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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Röntgentomographie, insbesondere
zur Realisierung einer schnellen Röntgentomographie mit einem
elektromagnetisch abgelenkten Elektronenstrahl.
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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 rotiert, wegen der durch die Massenträgheit der
rotierenden Systembestandteile limitierten Winkelgeschwindigkeit
und damit Bilderzeugungsraten, nicht geeignet. Für solche diagnostischen 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 an Advanced Instrumentation and Measurement Techniques,
Santa Barbara (USA), März
1997) vor allem Röntgentomographieanordnungen
mit einem scannenden Elektronenstrahl eingesetzt. Solche Anordnungen
sind z. B. in
US 5 504
791 A ,
US 5
491 734 A (
WO
95/1708 A1 ),
US
5 197 088 A ,
US
5 164 972 A ,
DE
195 15 415 A1 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.
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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 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 derselben Schnittebene des Untersuchungsobjekts stammen. Dies
führt zu
Artefakten bei der Bildrekonstruktion, die die Qualität der Abbildungen
beeinträchtigen.
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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.
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Aus
den Druckschriften
DE
25 51 322 A1 und
EP
0 365 084 A1 sind Anordnungen bekannt, die über eine
innerhalb des rotierenden Aufnahmesystems eines Computertomographen
integrierte Vorrichtung zur Erzeugung eines veränderlichen Röntgenbrennflecks
mit Hilfe eines senkrecht zur Patientenachse abgelenkten Elektronenstrahls
verfügen.
In der Druckschrift
DE
25 51 322 A1 wird eine derartige Anordnung vorgeschlagen,
um eine bei der Drehbewegung des Aufnahmesystems entstehende Verzerrung
der Strahlgeometrie der abtastenden Röntgen- oder Gammastrahlen zu
verhindern. Durch die laterale Ablenkung des Elektronenstrahls während eines zeitlichen
Abschnittes der Drehbewegung des Aufnahmesystems wird der Brennfleck
in einer für
den ruhenden Beobachter konstanten Winkelposition festgehalten,
was durch entsprechende elektromagnetische Ablenkung des Elektronenstrahls
entgegen der Rotationsrichtung des Aufnahmesystems gelingt. In der
Druckschrift
EP 0 365
084 A1 ist eine zur Druckschrift
DE 25 51 322 A1 ähnliche
Anordnung beschrieben, bei der ebenfalls durch elektromagnetische
Ablenkung eines Elektronenstrahls ein veränderlicher Aufnahmefokus entlang
einer senkrecht zur Patientenachse liegenden Brennfleckbahn auf
einem Anodentarget erzeugt wird. Hier dient die Anordnung offensichtlich
zur Realisierung einer so genannten Tomosynthese für eine ausgewählte Schicht
des Untersuchungsgegenstandes. Dabei ist die Röntgenstrahlungserzeugungseinheit
wiederum in einem rotierenden Aufnahmesystem integriert, so dass
die Aufnahme von Durchstrahlungsprojektionen mit lateralem Fokusversatz
während
der Rotation des Aufnahmesystems erfolgt.
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In
beiden Fällen
ist aufgrund der Anordnung der Strahlungserzeugungseinheit auf dem
Drehgestell eines Computertomographens die technisch realisierbare
Weite der Brennfleckbahn klein im Vergleich zum Abstand zwischen
Fokuspunkt und Röntgendetektor,
so dass durch den lateralen Versatz des Brennflecks nur Projektionsdaten
aus einem sehr kleinen Winkelbereich vom Untersuchungsobjekt aufgenommen
werden können
und damit eine radiografische Abtastung des Objektes durch zusätzliche mechanische
Rotation des Aufnahmesystems erforderlich ist, um eine dem Einsatzzweck
angemessene Bildgüte
nach Durchführung
der computergestützten Bildrekonstruktion
zu erreichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur schnellen Tomographie
mit elektromagnetisch abgelenktem Elektronenstrahl ohne ein mechanisch
rotierendes oder andersartig bewegtes Aufnahmesystem 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.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 aufgeführten
Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Dabei
sind das Strahlungserzeugungstarget und der Detektor exakt innerhalb
einer Ebene angeordnet. 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 Bildrekonstruktionsverfahren nach der Methode
der gefilterten Rückprojektion
nicht geeignet, da sie starke Bildartefakte produzieren. Dafür ist es
möglich,
algebraische Verfahren der Bildrekonstruktion einzusetzen.
