DE2456072B1 - Verfahren zur Darstellung der Intensitaet von Signalen,die in laengs einer gleichfoermig mit einer Sonde abgetasteten Linie verteilten Punkten vorliegen - Google Patents

Description

• Eine Variante der Erfindung, die auf dem gleichen Grundgedanken beruht und die ebenfalls zur Lösung der bereits genannten Aufgabe dient, besteht bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß darin, daß die Zeit zur Aufnahme des Signals eines Punktes (Punktzeit), gleich der Bildzeit des Fernseh-Monitors oder einem ganzzahligen Vielfachen davon gewählt wird und daß das Bild des Fernseh-Monitors jeweils nur an einer Stelle hellgetastet wird, deren Abstand vom Zeilenanfang oder von einer zu den Zeilen senkrechten Geraden dem Momentanwert der Signalintensität und deren Koordinate senkrecht zu den Zeilen der Koordinate des zugeordneten Punktes proportional ist. Bei diesem Verfahren ist eine weitere Herabsetzung der Geschwindigkeit zum Durchfahren der Linie möglich. Die Punkte können aus einem so kleinen Teil der Linie bestehen, bei dem es noch möglich ist, das Signal von dem eines benachbarten Punktes zu unterscheiden. Die Abmessungen des Punktes können beispielsweise durch den Querschnitt des Elektronenstrahls eines Raster-Elektronenmikroskops gegeben sein.
• Die Anwendung der Erfindung ist beispielsweise möglich zur Wiedergabe der Strahlungsintensität an der Körperoberfläche eines Patienten, dem ein radioaktives Präparat zu diagnostischen Zwecken eingegeben wurde. Ferner kommt die Anwendung der Erfindung bei einem Wärmestrahlungsmeßgerät in Frage, mit dem das Wärmeprofil eines zu untersuchenden Körpers gemessen werden soll. Die Strahlungsintensität bzw. das Wärmeprofil ist dabei längs einer Linie aufgenommen.
• Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung bei einer Rastervorrichtung angewendet werden, die ein Objekt in Form von mehreren Rasterzeilen abtastet; dabei ist es möglich, die Signalintensität senkrecht zu den Rasterzeilen ohne Eingriff in den Rastervorgang darzustellen. Außer bei dem bereits genannten Wärmestrahlungsmeßgerät, das neben der obengenannten linearen Abtastung auch rasterförmig über die Körperoberfläche hinweggeführt werden kann, ist diese Anwendung der Erfindung z.B. auch bei einem Raster-Elektronenmikroskop möglich. Da die Ausgangsinformation dieses Mikroskops in der Regel ohnehin auf einem Fernseh-Monitor wiedergegeben wird, dient das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zur Wiedergabe eines Überblicks über die zu erwartende Signalintensität. Auf diese Weise ist eine Einstellung der Bestrahlungsstärke vor bzw. während der rasterförmigen Abtastung des Präparats möglich.
• In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt ein Raster-Elektronenmikroskop 1, dessen Ausgangsinformation auf einem Fernseh-Monitor 2 wiedergegeben wird. Bei dem Raster-Elektronenmikroskop 1 wird ein Elektronenstrahl 3 durch eine Elektronenquelle erzeugt und durch ein nicht dargestelltes Linsensystem als feine Elektronensonde auf ein Objekt 4 fokussiert. Durch zwei Ablenksysteme 5, 6 kann der Strahl 3 rasterförmig über ein Feld des Objektes 4 geführt werden.
