träger 214.
  • Der Flächendetektor 210 kann mit einem Speicher 216 derart gekoppelt sein oder werden, so dass die erfassten Impulse des Flächendetektors 210 in Form von elektronischen (bzw. digitalisierten Daten) auf dem Speicher 216 abgelegt werden kann, wobei der Speicher gemäß dem Speicher in Verfahren 100 eingerichtet sein oder werden kann. Der Speicher 216 kann derart eingerichtet sein oder werden, so dass mindestens eines der mittels der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212 gemessenen Röntgenspektren gespeichert werden kann oder so dass mehrere der mittels der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212 gemessenen Röntgenspektren gespeichert werden können. Es versteht sich jedoch, dass der Speicher 216 auch derart eingerichtet sein oder werden kann, so dass alle der mittels der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212 gemessenen Röntgenspektren gespeichert werden können.
  • Der Speicher 216 kann mit einem Prozessor 218 derart gekoppelt sein, so dass die gespeicherten digitalen Daten aus dem Speicher 216 an den Prozessor 218 bereitgestellt werden können oder dass der Prozessor 218 die bearbeiteten digitalen Daten in dem Speicher 216 ablegen kann. Der Prozessor 218 kann derart eingerichtet sein oder werden, so dass dieser imstande sein kann mindestens einen jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen, mittels eines jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor 212 der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212, gemessenen Röntgenspektrum für mindestens einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermitteln zu können. Es versteht sich jedoch, dass der Prozessor 218 derart eingerichtet sein oder werden kann, so dass dieser imstande sein kann mehrere jeweilige Intensitätswerte aus einem jeweiligen mittels eines jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor 212 der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212 gemessenen Röntgenspektrum für mehrere Energiewerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermitteln zu können. Außerdem kann der Prozessor 218 auch derart eingerichtet sein oder werden, so dass dieser imstande sein kann alle Intensitätswerte aus einem jeweiligen mittels eines jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor 212 der Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212 gemessenen Röntgenspektrum für alle Energiewerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermitteln zu können. Darüber hinaus kann der Prozessor 218 derart eingerichtet sein oder werden, so dass im Fall einer Radiographie mindestens einen jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden kann oder dass im Fall einer Röntgenbeugung mindestens eine Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden kann. Außerdem kann der Prozessor 218 derart eingerichtet sein oder werden, so dass im Fall einer Radiographie mehrere jeweilige Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der jeweiligen Intensitätswerte eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden können oder im Fall einer Röntgenbeugung mehrere Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden können. Außerdem kann der Prozessor 218 derart eingerichtet sein oder werden, so dass im Fall einer Radiographie alle jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der jeweiligen Intensitätswerte eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden können oder im Fall einer Röntgenbeugung alle Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren ermittelt werden können.
  • 3 stellt eine schematische Draufsicht auf den Flächendetektor 210 aus 2 gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Der Flächendetektor 210 kann eine in einem Array angeordnete Vielzahl von energiedispersiven Röntgendetektoren 212, die auf einem Träger 214 angeordnet sein oder werden kann, aufweisen, wobei die Eigenschaften des Flächendetektors 210, der energiedispersiven Röntgendetektoren 212 und des Trägers 214, wie beispielsweise der Aufbau, das verwendete Material, die Herstellung und die Funktion, gleich denen sein können, wie jene weiter oben bereits beschrieben gemäß Verfahren 100.
  • 4 stellt eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung 400 zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Die Vorrichtung 400 und deren Komponenten zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers können derart eingerichtet sein, dass es damit ermöglicht werden kann, zumindest eines der oben beschriebenen Verfahren durchführen zu können.
