DE10356601A1 - Anordnung zur Röntgentomographie mit einem elektronisch abgelenkten Elektronenstrahl - Google Patents

Anordnung zur Röntgentomographie mit einem elektronisch abgelenkten Elektronenstrahl Download PDF

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur schnellen Tomographie mit elektronisch abgelenktem Elektronenstrahl vorzuschlagen, die es ermöglicht, Projektionen der Dichteverteilung eines zeitlich veränderlichen Messobjekts aus einer genau definierten Messebene zu ermitteln, deren Orientierung im Raum sich bei Veränderung der Durchstrahlungsrichtung während des Messzyklus nicht ändert. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für die Erzeugung und Ablenkung des Elektronenstrahls bzw. der Elektronenstrahlen gegenüber bekannten Lösungen zu senken. DOLLAR A Es ist wesentlich, dass das Strahlungserzeugungstarget und der Detektor exakt innerhalb einer Ebene angeordnet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Röntgentomographie, insbesondere zur Realisierung einer schnellen Röntgentomographie mit einem elektronisch abgelenkten Elektronenstrahl.
  • Für die Beobachtung und Untersuchung schneller transienter Dichteveränderungen im Querschnitt eines Untersuchungsobjektes sind klassische Anordnungen zur Transversal-Transmissionstomographie mit Röntgen- oder Gammastrahlung, bei denen entweder das Messobjekt oder das Aufnahmesystem rotieren, wegen der durch die Massenträgheit der rotierenden Systembestandteile limitierten Winkelgeschwindigkeit und damit Bilderzeugungsraten, nicht geeignet. Für solche diagnostische Fragestellungen werden neben Anordnungen mit einer Vielzahl an- und abschaltbarer Einzelstrahlungsquellen (z. B. K. Hori et al., "Advanced high speed X-Ray CT scanner for measurement and visualisation of multi-phase flow", in OECD/CSNI Specialist Meeting on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques, Santa Barbara (USA), März 1997) vor allem Röntgentomographieanordnung mit einem gescannten Elektronenstrahl eingesetzt. Solche Anordnungen sind z. B. in US 5 504 791 , US 5 491 734 (WO 95/17081), US 5 197 088 , US 5 164 972 , DE 195 15 415 , beschrieben. Bei diesen Anordnungen handelt es sich um verschieden ausgeführte Röntgentomographiesysteme, bei denen mit Hilfe eines in einem Vakuumgefäß geführten Elektronenstrahls auf einem um das Untersuchungsobjekt transversal zu dessen Achse angeordneten bogenförmigen Strahlungserzeugungstarget ein Brennfleck erzeugt wird, der durch entsprechende Ablenkspulen kontinuierlich oder diskontinuierlich auf dem Target um das Untersuchungsobjekt bewegt wird. Die im Brennfleck entstehende Röntgenstrahlung durchdringt das Untersuchungsobjekt und wird synchron zur Elektronenstrahlablenkung mit Hilfe eines feststehenden Detektorbogens erfasst. Aus der während eines Ablenkzyklus erzeugten Menge von Durchstrahlungsprojektionen wird anschließend ein Schnittbild der Schwächungsverteilung in der Untersuchungsebene auf dem zugeordneten Computer berechnet. Damit wird eine Bildfrequenz erreicht, die der Ablenkfrequenz des Elektronenstrahls entspricht.
  • Dabei wird darauf geachtet, dass jeder Punkt im Messobjekt in den aufgenommenen Projektionen aus allen Richtungen des gesamten Winkelbereichs von 0 bis 360° erfasst wird, um so eine vollständige tomographische Datenaufnahme zu ermöglichen. Diese Vollständigkeit des Datensatzes bezüglich der Durchstrahlungswinkel ist notwendig, um mit Bildrekonstruktionsverfahren vom Typ der der gefilterten Rückprojektion artefaktfreie Schnittbilder des Untersuchungsgegenstandes zu produzieren, was insbesondere für humanmedizindiagnostische Problemstellungen als Notwendigkeit betrachtet wird. Hierzu muss der Brennfleck das Messobjekt weit genug umkreisen können. Daraus resultiert jedoch, dass (im Gegensatz zur Tomographie mit mechanischer Rotation von Quelle und Detektoranordnung) der Detektorbogen bei allen bekannten Lösungen zur schnellen Tomographie mit abgelenktem Elektronenstrahl mit leichtem axialen Versatz zum Strahlungserzeugungstarget angeordnet sein muss. Der axiale Versatz zwischen Target und Detektorbogen ist unumgänglich, da sonst das Strahlungserzeugungstarget die Sicht des Detektors auf das Untersuchungsobjekt innerhalb der Durchstrahlungsebene partiell oder vollständig verdeckt. Dies ist ein erheblicher Nachteil, da die Projektionen, die aus den verschiedenen Richtungen aufgenommen werden, nicht genau aus der selben Schnittebene des Untersuchungsobjekts stammen. Dies führt zu Artefakten bei der Bildrekonstruktion, die die Qualität der Abbildungen beeinträchtigen.
  • Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht in ihrem hohen Aufwand zur Elektronenstrahlerzeugung, -führung und -ablenkung. Bei den bekannten Anordnungen, die mit einer Vielzahl an- und abschaltbarer Einzelstrahlungsquellen arbeiten, ist die große Anzahl der erforderlichen Elektronenstrahlquellen ein erheblicher Kostenfaktor. Bekannte medizinische Tomographen mit abgelenktem Elektronenstrahl kommen zwar mit nur einer Elektronenquelle aus, müssen jedoch mit einer komplizierten und damit teueren Ablenkeinheit ausgestattet sein. Der hohe Aufwand behindert den praktischen Einsatz auf technischem Gebiet sowie die Weiterentwicklung in Richtung auf höhere Röntgenenergien, die für viele technische Einsatzfälle aufgrund der häufig anzutreffenden höheren Absorptionsdichten der zu untersuchenden Objekte notwendig ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur schnellen Tomographie mit elektronisch abgelenktem Elektronenstrahl vorzuschlagen, die es ermöglicht, Projektionen der Dichteverteilung eines zeitlich veränderlichen Messobjekts aus einer genau definierten Messebene zu ermitteln, deren Orientierung im Raum sich bei Veränderung der Durchstrahlungsrichtung während des Meßzyklusses nicht ändert. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für die Erzeugung und Ablenkung des Elektronenstrahls bzw. der Elektronenstrahlen gegenüber bekannten Lösungen zu senken.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Dabei ist wesentlich, dass das Strahlungserzeugungstarget und der Detektor exakt innerhalb einer Ebene angeordnet werden. Hierzu wird der Elektronenstrahl nur geradlinig über das Target zur Röntgenstrahlungserzeugung geführt, das sich möglichst nah am Messobjekt befindet, um mit geringen Ablenkwinkeln Projektionen aus einem möglichst großen Winkelbereich aufnehmen zu können. Auf die Erfassung von Projektionen, die jeden Punkt im Messobjekt aus einem vollständigen, den Winkelbereich von 0 bis 360° umfassenden Satz von Blickrichtungen einschließen, wurde zugunsten der einfacheren und ohne axialen Versatz von Quelle und Detektoranordnung auskommenden Tomographieanordnung verzichtet. Für diese Art von tomographischer Datenaufnahme sind Bildrekonstruktions-verfahren nach der Methode der gefilterten Rückprojektion nicht geeignet, da sie starke Bildartefakte produzieren. Dafür ist es möglich, algebraische Verfahren der Bildrekonstruktion einzusetzen.
  • Mit der Anordnung lässt sich die Verteilung des Schwächungskoeffizients eines Untersuchungsobjektes innerhalb einer oder einer Vielzahl durch die Geometrie der Anordnung bestimmten Schnittebene(n) mit hoher zeitlicher Auflösung bestimmen. Damit ist die Erfindung für viele Problemstellungen in der technischen Diagnostik (Untersuchung von Mehrphasenströmungen, Untersuchung von Rissbildungsdynamik, Bruchvorgängen und mechanischem Bauteilversagen in der Werkstoffprüfung) und in der medizinischen Diagnostik (Untersuchung kardiovaskulärer Vorgänge, z. B. an Versuchstieren) einsetzbar.