• Es sei zunächst der normale Betriebsfall der Anordnung beschrieben. Das Raster-Elektronenmikroskop 1 und der Fernseh-Monitor 2 sind synchron durch einen Raster-Generator RG betrieben. Dieser besteht im wesentlichen aus zwei Sägezahngeneratoren, nämlich einem Zeilengenerator 7 (x- bzw. x'-Richtung) und einem Zeilenvorschubgenerator 8 (y-bzw. y'-Richtung). Der Zeilenvorschubgenerator 8 kann beispielsweise durch das Versorgungsnetz 9 getriggert werden, so daß er mit 50 Hz läuft; die Rasterzeit des Mikroskops 1 bzw. die Bildzeit des Fernseh-Monitors 2 beträgt dann also T1 = 20 ms. Der Zeilengenerator 7 läuft üblicherweise mit einer Zeilenzeit T2 = 64 ys.
• Bei der Bestrahlung des Objektes 4 werden beispielsweise Sekundärelektronen ausgelöst, von denen ein Teil auf einen Halbleiterdetektor 10 fällt und dort Spannungsimpulse auslöst, die einem Integrationsverstärker 11 zugeführt werden. Die Ausgangsspannung U, des Verstärkers 11 ist der Intensität I der Sekundärelektronen, d.h. ihrer in den Detektor 10 fallenden Zahl proportional.
• Die Ausgangsspannung U, des Verstärkers 11 wird über eine elektrische Leitung 12 als Hellsteuersignal auf die Elektronenkanone 13 des Fernseh-Monitors 2 gegeben. Auf dem Fernseh-Monitor 2 ergibt sich damit ein Bild, dessen Helligkeitsverteilung ein direktes Abbild der Intensitätsverteilung des abgerasterten Präparatfeldes ist.
• Um einen Überblick über den Verlauf der Signalintensität senkrecht zu den Rasterzeilen des Elektronenmikroskops 1 zu erhalten, ist die in Fig. 1 a dargestellte Anordnung in folgender Weise modifizierbar: Durch zwei in gleicher Weise betätigte Umschaltkontakte 14, 15 wird der Integrationsverstärker 11 mit einem Komparator K1 verbunden, das Ablenkelement 6 vom Zeilengenerator 7 getrennt und an eine regelbare Spannung (Regelwiderstand 16) angeschlossen. Durch einen Auslöser 17 kann der Zeilenvorschub gestartet und gestoppt werden. Der Elektronenstrahl 3 des Raster-Elektronenmikroskops 1 fährt das Objekt 4 entlang der Linie L in der Zeit T, = 20 ms mit konstanter Geschwindigkeit ab. Die Linie L verläuft senkrecht zu den Zeilen des Rasterfeldes; ihre Länge ist der Höhe des normalerweise zeilenförmig abgerasterten Objektfeldes gleich, während ihr Abstand vom Zeilenanfang durch den Regelwiderstand 16 einstellbar ist.
• Die entlang der Linie L gemessene Signalintensität, d. h. die Anzahl der in den Detektor eintretenden Sekundärelektronen, wird in Form der Spannung U, auf den Komparator Kl gegeben. Dieser ist ferner mit dem Zeilengenerator 7 verbunden. Stimmt nun die Spannung U, mit dem Wert der Zeilenablenkspannung überein, so liefert der Komparator K, an stinem Ausgang einen Impuls, der zur Helltastung eines Punktes P in einer Zeile Z des Fernseh-Monitors 2 führt. Die y'-Koordinate des Punktes P ist durch den Zeilenvorschubgenerator 8 bestimmt. Sie entspricht der y-Koordinate des zugeordneten, auf der Linie L gelegenen Rasterpunktes. Dies ergibt sich aus der Synchronisation der y- bzw. der y'-Ablenkung der Elektronenstrahlen von Elektronenmikroskop 1 und Fernseh-Monitor 2. Die x'-Koordinate des Punktes, d. h. sein Abstand vom Zeilenanfang A, ist der Signalintensität des zugeordneten Rasterpunktes proportional, wie sich sofort aus der beschriebenen Wirkungsweise des Komparators Kl ergibt.
• Beim Durchfahren der Linie L auf dem Präparat entsteht somit auf dem Fernseh-Monitor eine Folge von hellgetasteten Punkten P, die jeweils in einer Zeile Z des Monitors 2 liegen und aus deren Lage die Intensität der Sekundärelektronen zu erkennen ist.
• Die Punkte ergeben eine Kurve K.
