DE4210339A1 - Elektronenstrahl-roentgen-computer-tomographie-geraet - Google Patents
Elektronenstrahl-roentgen-computer-tomographie-geraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-Röntgen-
Computer-Tomographie-Gerät mit kompakten Ausmaßen,
mit kippbarer Abtasteinheit, in dem weder die
Röntgenquelle noch der Röntgendetektor während der
Aufnahme rotieren müssen.
Elektronenstrahl-Röntgen-Computer-Tomographen ohne
mechanische Bewegung der Röntgenquelle oder des
Detektors sind bekannt aus den US Patenten 43 52 021
und 41 58 142. Weitere Verbesserungen des Systems,
das im US Patent 43 52 021 beschrieben ist, werden in
den US Patenten 45 21 900 und 45 21 901 beschrieben.
In konventionellen Computer-Tomographen werden die
Röntgenquelle und/oder die Detektoranordnung
mechanisch um das Objekt herumbewegt. Diese
Tomographen sind üblicherweise eingeschränkt auf
Abtastzeiten von ungefähr 1 Sekunde für einen
vollständigen 360°-Scan. Wenn mechanische Bewegung
nicht nötig ist, können wesentlich kürzere Meßzeiten
erreicht werden, das heißt, schnellere Abtastungen,
die für die Untersuchung schnell beweglicher Objekte
wie das menschliche Herz verwendet werden können,
sind möglich.
In den US Patenten 43 52 021 und 41 58 142 wird die
bewegliche Röntgenquelle ersetzt durch einen
Elektronenstrahl, der aus einer Richtung, die im
wesentlichen senkrecht auf der Abtastebene steht, auf
eine bogenförmige Anode auftrifft. Das US Patent
43 52 021 beschreibt ein Verfahren, wo zwei
Dipolmagnete einen Elektronenstrahl so führen, daß
sein Fokus über der Anodenoberfläche näherungsweise
einen Bogen von 210° beschreibt. Die
Röntgenstrahlung, die von der Anode emittiert wird,
wird durch eine bogenförmige Detektoranordnung
erfaßt, die sich der Anode gegenüber befindet und
ebenfalls einen Bogen von etwa 210° beschreibt.
Dadurch beschreiben weder die Anode noch die
Detektoranordnung einen vollen Kreis, und es gibt nur
einen relativ kleinen Überlappungsbereich. Die
beschriebene bevorzugte Ausführungsform benutzt nicht
einen sondern vier Anodenringe (im folgenden soll
"Ring" auch für ein oder mehrere Ringsegmente stehen,
und der "Ring" muß nicht kreisförmig sein), wobei die
vier Ringe jeweils leicht gegeneinander versetzt sind
bezüglich einer Richtung, die im wesentlichen
senkrecht auf der Abtastebene steht. Dadurch, daß man
den Elektronenstrahl nacheinander entlang jeder der
vier Anoden führt und dadurch, daß man bei jedem
Anodenscan in jedem der gegenüber liegenden
Detektorbögen die vom Objekt durchgelassene
Röntgenstrahlung mißt, erhält man Datensätze, die
ausreichen, insgesamt acht weitgehend aneinander
angrenzende Schichtbilder des Objekts zu
rekonstruieren.
Im US Patent 41 58 142 ist die relative geometrische
Anordnung der Elektronen- und Röntgenquellen ähnlich
derjenigen im US Patent 43 52 021. Es gibt jedoch
Unterschiede bezüglich der elektromagnetischen
Führung und Fokussierung des Elektronenstrahls und es
gibt jeweils einen vollständigen 360° umfassenden
Anoden- und Detektorring. Die Detektor- und
Anodenringe sind koaxial aber nicht koplanar.