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Anordnung, mit der ebenfalls die röntgentomographische Datenerzeugung mit Hilfe eines gescannten Elektonenstrahls und eines feststehenden Detektorarrays erfolgt. Im Gegensatz zu den oben genannten Anordnungen sind dabei aber das Strahlungserzeugungstarget und der Detektor exakt innerhalb einer Ebene angeordnet, so dass die höchstmögliche axiale Auflösung erreicht wird. Weiterhin ist die Anordnung dadurch charakterisiert, dass die Brennfleckbahn sehr nah am Untersuchungsobjekt verläuft. Dadurch wird erreicht, dass die Auslenkung des Elektronenstrahls so gering wie für die Bilderzeugung nötig bleibt, womit sehr hohe Ablenkungsfrequenzen und damit sehr hohe Bilderzeugungsraten erreicht werden können.
  • Es ist hinlänglich bekannt, dass auch Aufnahmen mit unvollständigen Datensätzen, bei denen also bestimmte Durchstrahlungsrichtungen innerhalb der Untersuchungsebene nicht realisiert werden können, z. B. mit Hilfe iterativer Bildrekonstruktionsverfahren zu Schnittbildern rekonstruiert werden können (z. B. D. Verhoeven, „Limited-data computed tomography algorithms for the physical sciences", Applied Optics, Vol. 32(20), pp. 3736-3754, 1993). Auf diesem Wege erzeugte Schnittbilder enthalten möglicherweise mehr oder weniger starke Bildartefakte, jedoch ist 1.) der Güteverlust proportional zum fehlenden Erfassungswinkel, wobei dieser durch geschickte Ausgestaltung der Anordnung gering gehalten werden kann, 2.) ist es durch Einbeziehung von a-priori-Informationen in den Bildrekonstruktionsprozess möglich, eine signifikante Reduktion von Bildartefakten zu erreichen, 3.) ist die exakte quantitative und qualitative Rekonstruktion von Dichteverteilung nicht für jedes diagnostische Problem erforderlich. Die der Erfindung zugrundeliegende Anordnung realisiert eine röntgencomputertomographische Aufnahme mit unvollständigem Datensatz. Dafür werden, hier noch einmal zusammengefasst, folgende Nachteile bestehender Anordnungen durch die vorliegende Erfindung überwunden:
    • 1.) Die Brennfleckbahn (Röntgenquelle) und die Detektoren befinden sich in derselben Ebene, d. h. es gibt keinen axialen Versatz. Damit wird die bestmögliche axiale Auflösung erreicht, die nunmehr hauptsächlich durch die axiale Ausdehnung des Brennflecks bestimmt ist. Das Verfahren ist damit besonders für die Untersuchung kleiner Objekte und Strukturen geeignet.
    • 2.) Die Messfunktion kann bereits mit relativ einfach zu erzeugenden eindimensionalen Brennfleckbahnmustern realisiert werden, was die Auslegung des elektromagnetischen Strahlablenksystems vereinfacht.
    • 3.) Die Anordnung ermöglicht hohe Ablenkfrequenzen und damit hohe Bilderzeugungsraten.
    • 4.) Es können durch ein zweidimensionales Strahlablenkmuster und ein entsprechend gestaltetes Strahlungserzeugungstarget leicht dreidimensionale Aufnahmen ohne mechanische Bewegung von Objekt oder Messsystem und damit mit hoher zeitlicher Auflösung erzeugt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Varianten näher erläutert.
