DE2640455A1

DE2640455A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines zweidimensionalen bildes einer roentgenstrahlabsorptionsverteilung von einem querschnitt eines objektes, mit dem man insbesondere ein bild der dreidimensionalen struktur des objektes mit hilfe der roentgenbestrahlung gewinnen kann

Info

Publication number: DE2640455A1
Application number: DE19762640455
Authority: DE
Inventors: Eiji Watanabe
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1977-03-31
Also published as: FR2324191A1; FR2324191B1; US4045672A

Description

0 0 0 München 22 · S t e i η s d or f s l r * dc '· i ' : ■■ f ο η 089 / 29 84 62

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NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagami-cho, Akishima-shi, TOKYO/JAPAN

Vorrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Bildes einer Röntgenstrahlabsorptionsverteilung von einem Querschnitt eines Objektes, mit dem man insbesondere ein Bild der dreidimensionalen Struktur des Objektes mit Hilfe der Röntgenbestrahlung gewinnen kann

Bei der Untersuchung von Objekten mit Hilfe von Röntgenstrahlen ist die sogenannte Rechnertomographie bekannt. Mit Hilfe dieser Untersuchungsmethode, welche vor kurzem entwickelt worden ist, kann man genauere Informationen erhalten als dies mit der herkömmlichen Röntgenstrahlprojektionsmethode möglich war. Bei der Tomographie umläuft die Röntgenstrahlquelle eine Achse eines Objektes, wobei die von der Röntgenstrahl quelle ausgesendeten Röntgenstrahlen durch einen Teil einer Querschnittsebene eines Objektes hindurchgelangen. Gleichzeitig werden die durch die

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Querschnittsebene hindurchgetretenen Röntgenstrahlen bei jedem Bestrahlungsweg gemessen. Auf diese Weise wird jeder Matrixbereich in der Querschnittsebene durch den Röntgenstrahl in mehreren verschiedenen Richtungen mehrmals bestrahlt. Der Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient in jedem Matrixbereich wird mit Hilfe eines Rechners aus den Ergebnissen des Empfangs der hindurchgetretenen Röntgenstrahlen und den Positionsdaten der jeweiligen Bestrahlungswege errechnet. Das Röntgenstrahlbild der Querschnittsebene erhält man dann durch Wiedergabe der Röntgen Strahlabsorptionskoeffizienten der entsprechenden Matrixbereiche in zweidimensionaler Form.

Die zur Durchführung dieser Methode bekanntgewordenen Vorrichtungen besitzen einen äußerst komplizierten Aufbau und ermöglichen einen nur schwerfälligen Betrieb. Darüber hinaus benötigt man eine relativ lange Meßzeit, um ein Röntgenstrahlbild von einer Querschnittsebene zu gewinnen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Meßzeit zur Erzielung eines Röntgenstrahlbildes in einer Querschnittsebene eines Objektes zu verkürzen, wobei man darüber hinaus eine Vorrichtung noch gewinnt, deren mechanischer Aufbau vereinfacht ist, so daß die mechanische Handhabung der Einrichtung beim Messen vereinfacht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzielung eines zweidimensionalen Bildes einer Röntgenstrahlabsorptionsverteilung von einem Querschnitt eines Objektes mit folgenden Bestandteilen:

a) eine Flektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahles,

b) eine Fokussiereinrichtung zur Fokussierung des Elektronenstrahles, der auf ein Target gerichtet wird,

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c) eine Führungsplatte, welche mit einem Loch versehen ist und mit der der Röntgenstrahl, der vom Target ausgeht, auf das Objekt gerichtet wird,

d) Abtastmittel , durch welche der Flektronenstrahi die Oberfläche des Target in der Weise abtastet, daß der Röntgenstrahl in entsprechender Weise einen Querschnitt des Objektes abtastet,

e) eine Dreheinrichtung für die in den Punkten a), b), c) und d) genannten Bestandteile um das Objekt,

f) einen Detektor zum Frfassen und Messen der Intensität der durch das Objekt hindurchgegangenen Röntgenstrahlen,

g) einen Speicher des Ausgangs des Detektors zusammen mit entsprechenden Ausgangssignalen der Abtasteinrichtung und der Dreheinrichtung während des Abtastens und des Drehens,

h) eine Recheneinrichtung zur Gewinnung des Absorptionsv/ertes in jedem Mikromatrixbereich auf der Querschnittsebene aus den im Speicher gespeicherten Daten und

i) einem Aufzeichnungsgerät für die Wiedergabe der entsprechend errechneten Absorptionswerte in zweidiraensionaler Form.