Die Konfigurationen der US Patente 43 52 021 und
41 58 142 benutzen lange evakuierte
Elektronenstrahlröhren, um den Elektronenstrahl auf
die Anode zu führen, was seinerseits zu einem
erheblich größeren Platzbedarf führt verglichen mit
dem, der üblicherweise bei Tomographen, die
mechanische Bewegung benutzen, vorliegt. Darüber
hinaus verhindert die Verbindung zwischen der
Elektronenstrahlröhre und dem Anodenbereich und damit
ihre Einbeziehung in die Abtasteinheit die
Kippmöglichkeit der Abtasteinheit, um die
Orientierung der Abtastscheibe durch das Objekt zu
verändern. Zusätzlich behindert die Anwesenheit der
großen trichterförmigen Elektronenstrahlröhre hinter
dem Anodenbereich die horizontale Bewegung des
Trägers für das untersuchte Objekt (im allgemeinen
die Patientenliege) und der Zugang zum Objekt ist
ebenfalls eingeschränkt. Darüber hinaus bewirkt die
abgeschlossene tunnelähnliche Gestalt der
Elektronenstrahlröhre bei Patienten Unwohlsein und
Klaustrophobie. Der Einsatz eines Teilscans von nur
210°, wie im US Patent 43 52 021 beschrieben, ist mit
einer reduzierten Bildqualität verbunden, verglichen
mit derjenigen konventioneller Geräte mit
mechanischer Bewegung.
Weitere Nachteile der vorbekannten nicht mechanischen
Computertomographie-Geräte hängen mit dem Gebrauch
von ionenunterstützter Fokussierung zusammen, um das
Fokussieren des Elektronenstrahls auf die Anode zu
unterstützen. Für gute Auflösung bei hohem Kontrast
und gute Frequenzbandbreite des Systems, d. h. gute
Bildqualität, sind kleine Ausdehnungen der
Brennpunkte erforderlich. In den Computertomographie-
Systemen, die in den US Patenten 43 52 021, 45 21 900
und 45 21 901 beschrieben sind, ist die Größe des
Brennpunktes umgekehrt proportional zur Größe des
Elektronenstrahls am Ort der Fokussiermagnete, d. h.
der Elektronenstrahl muß erst expandieren, um nachher
effektiv auf die Anode fokussiert zu werden. Das
natürliche Vorkommen der ionenunterstützten
Fokussierung zwischen der Elektronenstrahlquelle und
den magnetischen Fokussierelementen hindert jedoch
den Elektronenstrahl daran, sich auf den
erforderlichen Radius aufzuweiten. Daher ist zwar die
ionenunterstützte Fokussierung nötig zwischen den
Fokussiermagneten und der Anode, sie muß jedoch
zwischen der Elektronenstrahlquelle und den
Fokussiermagneten verhindert werden. Aus diesem Grund
benötigen die vorbekannten Systeme Ionenfallen, um
die positiven Ionen im Bereich zwischen der
Elektronenstrahlquelle und den Fokussiermagneten vom
Elektronenstrahl abzuhalten. Diese Ionenfallen-
Elektroden erschweren die Konstruktion zusätzlich und
sind mit erheblichen zusätzlichen Kosten verbunden.
Aufgrund der obenerwähnten Mängel der Röntgen-
Computer-Tomographie-Systeme mit Elektronenstrahl und
ohne mechanische Bewegung der Röntgenquelle oder der
Röntgendetektoren ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Elektronenstrahl-Röntgencomputer-
Tomographie-Gerät zur Erzeugung von Schichtbildern
durch ein Objekt mit einer Elektronenstrahlquelle und
Mitteln zur Führung eines Elektronenstrahls, mit
einem stationären Anodenring oder -ringsegment und
einem Röntgenstrahldetektorring, wobei die Elektronen
aus der Elektronenstrahlquelle einen Elektronenstrahl
formen, der in einem Brennpunkt auf dem Anodenring
auftrifft, wobei der Brennpunkt seinerseits
Röntgenstrahlung emittiert, dahingehend zu
verbessern, daß zum Abtastbereich von beiden Seiten
her ein freier Zugang besteht, daß der Platzbedarf
nicht größer sein muß als der für konventionelle
Geräte mit mechanischer Bewegung und daß es möglich
wird, die Abtasteinheit zu neigen, um die
Orientierung der Abtastscheibe durch das Objekt zu
verändern. Wie bereits oben erwähnt, müssen die
Anoden- bzw. Detektorringe nicht kreisförmig sein.
der Begriff "Ring" soll auch "Ringsegment" umfassen.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß
der Elektronenstrahl von der Elektronenstrahlquelle
her bis zu seinem Auftreffen auf dem Anodenring
entlang eines Wegs geführt wird, der weitgehend
parallel ist zur Ebene des Anodenrings.
Auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung
vollkommen gelöst. Dadurch, daß der Elektronenstrahl
in einer Richtung geführt wird, die nicht senkrecht
auf der Abtastebene steht, sondern weitgehend
parallel zu dieser verläuft, wird die lange
evakuierte Elektronenstrahlröhre mit großem
Durchmesser der Geräte aus dem Stand der Technik
vermieden. Das erfindungsgemäße Abtastsystem bietet
daher kompakte Abmessungen, verglichen mit den
vorbekannten Systemen, und freier Zugang zum
Abtastbereich sowohl von vorne als auch von der
Rückseite der Abtasteinheit ist möglich. Darüber
hinaus werden die Komplikationen vermieden, die damit
verbunden sind, die lange evakuierte
Elektronenstrahlröhre der vorbekannten Geräte in
vakuumdichter Weise an den Anoden und Abtastbereich
anzukoppeln, was die Neigung der Abtasteinheit
verhinderte. Beim erfindungsgemäßen Gerät kann die
Abtasteinheit leicht bis zu Winkeln geneigt werden,
die vergleichbar sind mit denen, die man in
konventionellen Geräten mit mechanischer Bewegung
erreicht, d. h. bis zu ±25° aus der Senkrechten
heraus.
Indem man mit Hilfe von Elektronenstrahl
führungsmitteln den Elektronenstrahl um den
Anodenbereich herumführt, beschreibt die Einhüllende
des Elektronenstrahls einen Bogen, der im
wesentlichen koplanar mit der Anode ist und der
große, lange, trichterförmige Elektronenstrahlbereich
und die damit verbundene trichterförmige
Elektronenstrahlröhre, die senkrecht auf der
Abtastebene steht, werden vermieden. Die
Führungsmittel veranlassen den Elektronenstrahl, so
auf die Anode aufzutreffen, daß im wesentlichen volle
360° Scans ermöglicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
enthält die Elektronenstrahlquelle eine
Elektronenkanone, um den Elektronenstrahl zu
erzeugen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Elektronenkanonen
kompakt und fähig sind, große Ströme mit guter
Elektronenstrahlqualität zu liefern.
Die kompakte Form der Elektronenkanone erlaubt es,
den Platz, der für die Erzeugung des
Elektronenstrahls benötigt wird, minimal zu halten
und dadurch die Gesamtgröße des erfindungsgemäßen
Geräts zu reduzieren. Darüber hinaus sind ihre
Fähigkeit, große Ströme zu liefern, und ihre gute
Strahlqualität wichtig für eine gute Bildqualität.
Insbesondere bei schnellen Scans, in denen z. B. der
gesamte, im wesentlichen 360° umfassende Scan in
einigen 10 Millisekunden abläuft, wird die
Bildqualität sehr stark vom integralen detektierten
Röntgenstrahlenfluß bestimmt. Dies kommt daher, weil
die Bildqualität vom Signal-zu-Rausch-Verhältnis des
erfaßten Signals abhängt, das seinerseits bestimmt
wird durch die inkohärente Addition von Fluktuationen
aufgrund der Photonenstatistik mit Ungenauigkeiten
aufgrund von elektronischem Rauschen oder Rauschen
aufgrund anderer Ursachen (Rauschuntergrund). Bei
schnellen Scans sind die Signale klein und der
Rauschuntergrund beschränkt die Bildqualität. Da die
Röntgenausbeute direkt proportional zur Stärke des
Elektronenstromes ist, ist es besonders vorteilhaft,
bei schnellen Scans soviel Elektronenstrom wie
möglich zu haben. Moderne Elektronenkanonen sind z. B.
in der Lage, ein Ampere bei 130 keV zu liefern.
Gute Elektronenstrahlqualität ist eine weitere
wichtige Voraussetzung für Bildqualität. Insbesondere
muß die Fläche und Form des Auftreffbereichs des
Elektronenstrahls auf die Anode, d. h. der
Brennfleck, klein sein, um gute Auflösung bei hohem
Kontrast und einen breiten Frequenzgang für die
Abbildung zu bewirken. Die niedrige Emittanz
(emittance) und geringen Kathodenausmaße von
Elektronenkanonen erlauben es, daß man kleine, z. B.
1 bis 3 mm große Brennflecke erreichen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung gibt es eine Vielzahl von
Elektronenstrahlquellen.