  • In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
  • 1 die Darstellung einer erfindungsgemäßen Tomographieanordnung mit Elektronenkanone, Strahlfokussier- und Ablenkeinheit, Strahlungserzeugungstarget, Detektorbogen und Untersuchungsobjekt,
  • 2 die Darstellung einer erfindungsgemäßen Tomographieanordnung mit linearer Brennfleckbahn in der Draufsicht,
  • 3 die Darstellung einer erfindungsgemäßen Tomographieanordnung in einer Längsschnittdarstellung,
  • 4 eine Variante der erfindungsgemäßen Tomographieanordnung mit einer auf einer Kegelfläche des Strahlungserzeugungstargets erzeugten kreisbogenförmigen Brennfleckbahn in der Draufsicht,
  • 5 eine Variante der erfindungsgemäßen Tomographieanordnung mit einem zylindrischen Strahlerzeugungstarget, welches zum Zweck der gleichmäßigeren Wärmebelastung der Oberfläche um seine Achse gedreht wird,
  • 6 eine Variante der erfindungsgemäßen Tomographieanordnung zur schnellen dreidimensionalen Tomographie mit einem Stufentarget und einem Einebenen-Lineardetektor zur Realisierung einer schnellen Tomographie in mehreren Objektebenen,
  • 7 eine Variante der erfindungsgemäßen Tomographieanordnung zur schnellen dreidimensionalen Tomographie mit einem Stufentarget und einem Mehrebenendetektor zur Realisierung einer schnellen Tomographie in mehreren Objektebenen und
  • 8 die Ansicht einer erfindungsgemäßen Tomographieanordnung, bei die Elektronenstrahleinheit (1)-(4) und das Strahlungserzeugungstarget (5) innerhalb einer Vakuumkammer (12) angeordnet sind und die Röntgenstrahlung die Vakuumkammer durch ein Austrittsfenster (13) in Richtung Objekt (8) und Detektor (9) verlässt.
  • In der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung schematisch dargestellt. Sie besteht aus einer Elektronenstrahleinheit mit Elektronenkanone (1), Fokussier- (3) und Ablenkspulen (4), einem Strahlungserzeugungstarget (5) sowie einem Röntgendetektorbogen (9). Zwischen dem Strahlerzeugungstarget (5) und dem Detektorbogen (9) ist das Untersuchungsobjekt (8) angeordnet. Die Elektronenstrahleinheit besitzt einen für diese Funktion typischen Aufbau, mit Glühkatode, Wehneltzylinder, Lochanode und Magnetspulensystemen zur Strahlfokussierung (3) und Strahlablenkung (4). Mit Hilfe der Unterhalb der Fokussierspule(n) (3) angeordneten Ablenkspulen (4) erfolgt eine seitliche Auslenkung des Elektronenstrahls (2) aus seiner Ausgangsrichtung.
  • Zur Erleichterung der Beschreibung von Anordnung und Messverfahrens wird ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem eingeführt (1), welches die Richtung des unausgelenkten Elektronenstrahls (2) als negative z-Richtung definiert. Diese Richtung sei fortan auch als axiale Richtung bezeichnet, da durch die Messanordnung das Untersuchungsobjekt (8) in der zur z-Achse orthogonal liegenden (x,y)-Ebene durchstrahlt wird.
  • 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in der Draufsicht. Wie weiter unten beschrieben wird, reicht für die tomographische Datenaufnahme prinzipiell eine periodische seitliche Auslenkung des Elektronenstrahls (2) in einer Raumrichtung (hier x-Richtung), womit ein auf dem Strahlungserzeugungstarget (5) linear wandernder Brennfleck (6) erzeugt wird. Es kann aber auch vorteilhaft sein, eine zweidimensionale Brennfleckauslenkung in der (x,y)-Ebene vorzusehen. Entsprechend ist das Ablenkspulensystem (4) auszulegen. Als Strahlungserzeugungstarget (5) dient ein Metallkörper aus einem Material hoher Elektronendichte und guten Wärmeleiteigenschaften (z. B. Wolfram). Dies kann, wie in der 1 dargestellt, ein quaderförmiger Grundkörper sein, der über eine angeschliffene Fläche verfügt, auf der eine linienförmige Brennfleckbahn (7) mit Hilfe eines periodischen Ablenkstrommusters der Ablenkeinheit (4) erzeugt wird. Das Strahlungserzeugungstarget (5) kann aber alternativ auch durch andere Grundkörper, z. B. einen Hohl- oder Vollzylinder, gebildet werden.
  • In der 3 ist die erfindungsgemäße Anordnung zur schnellen Röntgentomographie für die Variante eines linear abgelenkten Elektronenstrahls (2) in der Schnittdarstellung skizziert. Hier wird noch einmal deutlich, dass Brennfleck (6) und Detektor (9) ohne axialen Versatz angeordnet sind. Damit ist die axiale Auflösung ausschließlich durch die Brennfleckgröße in z-Richtung und die Höhe der aktiven Fläche des Detektorelementes (10) sowie den Abstand des Detektorelementes (10) vom Objekt bestimmt. Durch fachgerechte Gestaltung des Strahlungserzeugungstargets (5) ist es möglich, die axiale Ausdehnung (Höhe) des Brennflecks (6) sehr klein zu halten. Dies gelingt, wenn die Fläche des Targets (5), auf welcher die Brennfleckbahn (7) liegt, unter einem kleinen Winkel α in Bezug zur (x,y)-Ebene geneigt ist. Damit skaliert sich die Brennfleckhöhe hB entsprechend der Relation hB=DBsinα zum Brennfleckdurchmesser DB, womit die Brennfleckausdehnung in z-Richtung faktisch beliebig klein gewählt werden kann.