Bei der Erfindung wird in einer Röntgenstrahlen erzeugenden Säule mit Hilfe eines Targets, das durch einen scharf fokussierten Elektronenstrahl bestrahlt wird und welches eine Strahlführungsplatte mit einem Loch aufweist, ein RÖntgenmikrostrahl erhalten. Die Strahlrichtung des Röntgen Strahles kann bei der Abtastbewegung des Elektronenstrahles über das Target verändert werden. Dieser Röntgenstrahl bestrahlt ein Objekt und gelangt durch eine dünne Querschnittsebene hindurch. Hierbei dreht sich die röntgenstrahlerzeugende Säule um das Objekt herum. In Abhängigkeit von der Drehbewegung und von der Abtastbewegung des Elektronenstrahles werden Signale erzeugt, welche gleichzeitig mit dem Ausgangssignal des Röntgenstrahldetektors, der die durch das Objekt hindurchgetretenen

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Röntgenstrahlen empfängt, mit HiKe eines Speicheritreises gespeichert werden. Eine Recheneinrichtung ermittelt dann für jeden Mikromatrixbereich der Schnittebene des Objektes den Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient und liefert entsprechende Ausgangssignale an ein Bildwiedergabegerät, welches ein Röntgenstrahlbild einer Schnittebene des Objektes wiedergibt.

Bei der Erfindung kommt somit ein Röntgenstrahlgerät zur Anwendung, das Ablenkmittel aufweist ζ Ablenkung des lUektronenstrahles, so daß dieser die Oberfläche des Targets abtastet. Auf diese Weise wird die Richtung des Röntgenmikrostrahles beim Bestrahlen des Objektes verändert.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß die mechanische Handhabung des Gerätes bei der Durchführung der Messung, insbesondere bei der Durchführung der Computertomographie, äußerst einfach ist.

In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Ausführungsbeispiele soll die Frfindung noch näher erläutert werden. Fs zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel;

Fig. 2, Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel in der Fig. 1; 3 und 4

Fig. 5 in schematischer Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung des Ausführungsbeispieles in der Fig. 5;

Fig. 7 eine Strahlführungsplatte für die Ausführungsbeispiele in den Fig. 1 und 5 im Detail;

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Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Frläuterung der Signalverarbeitung bei der Erfindung;

Fig. 9 Blockschaltbilder weiterer Ausiührangsbeispiele; und 10

Fig. 11 eine Darstellung zur Frläutenmg des Ausführuiigsbeispieies in der Fig. 10;

Fig. 12 den wesentlichen Teil eines weiteren Ausführiingsbeispieles und

Fig. 13 eine Darstellung zur Erläuterung des Ausfüfirungsbeispieles In der Fig. 12.

Die Fig. 1 zeigt eine Vakuumsäule 1 eines Röntgenstrahlgerätes. Diese Säule enthält eine Elektronenstrahlquelle 2 zur Erzeugung eines Elektronenstrahles 3. Ferner enthält die Säule ein Target 4_S eine Konclensorlinse 5 zur Fokussierung des Elektronenstrahles 3,""· der auf das Target 4 gerichtet ist. Ferner sind Ablenkmittel 6X, TX, 6Y und Τι sowie eine Strahlführungsplatte 8 mit einem Loch P vorgesehen. Ein Röntgeastrahidetektor 9 enthält im wesentlichen einen großen Szintillator, einen Photovervielfacher und einen Kollimator, welcher den Fmpfang gestreuter Röntgenstrahlen verhindert. Dieser Röntgenstrahldetektor 9 ist der Strahlführungsplatte 8 in der Vakuumsäule 1 gegenüber angeordnet. EIe Objekt 10 wird zwischen der Strahlführungsplatte 8 und dem Röntgenstrahldetektor 9 angeordnet. lsi Fig. 2 ist ein drehbarer Träger II gezeigt, an welchem die Vakuumsäule und der Röntgenstrahldetektor 9 befestigt sind. Dieser drehbare Träger dient zur Drehung der Vakuumsäule 1 und des Röntgenstrahldetektors 9 um eine Achse 12 des Objekles 10, welches auf einem Tisch 14 ruht. Eine Antriebseinrichtung 13 wird von einem Fundament 15 getragen. Die Antriebseinrichtung 13 steht te Drehverbindung mit dem drehbaren Träger 11 und der Vakuumsäule 1 sowie dem Höntgenstrahldetektor 9. Kin Teil des Ausganges eines Verstärkers 16 wird an ein Bildwiedergabegerät 17 über einen