  • Die Vorrichtung 400 zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers kann dabei aufweisen: eine Röntgenröhre 402, wie oben beschrieben, mit kontinuierlichem Röntgenprofil; mindestens ein Untersuchungsobjekt 404; mindestens einen energiedispersiven Röntgendetektor 406, der mittels eines wie oben beschriebenen Pixel-Arrays gebildet sein kann, wobei jedes der darin angeordneten Pixel 408 ein komplettes Röntgenspektrum nach dem Durchtritt der Röntgenstrahlung durch das Untersuchungsobjekt 404 hindurch messen kann; mindestens einen Speicher 410 für die gemessenen Röntgenspektren aller Pixel 408 des Detektors 406, wobei der Speicher 410 mindestens eines der oben beschriebenen Speichermedien aufweisen kann und wobei der Speicher 410 derart eingerichtet sein kann, dass mindestens eine oder wenige Aufnahmen der gemessenen Röntgenspektren (d. h. eine geringe Anzahl von Aufnahmen wie z. B. eine Mehrzahl von Aufnahmen) speichern kann; mindestens eine Rekonstruktionseinheit 412, beispielsweise aufweisend einen Rechner oder eine Recheneinheit, derart eingerichtet, dass eine pixelweise (d. h. aus den gespeicherten Röntgenspektren der einzelnen Pixel 408) Synthese (d. h. eine Zusammensetzung) der monochromatischen Aufnahmen aus den gemessenen und anschließend gespeicherten Röntgenprofilen der Pixel 408 durchgeführt werden kann, beispielsweise ähnlich einem Bildvielkanalanalysators; mindestens ein Modul 414, beispielsweise ein Rechenmodul (z. B. ein Rechner oder eine Recheneinheit), derart eingerichtet, dass eine pixelweise spektroskopische Auswertung mittels eines oben beschriebenen mehrdimensionalen Gleichungssystems durchgeführt werden kann, wobei das Modul 414 mindestens einen Speicher 416 mit mindestens einem gespeicherten Referenzdatensatz von mindestens einer Referenzprobe (z. B. einer Standardprobe) aufweisen kann, wobei der Speicher 416 mindestens eines der oben beschriebenen Speichermedien aufweisen kann; mindestens einen Speicher 418 zum Speichern des mittels Moduls 414 berechneten Ergebnisses, wobei das Ergebnis mittels des oben beschriebenen mehrdimensionalen Gleichungssystems berechnet werden kann, wie beispielsweise den Massenschwächungskoeffizienten als Funktion der Energie und/oder der Wellenlänge für jedes Pixel 408, wobei der Speicher 418 mindestens eines der oben beschriebenen Speichermedien aufweisen kann; mindestens ein Modul 420, beispielsweise ein Rechenmodul (z. B. ein Rechner oder eine Recheneinheit), derart eingerichtet, dass die Materialien des Untersuchungsobjekt mittels Vergleichens von den, im Speicher 418 mindestens einen gespeicherten Ergebnisses mit einer, in mindestens einem, an das Modul 420 gekoppelten, Speicher 422 gespeicherten Stoffdatenbank, die mindestens einen materialspezifischen Referenzdatensatz (z. B. eine Mehrzahl von materialspezifischen Referenzdatensätzen) aufweisen kann, wobei der mindestens eine materialspezifische Referenzdatensatz beispielsweise jeweils mindestens einen Referenzwert, wie beispielsweise den Referenzwert eines materialspezifischen Absorptionskoeffizienten und/oder einer materialspezifische Dichte aufweisen kann, identifiziert werden kann, wobei der Vergleich gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Vergleichen von Wahrscheinlichkeiten (d. h. einem Vergleich bezüglich Übereinstimmens von mindestens einem berechneten Wert mit mindestens einem gespeicherten Referenzwert bzw. der entsprechenden Kurven als Funktion der Energie) durchgeführt werden kann und/oder es können auch optional die durchschnittlichen Ordnungszahlen und/oder die Dichten der, in dem Untersuchungsobjekt vorkommenden Materialien identifiziert werden, wobei der Speicher 422 mindestens eines der oben beschriebenen Speichermedien aufweisen kann; mindestens ein Modul 424, beispielsweise ein Rechenmodul (z. B. ein Rechner oder eine Recheneinheit), derart eingerichtet, dass jedem Pixel 408 mindestens ein Farbcode des mindestens einem, in dem jeweiligen Pixel identifizierten, Materials zugeordnet werden kann, wobei das Modul 424 mindestens einen Speicher 426 aufweisen kann, der mindestens einen materialspezifischen Farbcode (z. B. eine Mehrzahl von materialspezifischen Farbcodes) aufweisen kann und wobei der Speicher 426 mindestens eines der oben beschriebenen Speichermedien aufweisen kann, wobei für den Fall, dass das Untersuchungsobjekt 404 beispielsweise hintereinander liegende oder sich überlappende Körper oder Teilkörper aufweist, dann können auch demgemäß mehrere Farbcodes dem jeweiligen Pixel zugeordnet werden; mindestens ein Modul 428, beispielsweise ein Rechenmodul (z. B. ein Rechner oder eine Recheneinheit), derart eingerichtet, dass damit mindestens ein Bild synthetisiert werden kann, wobei jedem Pixel 408 der Farbcode des identifizierten Materials zugeordnet werden kann, und so dass ferner dem derart erzeugten Bild eine dementsprechende Legende, der darin identifizierten materialspezifischen Farbcodes, beigefügt werden kann.