  • Der Detektorbogen (9) besteht aus einer Vielzahl möglichst lückenlos nebeneinander angeordneter Röntgeneinzeldetektoren (10), z. B. Szintillationsdetektoren oder Festkörperdetektoren auf ZnCdTe-Basis. Der Detektorbogen (9) ist möglichst vollständig um das Untersuchungsobjekt (8) anzuordnen, so dass das Untersuchungsobjekt (8) von jeder erreichbaren Brennfleckposition (6) aus vollständig auf den Detektor (9) abgebildet wird. Für eine gute Rekonstruierbarkeit des Objektquerschnitts ist es fernerhin vorteilhaft, die Brennfleckbahn (7) so weit wie möglich in x-Richtung auszudehnen, um das Objekt (8) unter möglichst vielen Winkeln relativ zur y-Achse zu durchstrahlen.
  • Zur Bestimmung von Zeitserien der Querschnittverteilung des Schwächungskoeffizients im Untersuchungsobjekt (8) muss die Messwerterfassung an den Detektoren (10) zeitsynchron zur Auslenkung des Brennflecks (6) erfolgen. Dies wird durch fachgerechte Auslegung der zur Strahlablenkung (4) und der zur Messwerterfassung eingesetzten Elektronik und Software erreicht. Die Abtastung der Detektorsignale muss dabei mit einer Frequenz erfolgen, die um einiges über der Auslenkfrequenz des Elektronenstrahls (2) liegt. Bezeichnet tE die Zeitdauer einer kompletten Elektronenstrahlablenkung zwischen den zwei Endpunkten der Brennfleckbahn (7) und fD die Abtastfrequenz für die Detektoren, so können Durchstrahlungsdaten für maximal nB=fDtE Brennfleckpositionen aufgenommen werden. Die Anzahl der Brennfleckpositionen, für welche ein Projektionsdatensatz erhoben wird, bestimmt die Winkelauflösung der tomographischen Messung innerhalb des durch die Anordnung festgelegten Winkelbereiches und damit auch die Güte (räumliche Auflösung) der rekonstruierten Bilder.
  • Aus verschiedenen Gründen kann die Brennfleckbahn (7) möglicherweise nicht willkürlich nahe am Untersuchungsobjekt (8) vorbei geführt werden. Dies ist z. B. der Fall, wenn die aus dem Brennfleck (6) emittierte Wärmestrahlung das Objekt (8) beschädigen oder dessen Funktion beeinträchtigen kann, oder wenn aus konstruktiven Gründen eine nahe Lage der Brennfleckbahn (7) an der veränderlichen Objektverteilung nicht möglich ist (z. B. wenn die veränderliche Objektverteilung nur ein Teilvolumen des Untersuchungsobjektes (8) belegt, wie etwa bei einem dickwandigen Rohr). Hier kann eine krummlinige Ablenkung des Brennflecks (6) auf dem Target (5) eine mögliche Alternative darstellen. 4 zeigt eine Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung für eine kreisbogenförmige Auslenkung des Elektronenstrahles (2) in der (x,y)-Ebene sowie ein dafür entsprechend gestaltetes Target (5). Die für die Brennfleckbahn (7) bestimmt Targetfläche wird durch die Mantelfläche eines Kegels gebildet. Der Öffnungswinkel des Kegels beträgt 2α, wobei über α wieder die (axiale) Brennfleckhöhe bestimmt ist. Zur Auslenkung in x- und y-Richtung ist nunmehr ein geeignetes Ablenkspulensystem (4) erforderlich, welches eine kreisbogenförmige Brennfleckbahn (7) erzeugt. Wie in der 5 dargestellt, kann nunmehr (auf Kosten eines erhöhten Ablenkaufwandes) die Brennfleckbahn (7) in einiger Entfernung vom Untersuchungsbjekt (8) verlaufen, obgleich ein vergleichbarer Datensatz wie bei linearer Ablenkung aufgenommen wird. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen zur Elektronenstrahltomographie, die ebenfalls mit einer gekrümmten Brennfleckbahn (7) arbeiten, befindet sich bei dieser Variante wieder die Röntgendetektoren (10) in einer axialen Ebene mit der Brennfleckbahn (7).