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Schalterstromkreis 18 geliefert. Der restliche Teil des Ausganges des Verstärkers 16 wird über einen A-B -Konverter 20 an eine Speicherschaltung 19 geliefert. Die Ausgänge eines Abtastsignalgenerators 21 werden an die Ablenkmittel 6X, TX, 6Y und 7Y, an die Speicherschaltung 19 und über den Schalterstromkreis 18 an das Bildwiedergabegerät 17 gelegt. Fine Rechnerschaltung 22 ermittelt den RÖntgenstrahlabsorptionskoeffizient eines jeden Matrixbereiches auf einer Querschnittsebene 23 des Objektes Die Rechnerschaltung verwertet hierbei Signale, die sie aus der Speicherschaltung 19 liest. Der Ausgang der Rechnerschaltung 22 wird über einen D-A-Konverter 24 und den Schalterstromkreis 18 an das Bildwiedergabegerät Vl geliefert. Fine Rechnersteuerschaltung 25 steuert die Rechnerschaltung 22, die Speicherschaltung 19, die Antriebseinrichtung 13, can Schalterstromkreis 18 und den Abtastsignalgenerator 21.

Sobald die Rechnersteuerschaltung 25 Signale an die verschiedenen Schaltungen und Einrichtungen liefert, wird ein errechnetes Tomographieröntgenstrahlbild der Schnittebene 23 des Objektes 10 gewonnen. Der Abtastsignalgenerator 21 liefert hierzu Signale an die Ablenkmittel 8S. IX, 6Y und 7Y, so daß der Elektronenstrahl über das Target 4 hin in eine Richtung F verschoben wird, welche senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen dem Loch P und der Achse 12 verläuft, wie das auch aus Fig. 3 zu entnehmen ist. Diese Fig. zeigt eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispieles in der Fig. 1. Ein Röntgenmikrostrahl 26, der auf das Loch P gerichtet ist, bestrahlt die Schnittebene 23 und tastet diese vollständig ab. Die Rechnersteuerschaltung 25 steuert gleichfalls die Antriebseinrichtung 13 in der Weise, daß die Vakuumsäule 1 im Uhrzeigersinn um die Achse 12 geschwenkt bzw. gedreht wird. Die Vakuumsäule und der Röntgenstrahldetektor verlaufen hierbei von Positionen 1* und 9* zu Positionen 1" und 9", nachdem bei jedem Schritt der Röntgenstrahl eine Abtastung vollendet hat. Auf diese Weise verdreht die Antriebseinrichtung 13 die Vakuumsäule 1 und den Detektor 9 jeweils um einige Grad um die Achse 12, beispielsweise über einen Winkelbereich von mehr als 100°. Während der vorstehend beschrie-

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benen Drehbewegungsfolge werden die Ausgangssignale des Röntgenstrahl detektors 9 über den Verstärker 16 und den A-D-Konverter 20 zusammen mit den Ausgangssignalen des Abtastsignalgenerators und den Ausgangs-Signalen der Antriebseinrichtung 13 in die Speicherschaltung 19 geliefert. Diese gespeicherten Signale werden an die Rechnerschaltung 22 ausgegeben und beim Ermitteln des Röntgenstrahlkoeffizienten für jeden Matrixbereich auf der Schnittebene 23 verwendet. Die errechneten Signale werden dann über den D-A-Konverter 24 und den Schalterstromkreis 18 an das Bildwiedergabegerät 17 geliefert, so daß ein Röntgenstrahibild der Schnittebene des Objektes 10 auf dem Bildwiedergabegerät wiedergegeben wird.

Wenn dann zur Erzeugung eine s Röntgenstrahlprojektionsbildes die Rechnersteuerschaltung 25 Steuersignale an die verschiedenen Einrichtungen und Schaltungen liefert, verbleibt die Vakuumsäule 1 und der Röntgenstrahldetektor 9 stationär in einer bestimmten Stellung. Der Abtastsignalgenerator 21 erzeugt ein Abtastsignal, mit dessen Hilfe der Flektronenstrahl 3 das Target 4 zweidimensional abtastet. Der gewonnene Röntgenstrahl 26, welcher durch das Loch P der Strahlführungsplatte 8 geleitet wird, bestrahlt einen bestimmten abgetasteten Bereich des Objektes 10 in zweidimensionaler Weise, wie das in der Fig. 4 dargestellt ist. Gleichzeitig werden die hindurchgetretenen Röntgenstrahlen durch den Röntgenstrahldetektor 9 empfangen. Wenn das Fenster des Röntgenstrahldetektors 9 breit genug ist (in Richtung der Achse 12), so daß alle durch den abgetasteten Bereich des Objektes 10 hindurchgetretenen Röntgenstrahlen empfangen werden, ist es nicht notwendig, den Röntgenstrahldetektor 9 zu verschieben. Ist das Fenster des Detektors 9 jedoch nicht breit genug, ist es notwendig, mit Hilfe einer Verschiebeeinrichtung (nicht gezeigt) den Röntgenstrahldetektor 9 in Richtung der Achse 12,beispielsweise aus der Stellung 9a in die Stellung 9b (Fig. 4), zu verschieben. Die Verschiebung hängt ab vom Wert des Ausgangssignals des Abtastsignalgenerators 21. Die Verschiebeeinrichtung ist am drehbaren Träger 11 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Röntgenstrahldetektors 9 wird über den Verstärker 16 und den Schalterstromkreis 18 an das BiId-