  • Ferner kann das Modul 428 derart eingerichtet sein, dass bei einer Identifikation (d. h. mittels einer wie oben beschriebenen wahrscheinlichkeitsbasierenden Materialidentifikation, mit anderen Worten einem Vergleich bezüglich Übereinstimmens von mindestens einem berechnetem Wert und einem gespeicherten Referenzwert bzw. der betreffende Kurven als Funktion der Energie) eines Gefahrstoffes, wie beispielsweise eines illegalen Betäubungsmittels, eines Sprengstoffes, chemischen oder biologischen Kampfstoffes oder dergleichen, ein Alarm ausgegeben werden kann. Darüber hinaus kann das Modul 428 ferner mindestens ein optionales, zusätzliches Modul 430, beispielsweise ein Rechenmodul (z. B. ein Rechner oder eine Recheneinheit), aufweisen, wobei ein solches optionales, zusätzliches Modul 430 eine Speichereinheit, aufweisend mindestens eines der oben beschriebenen Speichermedien, derart eingerichtet sein kann, dass damit die Lage (d. h. die Orientierung oder Positionierung in der jeweiligen durchstrahlten Ebene des Untersuchungsobjekts 404) und die Form des jeweiligen Untersuchungsobjekts 404 oder eines darin enthaltenen Körpers oder Teilkörpers erkannt werden kann. Deswegen kann das optionale, zusätzliche Modul 430 in Modul 428 bei Erkennen einer verdächtigen Form, wie beispielsweise einer Messerform oder der Form einer Schusswaffe, ebenfalls einen Alarm ausgeben. Ein solcher Alarm kann beispielsweise durch Abgabe eines akustischen Signals mittels mindestens eines an das Modul 428 gekoppelten Lautsprechers erfolgen und/oder er kann mittels mindestens eines optischen Signals abgegeben werden, wie beispielsweise mittels mindestens einer an das Modul 428 gekoppelten Warnleuchte.