• Bei der in Fig. 1 a dargestellten Anordnung ist die Geschwindigkeit, mit der die Linie L durchfahren wird, gering. Damit ergibt sich die Möglichkeit, an Stelle eines schnell entstehenden Signals (Sekundärelektronen) ein langsames Signal aufzunehmen. Darunter ist z.B. die bereits erwähnte sekundäre Röntgenstrahlung zu verstehen. Es ist dann lediglich ein geeigneter Detektor einzusetzen; im Falle der sekundären Röntgenstrahlung ist z.B. ein energiedispersiver Halbleiterdetektor zu verwenden.
• Fig. 1 a zeigt ferner eine Möglichkeit, die Kurve K in Richtung der Zeilen Z zu verschieben, so daß die Abszisse der Kurve K durch eine Gerade A' gegeben ist; die Gerade A' verläuft senkrecht zu den Zeilen Z.
• Die Verschiebung kann dabei ein Maß für den Abstand der Linie L vom Zeilenanfang des Rasterfeldes sein. Dazu ist es lediglich erforderlich, die am Widerstand 16 abgegriffene Spannung über eine Summationseinrichtungl8 auf die x'-Ablenkelemente 19 des Fernseh-Monitors 2 zu geben.
• Das in Fig. 1 b gezeigte Ausführungsbeispiel stellt eine Variante zu der in Fig. 1 a gezeigten Anordnung dar. Die in Fig. 1 b gezeigte Schaltung ermöglicht es, ohne Eingriff in den üblichen Rastervorgang des Elektronenmikroskops 1 die Signalintensität längs der Linie L wiederzugeben. Der Zeilengenerator 18 ist dazu mit einem Komparator K2 verbunden, der zusätzlich mit dem regelbaren Widerstand 16 in Verbindung steht. Stimmt die an diesem Widerstand abgegriffene Spannung mit der Ausgangsspannung des Rastergenerators 18 überein, so gibt der Komparator K2 einen Impuls S an einen Momentanwertspeicher 20 (sample and hold-Schaltung) weiter. Der Momentanwertspeicher 20 ist in der gezeigten Weise zwischen den Integrationsverstärker 11 und den Komparator Kl eingeschaltet. Er hält die bei Auftreten des Impulses S am Ausgang des Integrationsverstärkers 11 auftretende Spannung U, fest und gibt sie an den Komparator Kl weiter. Stimmt die festgehaltene Spannung U, mit der Zeilenablenkspannung überein, so wird der Fernseh-Monitor in derselben Weise wie an Hand von Fig. la dargestellt, hellgetastet.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Korpuskular-Strahlungsmeßgerät 21, z.B. ein Zählrohr mit nachgeschaltetem Integrationsverstärker, vorgesehen, das mittels eines mechanisch gesteuerten Abtastsystems 22 eine zu untersuchende Fläche F rasterförmig abtasten kann. Bei dieser Fläche F handelt es sich z. B. um einen Teil der Körperoberfläche eines Patienten, dem ein radioaktives Präparat (z.B. J-131) zu diagnostischen Zwecken zugeführt wurde.
• Zur Bestimmung der Intensität der längs einer Linie L ausgesandten radioaktiven Strahlung und Darstellung des Intensitätsverlaufs auf einem handelsüblichen Fernseh-Monitor 2 ist die in Fig. 2 gezeigte Anordnung folgendermaßen gestaltet: Das Abtastsystem ist beifestgehaltener x-Auslenkung (einzustellen durch den Widerstand 16) durch einen Sägezahnge- nerator 23 entlang der Linie L gleichförmig über die Fläche F geführt. Der Sägezahngenerator 23 kann durch eine Startvorrichtung 17 gestartet und nach einmaligem Durchfahren der Linie L gestoppt werden.
• Die Eigenzeit T des Sägezahngenerators ist ein Vielfaches der Eigenzeit T1 des Zeilenvorschubgenerators 8 des Fernseh-Monitors 2. Sie ergibt sich aus dem Produkt der Anzahl N der Punkte der Linie L, deren Intensitäten gemessen werden, und der Zeit T zur Bestimmung der Intensität eines Punktes. Die Zeit z ist dabei gleich der Zeit T1 bzw. einem ganzzahligen Vielfachen davon.