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wiedergabegerät 17 weitergeleitet. Da das Abtastsignal des Abtastsignalgenerators 21 ebenfalls an das Bildwiedergabegerät 17 über den Schalter Stromkreis 18 geliefert wird, ist das Bildwiedergabegerät mit der RÖntgenstrahlabtastung synchronisiert. Demzufolge kann man beim Wiedergeben eines Röntgenstrahlprojektionsbildes auf dem Bildwiedergabegerät 17 die Position der Querschnittsebene 23 bestimmen, welche gerade untersucht wird.

Die Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Frfindung. Mit diesem Ausführungsbeispiel kann man ein Röntgenstrahlbild einer Querschnitts ebene 27 erzeugen, welche bezüglich der Querschnittsebene 23, die senkrecht zur Achse 12 des Objektes 10 liegt, geneigt angeordnet ist. Dies erzielt man durch Verschiebeeinrichtungen 28 und 29, welche den Röntgen Strahldetektor 9 und die Vakuumsäule 1 parallel zur Achse 12 verschieben. Die Verschiebebewegung wird durch eine Steuereinrichtung 30 gesteuert, welche ihrerseits durch das Ausgangssignal der Rechnersteuerschaltung gesteuert wird. Durch die Verschiebebewegungen der Verschiebeeinrichtung können die in Fig. 6 dargestellten B°ziehungen bzw_e Verhältnisse mit Hilfe der Bewegung der Antriebseinrichtung 13 geschaffen werden. Die Antriebseinrichtung wird hierbei über eine Drehbewegungssteuerschaltung von der Rechnersteuerschaltung 25 gesteuert. In der Fig. 6 ist auf der Abszisse die Größe der Verschiebung ζ aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Drehwinkel φ aufgetragen. Die durchgezogene Linie a.' entspricht der Stellung des Loches P, während die unterbrochene Linie b' der Stellung des Röntgenstrahldetektors 9 entspricht. Die Rechnersteuerschaltung steuert außerdem den Abtastsignalgenerator 21 und einen Ablenksignalgenerator 32. ^er Ablenksignalgenerator ist mit einer Ablenkeinrichtung verbunden. Diese Ablenkeinrichtung dient zur Änderung des Winkels θ , der durch den Röntgenstrahl 26 und durch eine senkrecht zur Strahlführungs platte 8 verlaufende Linie 34 gebildet wird. Die Rechnersteuerschaltung steuert den Winkel θ und die Lage des Loches P in der Weise, daß der Röntgenstrahl 26 ständig die geneigt vorgesehene Querschnittsebene 27

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unabhängig vom Drehwinkel φ bestrahlt.

Wenn die Rechnersteuerschaltung 2,5 zum Bestrahlen der geneigten Querschnittsebene entsprechende Steuersignale an die verschiedenen Einrichtungen und Schaltungen liefert, werden die durch das Objekt hindurchgetrete nen Röntgenstrahlen durch den Röntgenstrahldetektor 9 empfangen und durch die Speicherschaltung 19 über den A-D-Konverter 20 gespeichert. Diese Speicherung erfolgt zusammen mit den Ausgangssignalen des Abtastsignalgenerators 21 und der Drehbewegungssteuerschaltung 31. Die gespeicherten Daten werden dann von der Rechnerschaltimg 22 ausgelesen und man erhält hieraus den Röntgenstrahlabsorptionskoeff izient für jeden Matrixbereich der geneigt angeordneten Querschnittsfläche 27. Das Rechenergebnis aus der Rechnerschaltung 22 wird über den D-A-Koverter 24 an das Bildwiedergabegerät 17 geliefert. Dieses gibt ein Röntgenstrahlbild der geneigten Querschnittsfläche des Objektes

Wenn der Winkel θ Null ist, wird der Elektronenstrahl durch die Ablenkeinrichtung 33 aus der Achse 12, wie in Fig. 5 dargestellt, abgelenkt. Auf diese Weise kann man die Intensität des Röntgenstrahl^ der vom Target abgestrahlt wird,und den Finfallwinkel β des Elektronenstrahls vergrößern. Wie schon erwähnt, kann die Verschiebeeinrichtung 28 entfallen, wenn man einen Röntgenstrahldetektor mit einem breiten Fenster verwendet. Wenn der Röntgenstrahldetektor mit einem runden Fenster ausgestattet ist, ist es nicht notwendig, den Röntgenstrahldetektor 9 zu drehen.