Dies hat den Vorteil, daß die maximale Wegstrecke,
die vom Elektronenstrahl zurückgelegt wird, durch
einen Faktor reduziert wird, der grob der Anzahl der
benutzten Quellen entspricht und als Ergebnis der
reduzierten maximalen Wegstrecke sind Probleme, die
mit der Divergenz des Elektronenstrahls und dem
Fokussieren zusammenhängen, sehr stark reduziert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die Elektronenstrahlquelle so
positioniert, daß der Elektronenstrahl zunächst über
eine kurze Distanz weitgehend senkrecht zur Richtung
des umlaufenden Elektronenstrahls eingeschossen wird,
bevor er in die Richtung des umlaufenden
Elektronenstrahls umgelenkt wird, indem man
Injektionsmittel der Elektronenstrahlquelle benutzt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der von der
Elektronenstrahlquelle beanspruchte Raum, d. h. die
Elektronenkanone, in eine Region verlegt werden kann,
die etwas von der Anode entfernt ist, was die
Elektronenstrahlerzeugung mit minimaler Interferenz
mit denjenigen Teilen der Anode, des Röntgendetektors
und der Elektronenstrahlführungsmittel gestattet, die
in enger Nachbarschaft zur Elektronenstrahlquelle
angeordnet sind, was seinerseits eine einfachere
Realisierung von Scans ermöglicht, die im
wesentlichen vollständige 360° erfassen.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform
umfassen die Injektionsmittel auch Mittel, den
Elektronenstrahl in eine Kreisbahn um das zu
untersuchende Objekt abzulenken, die entweder im
Uhrzeigersinn oder dagegen verlaufen kann.
Diese Variante der vorliegenden Ausführungsform hat
den Vorteil, daß die maximale Entfernung, die der
Elektronenstrahl zurücklegen muß, ungefähr halbiert
wird, was es erlaubt, wesentlich einfachere
Elektronenstrahlfokussierungs- und Steuerungsmittel
zu verwenden.
In einer weiteren bevorzugten Variante dieser
Ausführungsform der Erfindung umfassen die
Injektionsmittel ein elektrisches Feld.
Diese Variante hat den Vorteil, daß ein einfaches
Injektionssystem verwirklicht werden kann mit
minimaler Interferenz mit dem injektierten
Elektronenstrahl. Z. B. kann das elektrische Feld in
der Art eines elektrostatischen Spiegels verwirklicht
und aus einem hochtransparenten Drahtgitter gefertigt
sein. Ein solches Spiegelsystem kann direkt in den
Weg des Elektronenstrahls eingebracht werden, so daß
der Elektronenstrahl ohne angelegte Spannung das
Gitter weitgehend unbeeinflußt passieren würde. Ein
solches System gestattet verbesserte Flexibilität bei
der Auslegung der Injektionsmittel und der
Führungsmittel für den Elektronenstrahl, da der
transparente elektrostatische Spiegel zeitabhängig
einfach durch Steuerung der angelegten Spannung
effektiv in die Optik zum Führen und Einschießen des
Elektronenstrahls eingebracht bzw. wieder entfernt
werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Variante dieser
erfindungsgemäßen Maßnahme umfassen die
Injektionsmittel ein magnetisches Feld.
Diese Variante hat den Vorteil, daß ein stabiles
Injektionssystem verwirklicht wird, ohne daß hohe
Spannungen angelegt werden müssen, um den
Elektronenstrahl in die Abtastebene zu führen. Die
Magnetfelder können durch den Einsatz von
Elektromagneten oder Permanentmagneten erzeugt
werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Elektronenstrahlquelle weitgehend
in der Scanebene angeordnet, wobei der
Elektronenstrahl direkt entlang der Richtung des
umlaufenden Elektronenstrahls eingeschossen wird.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die
Injektionsmittel entweder ganz entfallen oder stark
vereinfacht werden können, da es nicht länger
erforderlich ist, den Elektronenstrahl in einem Bogen
von z. B. 90° zu führen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung haben die Anode und der Röntgendetektor
jeweils die Form eines Anoden- bzw.