• Der Verlauf der Intensität der von den einzelnen Punkten der Linie L ausgesandten radioaktiven Strahlung kann entsprechend den Ausführungsbeispielen der Fig. la und lb auf dem Fernseh-Monitor 2 wiedergegeben werden. Dazu ist der Strahlungsdetektor 21 mit einem Komparator Kl verbunden, der die am Ausgang des Detektors 21 auftretende Spannungmit der Zeilenablenkspannung des Fernseh-Monitors 2 vergleicht. Stimmen die beiden Spannungen überein, so liefert der Komparator Kl an seinem Ausgang einen Impuls, der auf ein UND-Gatter 24 gegeben wird. An das UND-Gatter 24 ist ferner ein Komparator K3 angeschlossen, der bei Übereinstimmung der Ausgangsspannungen des Sägezahngenerators 23 und des Zeilenvorschubgenerators 8 an seinem Ausgang ebenfalls einen Impuls abgibt. Das UND-Gatter 24 gibt an seinem Ausgang dann ein Hellsteuersignal an die Elektronenkanone 13 des Fernseh-Monitors 2 ab, wenn die beiden Komparatoren Kl und K2 gleichzeitig einen Impuls auf den Eingang des UND-Gatters geben. Auf diese Weise wird der Fernseh-Monitor während seiner Bildzeit T1 (= 20 ms) ein einziges Mal hellgetastet. Die Helltastung erfolgt an einer Stelle, deren x'-Koordinate ein Maß für die Intensität der radioaktiven Strahlung und deren y'-Koordinate ein Maß für die y-Auslenkung des Abtastsystems ist.
• Damit ist es möglich, einen sehr langsam ablaufenden Vorgang auf einem Fernseh-Monitor mit den üblichen genormten Ablenkfrequenzen - darzustellen. Unter Vorgang ist dabei der Verlauf der Intensität der radioaktiven Strahlung längs der Linie L zu verstehen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Darstellung der Intensität von Signalen, die in längs einer gleichförmig mit einer Sonde abgetasteten Linie verteilten Punkten vorliegen, durch einen Fernseh-Monitor, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit (X), in der die Linie vollständig durchfahren wird (Linienzeit), gleich der Bildzeit des Fernseh-Monitors (2) gewählt wird und daß die Zeilen (Z) des Fernseh-Monitors (2) jeweils nur an einer Stelle (P) hellgetastet werden, deren Abstand vom Zeilenanfang (A) oder von einer zu den Zeilen (Z) senkrechten Geraden (A') dem Momentanwert der Signalintensität (I) proportional ist.
2. 2. Verfahren zur Darstellung der Intensität von Signalen, die in längs einer gleichförmig mit einer Sonde abgetasteten Linie verteilten Punkten vorliegen, durch einen Fernseh-Monitor, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit (T) zur Aufnahme des Signals eines Punktes (Punktzeit), gleich der Bildzeit (Tl) des Fernseh-Monitors (2) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon gewählt wird und daß das Bild des Fernseh-Monitors (2) jeweils nur an einer Stelle hellgetastet wird, deren Abstand (x') vom Zeilenanfang oder von einer zu den Zeilen senkrechten Geraden dem Momentanwert der Signalintensität und deren (y')-Koordinate senkrecht zu den Zeilen (Z) der (y)-Koordinate des zugeordneten Punktes proportional ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Anwendung bei einer Rastervorrichtung, die ein Objekt (4) in Form von mehreren Rasterzeilen abtastet, zur Darstellung der Signalintensität senkrecht zu den Rasterzeilen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anwendung bei einem Raster-Elektronenmikroskop (1) als Rastervorrichtung.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung der Intensität von Signalen, die in längs einer gleichförmig mit einer Sonde abgetasteten Linie verteilten Punkten vorliegen, durch einen Fernseh-Monitor.