  • In 5 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der das Strahlungserzeugungstarget (5) als Zylindergrundkörper ausgeführt ist, der horizontal gelagert ist und während einer Messung mit angeschaltetem Elektronenstrahl (2) mit Hilfe eines geeigneten Motorantriebes schnell rotiert wird, so dass die Brennfleckbahn und damit die thermische Belastung des Targetmaterials gleichmäßig auf die Zylindermantelfläche verteilt wird.
  • In 6 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, mit der sich eine schnelle dreidimensionale Aufnahme des Untersuchungsobjektes (8) realisieren lässt, ohne das Objekt (8) mechanisch bewegen zu müssen bzw. ohne die bestehenden Vorteile der oben beschriebenen Anordnung zu mindern. Der Brennfleck (6) wird dabei mit Hilfe eines (x,y)-Ablenksystems (4) so auf einem stufenförmigen Target (5) bewegt, dass nacheinander Brennfleckbahnen (7) in verschiedenen z-Ebenen (Stufen) durchlaufen werden. Aufgrund der für die Anordnung charakteristischen geringen Abstandes der Brennfleckbahn (7) zum Objekt (8), kann so durch axiales Versetzen der Brennfleckbahn (7) eine andere Durchstrahlungsebene (11) im Objekt (8) ausgewählt werden. Wie in 6 verdeutlicht wird, liegen dabei die Durchstrahlungsebenen (11) nicht parallel zueinander. Es können aber im Verarbeitungsrechner die rekonstruierten Schnittbilder mit entsprechenden Interpolationsalgorithmen leicht zu einem Volumenbild zusammengefügt werden. Damit der durch die Erfindung erbrachte Vorteil einer Messung innerhalb einer Raumebene ohne axialen Versatz erhalten bleibt, ist der Detektor (9) als lineares Array von Einzeldetektorelementen (10) ausgeführt, die parallel zur Brennfleckbahn (7) angeordnet sind.
  • In der 7 ist eine Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Stufentarget dargestellt, bei welcher der Detektor (9) als Stapel mehrerer bogenförmiger oder linearer Anordnungen von Detektorelementen (10) ausgeführt ist. Durch diese Anordnung ist eine sukzessive Durchstrahlung des Objektes (8) in einer Vielzahl parallel zueinander und transversal zur Systemachse liegenden Ebenen möglich, wobei in jeder einzelnen Ebene die Datenaufnahme ohne axialen Versatz erfolgt. Im Gegensatz zur 7 können dabei bogenförmige Detektorzeilen verwendet werden, wodurch der Erfassungswinkel der tomographischen Anordnung gegenüber der Anordnung mit linearem Detektorarray etwas vergrößert wird.