Die Fig. 7 zeigt die Strahlführungsplatte 8, welche bei den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 und 5 zur Anwendung kommt, im Detail. Fin Dünnfilmfilter 35 aus Aluminium,Ku|fer oder einem anderen Element mit einer bestimmten Atomzahl ist im Loch P der Strahlführungsplatte 8 angeordnet. Auf diese Weise wird die Niedrigenergiekomponente des Röntgenstrahles, welche durch die Teilstrahlen 36a und 36b dargestellt ist, reduziert.

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Dieser Reduziereffekt des Filters ist konstanter bei Anordnung des Filters im Loch als wenn das Filter an der Stelle 35b angeordnet wäre. Wenn das Filter an der Stelle 35b sich befinden würde, würde der Röntgenstrahl mit einer größeren Streuung auf das Filter auftreffen. Auf diese Weise ergäbe sich ein weniger konstanter Fffekt wegen der geringen Dickenunterschiede des Filters, welche aus fehlerhafter Herstellung resultieren können.

Man kann auch ein Röntgenstrahlbild einer geneigten Querschnittsebene erhalten, ohne daß der Röntgenstrahl geneigt geführt werden muß. Die Fig, 8 zeigt,wie man ein Röntgenstrahlbild einer geneigten Querschnitts ebene erhalten kann. In der Fig, sind Schnittebenen 37a, 37b .... 37d des Objektes 10 dargestellt. Diese Schnittebenen verlaufen senkrecht zur Achse 12 des Objektes 10 und werden durch den Röntgenstrahl nacheinander bestrahlt. Die Bestrahlung kann man mit dem in der Fig. 5 dargestellten Gerät durchführen, wobei man die Verschiebeeinrichtungen 28 und 29 verwendet. Der Röntgenstrahlkoeffizient eines jeden Matrixbereiches in jeder Schnittebene wird , wie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 und δ schon erläutert, errechnet und in der Speicherschaltung 19 gespeichert. Die geneigt angenommene Schnittfläche 38 wird durch die Rechner Steuer schaltung 25 bestimmt, indem diese die errechneten Werte, welche zu den querverlaufenden Linien 38a, 38b .... 38d gehören, herausliest. Diese querverlaufenden Linien bilden die Schnittlinien der geneigt angenommenen Schnittfläche 38 mit den Schnittebenen 37a, 37 b .... 37d. Danach werden die herausgelesenen Werte an das Bildwiedergabegerät über den D-A-Konverter 24 weitergeleitet, so daß dort ein Röntgenstrahlbild der geneigten Schnittebene 38 wiedergegeben wird.

Wenn ein Organismus, beispielsweise eines menschlichen Körpers, eine Lunge, Nieren, Gefäße, das Gehirn und dgl. untersucht werden soll und als Objekt in einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorhanden ist, ergibt sich für die Querschnittsebene ein teilweise verschwommenes Bild, da die Meßzeit langer ist als die Veräiiderungsperioden

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der verschiedenen Organe des menschlichen Körpers. Um dies zu vermeiden, ist, wie in Fig. 9 dargestellt, ein Monitor 39 vorgesehen, welcher die Anderungsperioden als elektrische Signale ermittelt und empfängt, indem der Monitor elektrische Ströme, akustische Signale oder auch Bewegungen, welche von einem bestimmten Körperteil erzeugt werden, überwacht. Die Ausgangssignale des Monitors 39 werden durch die Speicherschaltung 19 zusammen mit den Ausgangssignalen des Abtastsignalgenerators 21, der Drehbewegungsstromschaltung 31 und des Röntgenstrahldetektors 9 gespeichert. Aus den gespeicherten Daten wird dann nur eine zu einem speziellen Zustand des ausgewählten Organes gehörige Information an die Rechner schaltung 22 durch die Rechnersteuer schaltung 25 weitergegeben. Auf diese Weise ist es möglich, daß das Bildwiedergabegerät auch noch Röntgenstrahlbilder von Querschnitts ebenen wiedergibt bei irgendeinem bestimmten der verschiedenen Zustände des Körpers. Dieser Zustand wird durch die Auslesebedingung der Rechnersteuerschaltung 25 ausgewählt.