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Mit
der Vorrichtung lässt
sich die Verteilung des Schwächungskoeffizienten
eines Untersuchungsobjektes innerhalb einer oder einer Vielzahl durch
die Geometrie der Vorrichtung 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.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung, mit der ebenfalls
die röntgentomographische
Datenerzeugung mit Hilfe eines scannen den Elektronenstrahls 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 Vorrichtung 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.
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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 Vorrichtung gering gehalten werden
kann,
- 2.) es durch Einbeziehung von a-priori-Informationen in den
Bildrekonstruktionsprozess möglich, eine
signifikante Reduktion von Bildartefakten zu erreichen,
- 3.) die exakte quantitative und qualitative Rekonstruktion der
Dichteverteilung nicht für
jedes diagnostische Problem erforderlich.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung realisiert eine röntgencomputertomographische
Aufnahme mit unvollständigem
Datensatz. Sie besitzt folgende Vorteile gegenüber bestehenden Anordnungen:
- 1.) Die Brennfleckbahn (Röntgenquelle) und das Detektorarray
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 Vorrichtung 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.
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Dadurch
wird der mögliche
Raum zur Anordnung des Untersuchungsobjektes bestimmt, in dem das
Untersuchungsobjekt sich befinden kann bzw. darf, damit bestmögliche Ergebnisse
erzielt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit mehreren
Varianten näher
erläutert.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 die
Darstellung einer erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
mit Elektronenkanone, Strahlfokussier- und Ablenkeinheit, Strahlungserzeugungstarget,
Detektorarray und Untersuchungsobjekt,
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2 die
Darstellung einer erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
mit linearer Brennfleckbahn in der Draufsicht,
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3 die
Darstellung einer erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
in einer Längsschnittdarstellung,
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4 eine
Variante der erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
mit einer auf einer Kegelfläche
des Strahlungserzeugungstargets erzeugten kreisbogenförmigen Brennfleckbahn
in der Draufsicht,
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5 eine
Variante der erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
mit einem zylindrischen Strahlerzeugungstarget, welches zum Zweck
der gleichmäßigeren
Wärmebelastung
der Oberfläche um
seine Achse gedreht wird,
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6 eine
Variante der erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
zur schnellen dreidimensionalen Tomographie mit einem Stufentarget
und einem linearen Detektorarray zur Realisierung einer schnellen
Tomographie in mehreren Untersuchungsobjektebenen,
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7 eine
Variante der erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung
zur schnellen dreidimensionalen Tomographie mit einem Stufentarget
und einem Mehrebenen-Detektorarray
zur Realisierung einer schnellen Tomographie in mehreren Untersuchungsobjektebenen
und
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8 die
Ansicht einer erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung,
bei der die Elektronenstrahleinheit und das Strahlungserzeugungstarget
innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet sind und die Röntgenstrahlung
die Vakuumkammer durch ein Strahlungsaustrittsfenster in Richtung
Untersuchungsobjekt und Detektorarray verlässt.
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch
dargestellt. Sie besteht aus einer Elektronenstrahleinheit mit Elektronenkanone (1),
Fokussier-(3) und Ablenkspulen (4), einem Strahlungserzeugungstarget
(5) sowie einem Detektorarray (9). Zwischen dem
Strahlerzeugungstarget (5) und dem Detektorarray (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.
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Zur
Erleichterung der Beschreibung von Vorrichtung und Messverfahren
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.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
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
in x-Richtung 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 guter 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.
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In
der 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur schnellen
Röntgentomographie
für die Variante
eines linear abgelenkten Elektronenstrahls (2) in der Schnittdarstellung
skizziert. Hier wird noch einmal deutlich, dass Brennfleck (6)
und Detektorarray (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 Detektorarrays (10) sowie den Abstand des Detektorarrays
(10) vom Untersuchungsobjekt (8) 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.
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Das
Detektorarray (9) besteht aus einer Vielzahl möglichst
lückenlos
nebeneinander angeordneter Detektorelementen (10) (Röntgeneinzeldetektoren),
z. B. Szintillationsdetektoren oder Festkörperdetektoren auf ZnCdTe-Basis.