  • 1
    Elektronenkanone
    2
    Elektronenstrahl
    3
    Fokussierspule(n)
    4
    Ablenkspulensystem
    5
    Strahlungserzeugungstarget
    6
    Brennfleck
    7
    Brennfleckbahn
    8
    Untersuchungsobjekt
    9
    Detektor, auch als Detektorbogen oder Detektorarray
    10
    Detektorelement
    11
    Röntgenstrahl
    12
    Vakuumgefäß
    13
    Strahlungsaustrittsfenster

Claims (7)

  1. Anordnung zur Röntgentomographie mit einem elektronisch abgelenkten Elektronenstrahl, bestehend aus: – einer Elektronenkanone (1), – einem Magnetspulensystem (3), welches den Elektronenstrahl (2) bündelt, – einem elektromagnetischen Ablenksystem für ein- oder zweidimensionale Strahlauslenkung (4), welches den Elektronenstrahl (2) quer zur Elektronenstrahlachse periodisch und mit hoher Geschwindigkeit aus seiner axialen Ruhelage ausgelenkt; – einem Strahlungserzeugungstarget (5), welches in der Verlängerung der Achse der Elektronenkanone (1) innerhalb des Vakuumgefäßes (12) angeordnet ist; – einem bogenförmigen oder linearen Detektorarray (9) mit vorzugsweise lückenlos aneinandergereihten Röntgeneinzeldetektoren (10); – einem zwischen Strahlungserzeugungstarget (5) und Detektor (9) verbleibenden Raum zu Anordnung eines Untersuchungsobjektes (8), welches so angeordnet ist, dass es sich ganz oder teilweise in dem durch den Brennfleck (6) und die Detektorelemente (10) des Detektorarrays (9) gebildeten Strahlungsfächer befindet; – einer nachgeordneten Elektronik zu einer mit der Elektronenstrahlauslenkung synchron erfolgenden Erfassung und Speicherung der Detektorsignale; – einem Vakuumgefäß (12), in dem mindestens die Elektronenkanone (1) und das Strahlungserzeugungstarget (5) angeordnet sind; – einer Signalverarbeitungselektronik, die die empfangene Röntgenstrahlung (11) in ein ihrer Intensität proportionales elektrisches Signal wandelt und zeitsynchron zur aktuellen Position des Brennflecks (6) entlang der Brennfleckbahn (7) erfasst; – einem an die Datenerfassungselektronik angeschlossenen Verarbeitungsrechner, auf dem Schnittbilder der Verteilung des Röntgenschwächungskoeffizients im durchstrahlten Querschnitt des Untersuchungsobjektes (8) berechnet werden; dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektorelemente (10) des Detektorarray (9) in einer Ebene mit einer durch die Vielzahl der Brennfleckpositionen (6) definierten Brennfleckbahn (7) angeordnet sind, – das Strahlungserzeugungstarget (5) vor dem Untersuchungsobjekt (8) und dem Detektor (9) derart angeordnet ist, dass eine zwischen Strahlungserzeugungstarget (5) und Untersuchungsobjekt (8) innerhalb der Durchstrahlungsebene verlaufende gedachte Gerade diese in zwei Halbräume teilt und – die Brennfleckbahn (7) vollständig innerhalb des einen durch die Gerade definierten Halbraums und das Untersuchungsobjekt (8) und die Detektorelemente (10) vollständig innerhalb des anderen durch die Gerade definierten Halbraums angeordnet sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die durch die Strahlauslenkung erzeugte Brennfleckbahn (7) linear, senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung und quer zum Untersuchungsobjekt befindet und die Detektorelemente (10) auf der der Brennfleckbahn gegenüberliegenden Seite des Untersuchungsobjektes (8) bogenförmig um das Untersuchungsobjekt (8) angeordnet sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die durch die Strahlauslenkung erzeugte Brennfleckbahn (7) linear, senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung und quer zum Untersuchungsobjekt befindet und die Detektorelemente (10) linienförmig und parallel zur Brennfleckbahn auf der der Brennfleckbahn gegenüberliegenden Seite des Untersuchungsobjektes (8) angeordnet sind.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Strahlauslenkung erzeugte Brennfleckbahn (7) bogenförmig und senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung und quer zum Untersuchungsobjekt (8) angeordnet sind.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungserzeugungstarget (5) durch einen zylindrischen Grundkörper gebildet ist, welcher horizontal und senkrecht zur Elektronenstrahlachse gelagert ist und um seine Achse drehbar ist, sowie eine auf diesem Target durch die Strahlauslenkung erzeugte Brennfleckbahn (7) die linear und parallel zur Zylinderachse angeordnet ist, so dass der Wärmeeintrag im Brennfleck (6) auf die gesamte Targetoberfläche verteilt wird.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene der Brennfleckbahnen (7) in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelemente (10) am Detektor (9) innerhalb mehrerer Ebenen derart angeordnet sind, dass jeder Brennfleckbahn (7) genau einem Detektorarray (9) gegenübersteht, wobei die Detektorelemente (10) linear und parallel zur Brennfleckbahn (7) oder aber bogenförmig um das Untersuchungsobjekt (8) in einer Ebene mit der Brennfleckbahn (7) angeordnet sind.
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