Wenn ein Röntgenstrahlbild einer Schnittebene nur in einem ganz speziellen

/ist
Zustand erforderlich^ kann man das Ausgangssignal des Monitors 39 direkt an die Rechnersteuerschaltung 25 legen,, wie das durch die strichlierte Linie in der Fig. 9 dargestellt ist. Hierbei betätigt die Rechnersteuerschaltung 25 das Röntgenstrahlgerät und seine Verschiebeeinrichtungen in Abhängigkeit vom Ergebnis der Analyse der Überwachungssignale. Auf diese Weise wird der Körper nur mit einer solchen Strahlungsmenge der Röntgenstrahlung bestrahlt, wie sie zur tatsächlichen Messung notwendig ist.

In der Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem ein ringförmiges Target 40 am einen Ende einer trichterförmigen Vakuumsäule 41 angeordnet ist. Der Elektronenstrahl 3 der Elektronenstrahl quelle 2 wird durch die Kondensorlinse 5 fokussiert und durch Ablenkeinrichtungen 42 und 43 in der Weise abgelenkt, daß die Oberfläche des

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ringförmigen Targets 40 mit einem scharfen Brennfleck bestrahlt wird. Die Ablenkeinrichcungen 42 und 43 werden von einem Ablenksignalgenerator mit entsprechenden Signalen beliefert. Auf diese Weise ändert der Elektronenstrahl seine Lage kontinuierlich oder schrittweise entlang der Peripherie des Targets. Der Ablenksignalgenerator 44 wird durch Ausgangssignale des Abtastsignalgenerators 21 und der Drehbewegungssteuerschaltung 31 gesteuert. Eine Strahlführungsplatte 45 ist an einem ringförmigen Träger befestigt, der ebenfalls um eine zur Achse 12 des Körpers 10 koaxial verlaufende Achse gedreht werden kann. Die Lage der Strahlführungsplatte 45 wird mit Hilfe eines Motors 47 in Umfangsrichtung geändert. Dieser Motor dreht den ringförmigen Träger 46. Die Drehung des Elektronenstrahles 3 ^rfolgt synchron,da der Motor 47 durch die Drehbewegungssteuerschaltung 31 über eine Motorsteuerschaltung 48 gesteuert wird. Der Röntgenstrahl 26, welcher durch ein ringförmiges Filter 49 und das Loch der Strahlführungsplatte 45 hindurchgelangt, ist im rechten Winkel auf die Achse 12 gerichtet. Der Röntgenstrahl wird durch den am ringförmigen Träger 46 befindlichen Röntgenstrahldetektor 9 empfangen. Demzufolge arbeiten auch der Ablenksignalgenerator 44 und die Ablenkeinrichtungen 42 und 43 in entsprechender Weise, wenn die Antriebseinrichtung und die Abtastmittel 6X und TX in der Fig. 1 im Betrieb sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Meßzeit zur Erzeugung eines Röntgenstrahl bildes kurzer als die Meßzeit bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele-, Das liegt daran, dsß die Antriebseinrichtung die Vakuumsäule 1, welche zur Erzeugung der Röntgenstrahlen dient, nicht in Drehbewegung zu versetzen braucht. Ein Stigmator 50 und eine Stigmator Spannungsquelle 51 werden durch die Drehbewegungssteuerschaltung 31 gesteuert. Der Stigmator dient zur Kompensation von Verzerrungen der Querschnittsgestalt des Elektronenstrahles, der auf die Targetoberfläche gerichtet ist. Derartige Verzerrungen können durch die Ablenkeinrichtungen 42 und 43 hervorgerufen werden.

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Es ist auch möglich, das ringförmige Target 40 unter Verwendung lediglich einstufiger Ablenkmittel und zugeordneter Versorgungsquellen zu bestrahlen. ETs erweist sich jedoch als vorteilhafter, zwei- oder mehrstufige Ablenkeinrichtungen, wie das im Ausführungsbeispiel in der Fig. 10 der Fall ist, zur Anwendung zu bringen. Auf diese Weise kann man dem trichterförmigen Teil des Gerätes Rechnung tragen. Diese Geräteform erweist sich für ein ruhendes Objekt, insbesondere einen liegenden Körper, als äußerst vorteilhaft, ohne daß das Gerät insgesamt größere Abmessungen erhält. Bei zwei- oder mehrstufigen Ablenkeinrichtungen erweist sich die Verwendung von elektrostatischen Ablenkmitteln für die zweite und die folgenden Stufen als vorteilhaft. Diese sind magnetischen Ablenkmitteln vorzuziehen. Wenn für die zweite und die folgenden Stufen magnetische Ablenkmittel verwendet werden, benötigt man große Stromversorgungs quellen. Für die elektrostatischen Ablenkmittel genügt es, zwei ringförmige koaxiale Ablenkplatten 43a, 43b, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, zu verwenden. Der Elektronenstrahl kann dann mit Hilfe einer vergleichsweise kleinen Spannungsquelle abgelenkt werden.