Röntgendetektorrings, wobei der Radius des
Anodenrings größer als derjenige des
Röntgendetektorrings ist. Der Elektronenstrahl wird
entlang eines Wegs geführt, dessen Radius größer als
derjenige des Röntgendetektorrings und kleiner als
derjenige des Anodenrings ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der
Röntgenfächerstrahl, der am Brennfleck seinen
Ursprung hat, neben dem Material des zu
untersuchenden Objektes nur noch eine minimale Menge
röntgenabsorbierenden Materials durchdringen muß,
bevor er den Röntgendetektor erreicht. Diese Maßnahme
hat darüber hinaus den Vorteil, daß die spezifizierte
Anordnung eine einfache und effektive Lösung des
Problems des Transports und der Führung des
Elektronenstrahls bis zum Auftreffen auf der Anode
erlaubt.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform
sind der Röntgendetektor- und der Anodenring
weitgehend koplanar und der Röntgendetektorring ist
in zwei eng beabstandete Röntgendetektorteilringe von
gleichem Radius aufgespalten, die durch einen Spalt
getrennt sind, der weit genug ist, daß
Röntgenstrahlung, die vom Brennfleck kommt,
hindurchgelangen kann, aber klein genug, daß ein
großer Anteil der Röntgenstrahlung, die das
Untersuchungsobjekt durchdrungen hat, detektiert
wird. Diese Bedingung wird z. B. erfüllt, wenn die
Beziehung Rd/Rf=(wd-g)/(wd+g) näherungsweise
erfüllt ist, wobei g die Spaltbreite zwischen den
zwei Röntgendetektorhalbringen ist, wd die Dicke des
Röntgenfächerstrahls, nachdem er das
Untersuchungsobjekt durchdrungen hat am Ort des
Röntgendetektorrings, der dem Brennfleck gegenüber
liegt, Rd der Radius des Röntgendetektorrings und Rf
der Radius des Bogens, den der Brennfleck auf seinem
Weg um den Anodenring beschreibt.
Diese Variante der vorliegenden Ausführungsform der
Erfindung hat den Vorteil, daß die Scanscheibe eine
gleichförmigere Dicke hat, was eine verbesserte
Bildqualität und eine Reduzierung der
Teilvolumenartefakte bewirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfassen die Führungsmittel des
Elektronenstrahls Steuerungs- und Fokussiermittel für
den Elektronenstrahl und Mittel, um den
Elektronenstrahl zu extrahieren.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der
Elektronenstrahl von der Elektronenstrahlquelle bis
zum Brennfleck ohne nennenswerte Verluste an
Elektronenstrahlstrom geführt wird, wobei sich der
Brennfleck kontinuierlich während des Scans in
vorgegebener Weise um die Anode bewegt, wobei die
Abmessungen des Brennflecks hinreichend klein
bleiben, um gute Bildqualität zu gewährleisten. Die
Mittel zum Steuern des Elektronenstrahls halten den
Elektronenstrahl in einer stabilen Bahn, während er
sich von der Elektronenstrahlquelle zur vorgegebenen
Position auf der Anode bewegt, wo sich der Brennfleck
befindet. Die Mittel zum Fokussieren des
Elektronenstrahls bewahren den Elektronenstrahl
davor, sich auf eine Größe aufzuweiten, die seinen
Transport von der Elektronenstrahlquelle bis zum
Brennfleck verhindern würde, und stellen eine
angemessen kleine Abmessung des Brennflecks für gute
Bildqualität sicher. Die Mittel zum Extrahieren des
Elektronenstrahls lenken den Elektronenstrahl aus
seiner Bahn heraus auf einen Kollisionskurs mit der
Anode am vorgegebenen Ort des Brennflecks, wobei sich
dieser Brennfleck während des Verlaufs eines
vollständigen Scans kontinuierlich um die Anode
herumbewegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung beinhalten die Mittel zur Führung des
Elektronenstrahls ionenunterstützte Fokussierung.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, insbesondere für
starke Elektronenstrahlströme, daß die Radien des
Elektronenstrahls und des Brennflecks in einer
besonders einfachen und effektiven Weise reduziert
werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik muß bei
der Erfindung der Elektronenstrahl nicht zunächst
expandieren, bevor er sauber fokussiert werden kann,
und Ionenfallen sind entweder gar nicht mehr oder
allenfalls in stark reduziertem Maße nötig.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung verwenden die Mittel zur Führung des
Elektronenstrahls magnetische Felder.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Kräfte, die
auf den Elektronenstrahl einwirken müssen, leicht
erreicht werden können, indem man entweder
Elektromagnete oder Permanentmagnete benutzt und daß
im Fall von ionenunterstützter Fokussierung die
massiven, langsam driftenden, fokussierenden Ionen
weitgehend unbeeinflußt von diesen Magnetfeldern
bleiben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung verwenden die Mittel zur Führung des
Elektronenstrahls elektrische Felder.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß z. B. die
erforderlichen Fokussier- und Steuerkräfte, die auf
den Elektronenstrahl einwirken, leicht erreicht
werden können, ohne daß große Materialmengen im oder
nahe des Elektronenstrahls erforderlich sind. In
diesem Zusammenhang können die elektrischen Felder
erzeugt werden, indem man Drahtgitterelektroden
verwendet, die im wesentlichen transparent für den
Elektronenstrahl sind, wenn keine relative
Spannungsdifferenz angelegt wird.