   Ein derartiges Verfahren ist unter der Bezeichnung »Linienrasterung« (line-scanning) bei einem Raster-Elektronenmikroskop bekannt (vgl. ELEKTRONIK, 1972, Heft 12, Seiten 415ff.). Der Elektronenstrahl des Mikroskops wird dabei entlang einer Geraden auf der Oberfläche einer Probe geführt. Synchron mit dem Elektronenstrahl wird auf einer Elektronenstrahlröhre die Horizontalablenkung. d. h. die Ablenkung in Richtung der Zeilen, betrieben. Die Vertikalablenkung des Elektronenstrahls der Röhre wird proportional zur Intensität der jeweils gemessenen Signale vorgenommen. Als Signale können dabei beispielsweise die Sekundärelektronen Verwendung finden.

   Auf der Elektronenstrahlröhre ergibt sich eine Kurve, deren Darstellung der üblichen Kurvendarstellung entspricht, d. h. die Intensität des Signals ist über der in horizontaler Richtung verlaufenden Abszisse aufgetragen.

   Verwendet man als Elektronenstrahlröhre einen handelsüblichen Fernseh-Monitor mit den festliegenden Normen für Zeilen- und Bildfrequenz (in Deutschland Zeilenfrequenz = 15625 Hz, Bildfrequenz = 50 Hz für das 312,5zeilige Halbbild, bei dem nur jede zweite Zeile geschrieben wird), so ist man auch mit dem Elektronenstrahl-Ablenksystem des Raster-Elektronenmikroskops an diese Normen gebunden; d. h., daß der Elektronenstrahl lediglich während einer Zeit von 64 X 10-6s in der beschriebenen Weise über das Präparat geführt wird. Eine derart schnelle Abtastung ist jedoch nur dann möglich, wenn das durch die Elektronenbestrahlung des Objekts hervorgerufene Signal entsprechend schnell entsteht; das ist beispielsweise der Fall bei Verwertung der Sekundärelektronen als Signal und bei nicht zu hohen Vergrößerungen.

   Es gibt jedoch Vorgänge, die eine so schnelle Abtastung des Objekts nicht gestatten, da zur Gewinnung eines signifikanten Signals der betreffende Objektpunkt für eine längere Dauer bestrahlt werden muß.

   Das ist beispielsweise der Fall, wenn man bei einem Raster-Elektronenmikroskop die sekundäre Röntgenstrahlung als Signal verwerten will. Das bedeutet, daß in diesem Fall bei dem bekannten Verfahren die Horizontalablenkung des Elektronenstrahls des Monitors erheblich verlangsamt werden muß.

   Dies ist jedoch bei einem handelsüblichen Fernseh-Monitor nur sehr beschränkt möglich. Die Schwingungskreise des Monitors zur Erzeugung der Ablenkspannungen sind nämlich zusammen mit den Ablenkspulen der Bildröhre auf die Normfrequenzen abgestimmt, so daß eine Verlangsamung der Horizontalablenkung zumindest ohne bauliche Eingriffe nicht in Betracht kommt. Eine solche Änderung erfordert vielmehr einen anderen, von vornherein mit langsamerer Horizontalablenkung versehenen Monitor, also einen erheblichen Aufwand.

   Die vorliegende Erfindung befaßt sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit der Aufgabe, die Darstellung des Verlaufs der Signalintensität bei langsam ablaufenden Vorgängen auf einem handelsüblichen Fernseh-Monitor zu ermöglichen.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zeit, in der die Linie vollständig durchfahren wird (Linienzeit), gleich der Bildzeit des Fernseh-Monitors gewählt wird und daß die Zeilen des Fernseh-Monitors jeweils nur an einer Stelle hellgetastet werden, deren Abstand vom Zeilenanfang oder von einer zu den Zeilen senkrechten Geraden dem Momentanwert der Signalintensität proportional ist.

   Bei diesem Verfahren ergibt sich der Verlauf der Signalintensität aus der Lage der in jeder der Zeilen hellgetasteten Punkte; die Abszisse der so auf dem Fernseh-Monitor gebildeten Kurve verläuft in vertikaler Richtung, d. h. senkrecht zu den Zeilen.