Zusätzlich kann mit elektrostatischen Ablenkmitteln die Querschnittsform des Elektronenstrahles, der auf das Target gerichtet ist, verändert werden, wie das aus der Fig. 11 zu entnehmen ist. Da Qaerschnittsformen 55a, 55b

des Elektronenstrahls
und 55c/auf dem Target elliptisch geformt sind, sind deren Längsachsen bezüglich der Achse 12 radial orientiert. Auf diese Weise erhält man einen Röntgenstrahl mit kreisrundem Querschnitt hoher Intensität. Für diesen Röntgenstrahl benötigt man einen Elektronenstrahl mit vergleichsweise geringer Intensität pro Targetflächeiaeinheit. Der gewonnene Röntgenstrahl gelangt durch das Loch 45p der Strahlführungsplatte. Der Stigmator 50 und seine Versorgungsquelle 51 in Fig. 10 dienen zur Änderung der Querschnittsform des Elektronenstrahls.

Die Fig. 12 zeigt den wesentlichen Teil eines Ausführungsbeispieles, das gegenüber dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 10 noch Änderungen aufweist.

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Dieses Ausführungsbeispiel besitzt einen feststehenden ringförmigen Röntgenstrahldetektor 52. Die Strahlrichtung eines Röntgenstrahles 53, der zur Bestrahlung des Objektes 10 dient, ist bezüglich einer Ebene 54 leicht geneigt. Der Röntgenstrahldetektor 52 ist in der Weise angeordnet, daß der durch das Objekt 10 hindurchgegangene Röntgenstrahl,ohne abgefangen zu werden, empfangen wird.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der ringförmige drehbare Träger 46 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit gedreht wird wie die Winkelablenkgeschwindigkeit des Elektronenstrahles 3, gelangt der Röntgenstrahl nur durch eines der Löcher in einer Strahlführungsplatte 56. Selbst wenn der Träger 46 festgehalten wird, ist es möglich, mit dem Röntgenstrahl das Objekt unter verschiedenen Winkeln zu bestrahlen. In diesem Fall ist die Meßzeit bedeutend kürzer als bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen. Dies hat seinen Grund darin, daß alle mechanisch drehbaren Teile beim letztbeschriebenen Ausführungsbeispiel überflüssig sind und somit bei diesem Ausführungsbeispiei auch nicht verwendet werden müssen. Die Beziehung zwischen dem Ablenkmuster des Flektronenstrahles auf dem Target und den Löchern 55a, 55b ..... usw. ist in der Fig. 13 schematisch dargestellt, wobei diese Fig. einen Schnitt durch A, A' in der Fig. 12 zeigt.

In der Fig. 13 bedeuten die ausgezogenen Linien 58a, 58b . usw. , welche

dem strichlierten Kreis 59 überlagert sind, die Bestrahlungsbereiche (Mikrobereiche), welche durch den Elektronenstrahl bestrahlt werden. Demgemäß tastet der Röntgenstrahl das Objekt 10 an jedem Loch, d. h. bei 57a, 57b . usw., ab. Man kann natürlich die Löcher nur in einer bestimmten Höchstanzahl vorsehen. Wenn es sich hierbei, aus welchem Grund auch immer, herausstellt, daß die Röntgenstrahldaten zur Bildung eines Röntgenstrahibildes in einer Qiierscimittsebene des Objektes nicht ausreichen, kann man beispielsweise die Stra&iführungsplatte in Drehung versetzen. Die

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Drehgeschwindigkeit der Strahlführungsplatte ist jedoch niedriger und synchron mit der der Elektronenstrahlablenkung. Auf diese Weise kann man eine Frhöhung der effektiven Anzahl der Löcher in der StrahKührungsplatte erzielen. Ferner kann man dann ausreichende Daten zur Bildung eines Röntgenstrahibüdes erreichen.

Natürlich ist es auch möglich, ein teilweise ringförmiges Targetfilter und einen teilweise ringförmigen Detektor anstelle eines Targets 40, Filters 49 und Detektoren 9 und 52, welche volle Ringform aufweisen, zu verwenden.