Diese Maßnahme hat den weiteren Vorteil, daß im Fall
von ionenunterstützter Fokussierung die Kräfte, die
sowohl auf die Elektronen als auch auf die Ionen
wirken, gleich sein können unabhängig von ihren stark
unterschiedlichen Geschwindigkeiten, was eine
zusätzliche Flexibilität bezüglich des Fokussierens,
Steuerns und Extrahierens des kombinierten
Elektronen-Ionensystems gestattet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfassen die Führungsmittel des
Elektronenstrahls sowohl elektrische als auch
magnetische Felder.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bezüglich der
Auslegung und Anpassung des Systems maximale
Flexibilität erreicht wird, da die unterschiedlichen
vorteilhaften Merkmale sowohl der magnetischen als
auch der elektrischen Felder, wie oben beschrieben,
jeweils da ausgenutzt werden können, wo diese
Merkmale erforderlich sind.
Weitere Vorteile können der Beschreibung und den
beiliegenden Zeichnungen entnommen werden. Es
versteht sich, daß die obengenannten und die im
folgenden angeführten Merkmale der Erfindung nicht
nur in der jeweils geschilderten Kombination, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
verwendet werden können, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung finden sich in den
Zeichnungen und werden im folgenden beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 Aufbau eines erfindungsgemäßen Elektronen
strahlröntgen-Computertomographiegeräts,
Fig. 2 schematische Vorderansicht des erfindungs
gemäßen Geräts,
Fig. 3 vergrößerter Querschnitt durch die Abtast
einheit,
Fig. 4A mögliches Schema zur Elektronenstrahl
extraktion,
Fig. 4B magnetische Feldkonfiguration im möglichen
Schema für die Elektronenstrahlextraktion,
Fig. 5A Aufweitung aufgrund von Raumladungseffekten
für einen 130 keV Elektronenstrahl mit
einem Ampere bei großen Abständen,
Fig. 5B Aufweitung aufgrund von Raumladung für
einen 130 keV Elektronenstrahl von 1 Ampere
bei mittleren Abständen,
Fig. 5C Aufweitung aufgrund von Raumladung für
einen 130 keV Elektronenstrahl mit 1 Ampere
bei kleinen Abständen,
Fig. 6A Beziehung zwischen der verallgemeinerten
Strahl-Perveanz (perveance) und dem
Gleichgewichtsradius des Strahls,
Fig. 6B Beziehung zwischen der verallgemeinerten
Strahlperveanz, dem Strahlstrom und dem
Neutralisationsanteil des Strahls,
Fig. 7A Seitenansicht eines möglichen Schemas für
die Elektronenstrahlinjektion unter Verwen
dung eines Magnetfeldes,
Fig. 7B Draufsicht auf ein mögliches Schema der
Elektronenstrahlinjektion unter Verwendung
eines Magnetfeldes,
Fig. 8A Seitenansicht eines möglichen Schemas der
Elektronenstrahlinjektion unter Verwendung
eines elektrischen Feldes,
Fig. 8B Draufsicht auf ein mögliches Schema der
Elektronenstrahlinjektion unter Verwendung
eines elektrischen Feldes,
Fig. 9A Seitenansicht eines möglichen Aufbaus der
Elektronenstrahlinjektion, wobei die
Elektronenstrahlquelle tangential zur
Kreisbahn des Elektronenstrahls angeordnet
ist,
Fig. 9B Draufsicht auf eine mögliche Anordnung der
Elektronenstrahlinjektion, wobei die
Elektronenstrahlquelle tangential zur
Kreisbahn des Elektronenstrahls angeordnet
ist.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte
Ausführungsform eines Elektronenstrahlröntgen-
Computertomographiegeräts (1) nach der Erfindung. Von
einer Elektronenstrahlquelle (31) gelangt ein
Elektronenstrahl (32a, 32b) in das Vakuumgefäß (11).