Das Detektorarray (9) ist möglichst vollständig um
das Untersuchungsobjekt (8) anzuordnen, so dass das Untersuchungsobjekt
(8) von jeder erreichbaren Brennfleckposition (6) aus
vollständig
auf dem Detektorarray (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 Untersuchungsobjekt (8) unter möglichst vielen Winkeln relativ
zur y-Achse zu durchstrahlen.
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Zur
Bestimmung von Zeitserien der Querschnittverteilung des Schwächungskoeffizienten
im Untersuchungsobjekt (8) muss die Messwerterfassung an
dem Detektorarray (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
Detektorarraysignale 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 das Detektorarray, 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 Vorrichtung festgelegten Winkelbereiches
und damit auch die Güte (räumliche
Auflösung)
der rekonstruierten Bilder.
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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 Untersuchungsobjekt (8) beschädigen oder dessen Funktion
beeinträchtigen
kann, oder wenn aus konstruktiven Gründen eine nahe Lage der Brennfleckbahn
(7) am Untersuchungsobjekt (8) nicht möglich ist.
Hier kann eine krummlinige Ablenkung des Brennflecks (6)
auf dem Target (5) eine mögliche Alternative darstellen. 4 zeigt
eine Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine kreisbogenförmige Auslenkung
des Elektronenstrahles (2) in der x,y-Ebene sowie ein dafür entsprechend
gestaltetes Target (5). Die für die Brennfleckbahn (7)
bestimmte 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 Untersuchungsobjekt (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, befinden sich bei dieser Variante wieder
das Detektorarray (9) in einer axialen Ebene mit der Brennfleckbahn
(7).
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In 5 ist
eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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.
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In 6 ist
eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt, mit der sich eine schnelle dreidimensionale Aufnahme
des Untersuchungsobjektes (8) realisieren lässt, ohne
Bestandteile des Aufnahmesystems oder das Untersuchungsobjekt (8)
mechanisch bewegen zu müssen. Der
Brennfleck (6) wird hier 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 des
für die
Vorrichtung charakteristischen geringen Abstandes der Brennfleckbahn (7)
zum Untersuchungsobjekt (8), kann so durch axiales Versetzen
der Brennfleckbahn (7) eine andere Durchstrahlungsebene
(11) im Untersuchungsobjekt (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. Wenngleich durch
die vertikale Versetzung der Brennfleckbahn die meisten Durchstrahlungsebenen
nicht mehr parallel zur x,y-Ebene liegen, bleibt das Merkmal von dem
in einer Ebene angeordneten Detektorarray (9) und der Brennfleckbahn
dann erhalten, wenn das Detektorarray (9) als lineare Anordnung
von Einzeldetektorelementen (10) parallel zur Brennfleckbahn
(7) ausgeführt
wird.
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In 7 ist
eine Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Stufentarget
dargestellt, bei welcher das Detektorarray (9) als Stapel
mehrerer bogenförmiger
oder linearer Anordnungen von Detektorelementen (10) ausgeführt ist.
Durch diese Vorrichtung ist eine sukzessive Durchstrahlung des Untersuchungsobjektes
(8) in einer Vielzahl parallel zueinander und transversal
zur Systemachse liegenden Ebenen möglich, wobei in jeder einzelnen
Ebene die Datenaufnahme ohne axialen Versatz erfolgt.
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8 zeigt
die Ansicht einer erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung,
bei der die Elektronenstrahleinheit (1)–(4) und das Strahlungserzeugungstarget
(5) innerhalb einer Vakuumkammer (12) angeordnet
sind und die Röntgenstrahlung
(11) die Vakuumkammer (5) durch ein Strahlungsaustrittsfenster
(13) in Richtung Untersuchungsobjekt (8) und Detektorarray
(9) verlässt.
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- 1
- Elektronenkanone
- 2
- Elektronenstrahl
- 3
- Fokussierspule(n)
- 4
- Ablenkspulensystem
- 5
- Strahlungserzeugungstarget
- 6
- Brennfleck
- 7
- Brennfleckbahn
- 8
- Untersuchungsobjekt
- 9
- Detektorarray
- 10
- Detektorelement
- 11
- Röntgenstrahl
- 12
- Vakuumkammer
- 13
- Strahlungsautrittsfenster