  • Die oben beschriebenen Referenzdatensätze in den oben genannten Speichern 416, 422 und/oder 426, in welchen die Materialspezifikationen oder materialspezifischen Farbcodes gespeichert sein können, können beispielsweise mittels Vermessens von geeigneten Referenzuntersuchungsobjekten 404 in den jeweiligen Speichern, 416, 422 und 426, wie oben beschrieben jeweils abgelegt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren (100) zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren eines Körpers, wobei das Verfahren aufweist: • Durchstrahlen eines Körpers mit Röntgenstrahlen (110); • Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper hindurchgetretenen Röntgenstrahlen mittels eines Flächendetektors, der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren aufweist (120); • Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren (130); • Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren (140); und • Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren (150).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, • wobei aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum mehrere Intensitätswerte ermittelt werden für unterschiedliche Energiewerte eines jeweils gemessenen Röntgenspektrums; und • wobei mehrere Schwächungskoeffizienten unter Verwendung der ermittelten Intensitätswerte ermittelt werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei unter Verwendung des mindestens einen ermittelten Schwächungskoeffizienten eine Materialkomponente des Körpers ermittelt wird für das Röntgenspektrum, das von einem jeweiligen energiedispersiven Röntgendetektor gemessen wurde.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Schwächungskoeffizient ermittelt wird gemäß folgender Vorschrift:
    Figure DE102013114497A1_0007
    wobei mit • μ der Schwächungskoeffizient; • d eine Dicke des Körpers an der Position, die von dem jeweiligen Röntgendetektor aufgenommen wird; • I0 eine Intensität der Röntgenstrahlung vor dem Durchstrahlen des Körpers; • I der jeweilige ermittelte Intensitätswert; bezeichnet wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei unter Verwendung des mindestens einen Schwächungskoeffizienten mindestens ein Massenschwächungskoeffizient ermittelt wird, gemäß folgender Vorschrift:
    Figure DE102013114497A1_0008
    wobei mit • ( μ / ρ )Gemisch der Massenschwächungskoeffizient; • ρ eine Dichte des Körpers an der Position, die von dem jeweiligen Röntgendetektor aufgenommen wird; • i ein Index, welcher eine jeweilige Materialkomponente des Gemisches, von dem der Körper gebildet wird, indiziert; • ci eine Konzentration der Materialkomponente des Gemisches, von dem der Körper gebildet wird; bezeichnet wird.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Materialkomponente des Körpers ermittelt wird, indem der mindestens eine ermittelte energiespezifische Schwächungskoeffizient verglichen wird mit einer Mehrzahl von Referenz-Schwächungskoeffizienten-Kennlinien für mindestens ein Material.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Beugungsbild so rekonstruiert wird, dass der größte Teil der ungebeugten Röntgenstrahlen und des Reflexkontinuums ignoriert wird, indem zur pixelweisen Rekonstruktion nur die Intensitäten der Energie oder ein schmaler Energiebereich der/um die Energie der beugenden Strahlung aus den gemessenen Spektren heran gezogen wird.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren jeweils ein Energiespektrum messen, das in einem Bereich von ungefähr 1 V bis zu ungefähr 300 kV liegt.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: Darstellen unterschiedlicher Materialien mittels unterschiedlicher Farben.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: Variieren einer Durchstrahlungsdauer zum Messen der Vielzahl von Röntgenspektren abhängig von gemessenen Röntgenspektren.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Durchstrahlen des Körpers aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Richtungen erfolgt.
  12. Vorrichtung (200) zum Auswerten einer mittels Röntgenstrahlung (204) erzeugten Vielzahl von Röntgenspektren beim Durchstrahlen eines Körpers (206), wobei die Vorrichtung (200) aufweist: • eine Röntgenstrahlungsvorrichtung (202) zum Durchstrahlen eines Körpers (206) mit Röntgenstrahlen (204); • eine Messvorrichtung (208) zum Messen einer Vielzahl von Röntgenspektren von durch den Körper (206) hindurchgetretenen Röntgenstrahlen (208) mittels eines Flächendetektors (210), der eine Vielzahl von nebeneinander in einem Array angeordneten energiedispersiven Röntgendetektoren (212) aufweist; • einen Speicher (216) zum Speichern der Vielzahl von Röntgenspektren; • einen Prozessor (218), eingerichtet zum Ermitteln von mindestens einem jeweiligen Intensitätswert aus einem jeweiligen gemessenen Röntgenspektrum für einen Energiewert für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren; und zum Ermitteln mindestens eines jeweiligen Schwächungskoeffizienten unter Verwendung des jeweiligen Intensitätswerts eines jeden Röntgenspektrums der Vielzahl gemessener Röntgenspektren oder zum Ermitteln mindestens einer Beugungskennlinie unter Verwendung der Intensitätswerte für die Vielzahl gemessener Röntgenspektren.
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