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Claims

Patentansprüche

1. ' Vorrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Bildes einer Röntgenstrahlabsorptionsverteilung von einer Querschnittsebene eines Objektes mit einer Flektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls ,der mittels einer Fokussiereinrichtung auf ein Target gerichtet ist, einer mit einem Loch versehenen Strahlführungsplatte, welche den vom Target kommenden Röntgenstrahl auf ein Objekt richtet, einem Röntgenstrahldetektor zum Empfangen und Messen der durch das Objekt hindurchgetretenen Röntgenstrahlen und mit einer Recheneinrichtung, welche die vom Detektor weitergegebenen Werte für die Wiedergabe mit einem Wiedergabegerät aufbereitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung(6X, 6Y, 7X, 7Y; 42_S 43) für den Elektronenstrahl vorgesehen ist, so daß der Elektronenstrahl das Target (4, 40) abtastet und der vom Target ausgesendete Röntgenstrahl eine Querschnittsebene (23, 38) des Objekts (10) abtastet, daß für die Elektronenstrahlquelle (2),die Fokussiereinrichtung (5), die Strahlführungsplatte (8) und die Abtasteinrichtung eine Dreheinrichtung (11, 13) für eine Drehung um das Objekt vorgesehen ist, daß eine Speicherschaltung (19) an den Röntgenstrahl detektor (9),die Dreheinrichtung und die Abtasteinrichtung zur Speicherung entsprechender Ausgangssignale angeschlossen ist und daß an die Speicherschaltung die Recheneinrichtung (22, 25) angeschlossen ist, welche aus den gespeicherten Daten für Mikromatrixbereiche der jeweiligen Querschnittsebene einen Röntgenstrahlabsorptionswert für die zweidimensionale Wiedergabe am Wiedergabegerät (17) ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (6X₅ 6Y, 7X, 7Y) für eine zweidimensionale Abtastung der Oberfläche des Targets (4) ausgebildet sind und mit dem Wiedergabegerät (17) synchronisiert sind und daß das Ausgangssignal des

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Röntgenstrahldetektors (9) als Helügkeltsmodulationssignal für die Wiedergabe eines Röntgenstrahlprnjeküonsbüdes des Objektes (10) aufbereitet ist.

3. Vorrichtung nach Ansprach i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlquelle (2) _s die Fok'issiereinrichtung (5) und die Strahlführungsplatte (8) parallel zur Drehachse (12) der Dreheinrichtung (11, 13) verschiebbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flektronenstrahl von der Drehachse (12) der Dreheinrichtung (11, 13) in der Weise weggerichtet ist, daß der Abstrahlwinkel des Röntgenstralils vom Target (4) vergrößert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Loch (P) der Strahlführungsplatte (8) ein Filter (35) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (6X, 6Y, TX, 7Y; 42, 43) in Abhängigkeit von Änderungen am Objekt (10), welche mit Hilfe eines Monitors (39) ermittelt werden, gesteuert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (22, 25) eine Abfrageschaltung (Sampling Schaltung) aufweist, welche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Monitors (39), der die Objektänderungen überwacht, in der Speicherschaltung (19) gespeicherte Daten abfragt.

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-ar.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (40) ringförmig ausgebildet ist und die Ringachse mit dem Mittelstrahl des von der Elektronenquelle (2) ausgesendeten Elektronenstrahles zusammenfällt, daß eine Dreheiürichtung vorgesehen ist, durch welche der Elektronenstrahl auf dem ringförmigen Target entlanggeführt wird und daß die Strahlführungsplatte (45, 56) eine oder mehrere Öffnungen (45p; 57a ) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung für die Drehung des Elektronenstrahls entlang dem ringförmigen Target (40) mehrere Ablenkstufen aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkstufen elektrostatisch, insbesondere als elektrostatische Ablenkplatten, ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlführungsplatte (56) mit HiKe einer mechanischen Dreheinrichtung (47) synchron zur Dreheinrichtung für den Elektronenstrahl drehbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlführungsplatte ortsfest angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenstrahldetektor (9, 52) ringförmig bzw. teilweise ringförmig ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Anspüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenstrahldetektor (9, 52) ortsfest oder entlang der Drehachse (12) verschiebbar angeordnet ist.

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15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch

gekennzeichnet, daß das Target (40) ganz oder teilweise ringförmig ausgebildet ist und daß zur Veröde rur.g des Querschnittes des Elektronen Strahles ein Stigmator (50) vorgesehen i^ct_s der mit der Dreheinrichtupir (Si), welche den Elektronenstrahl über dss Target führt, synchronisiert i~

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