Die Elektronenstrahlquelle (31) umfaßt eine
Elektronenquelle (33), die als Elektronenkanone
realisiert sein kann, um den Elektronenstrahl (32a)
zu erzeugen und Injektionsmittel (34) um den
eingeschossenen Elektronenstrahl (32a) in den Teil
des Vakuumgefäßes (11) einzubringen, der für den
umlaufenden Elektronenstrahl (32b) vorgesehen ist.
Der Elektronenstrahl (32b) wird mit Hilfe von
Elektronenstrahlführungsmitteln (36) um das
Vakuumgefäß (11) herumgeführt. Die
Elektronenstrahlführungsmittel (36) umfassen
Extraktionsmittel (35), um den Elektronenstrahl (32b)
zur Kollision mit der Anode (4) am Ort des
Brennflecks (41) zu extrahieren, und Mittel (38) zum
Steuern und Fokussieren des Elektronenstrahls, um den
umlaufenden Elektronenstrahl (32b) auf seinem
gewünschten Weg zu halten. Als Folge der Kollision
zwischen dem Elektronenstrahl (32b) und der Anode (4)
werden die Elektronen im Elektronenstrahl (32b)
gebremst und emittieren einen Röntgenfächerstrahl
(42). Der Röntgenfächerstrahl (42) durchdringt das
Objekt (2), das untersucht wird, und die
durchgelassene Intensität wird mit Hilfe eines
Röntgendetektors (5) detektiert. Während des
Abtastvorgangs ruht das Objekt (2) auf einer Lagerung
(14) für das Objekt. Der Röntgendetektor (5) enthält
einen Spalt (51), der groß genug ist, daß der
Röntgenfächerstrahl (42) vom Brennpunkt (41) aus
durch den Röntgendetektor (5) gelangen kann, aber
klein genug, daß die meiste Röntgenintensität, die
vom Objekt (2) ausgeht, im Bereich des
Röntgendetektors (5), der dem Brennpunkt (41)
gegenüber liegt, detektiert werden kann. Die Signale,
die im Röntgendetektor (5) erzeugt werden, werden mit
Hilfe von Analog-Digital-Konvertern (8) digitalisiert
und an einen Computer (9) weitergegeben. Der Computer
(9) rekonstruiert eine Bildscheibe durch das Objekt
(2), die auf dem Bildschirm (13) wiedergegeben werden
kann. Der Computer (9) steuert und überwacht darüber
hinaus die unterschiedlichen Abtastfunktionen des
Röntgencomputer-Tomographiesystems (1). Die
Orientierung der durch den Röntgenfächerstrahl (42)
vorgegebenen Scheibe durch das Objekt kann durch
Neigen der Abtasteinheit (12) mit Hilfe des
Neigungsmechanismus (10) eingestellt werden. Ein
Vakuumsystem (15) ist mit dem Vakuumgehäuse (11)
verbunden, um den Druck im Vakuumgehäuse (11) in
Abhängigkeit von den gewünschten Bedingungen für
ionenunterstützte Fokussierung und den Abtastvorgang
zu regulieren und zu ändern.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die
Elektronenstrahlquelle (31) injiziert den
Elektronenstrahl in den Bereich des umlaufenden
Elektronenstrahls (32b). Durch Justierung der
Elektronenstrahlführungsmittel (36) kann der
umlaufende Elektronenstrahl (32b) so geführt werden,
daß er zum extrahierten Elektronenstrahl (32c) wird
und mit der Anode (4) auf dem Brennpunkt (41)
kollidiert, um den Röntgenfächerstrahl (42) zu
erzeugen. Der Röntgenfächerstrahl (42) trifft auf das
Objekt (2) auf und der durchgelassene Anteil des
Fächerstrahls (42) wird im Röntgendetektor (5)
nachgewiesen.
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der
Abtasteinheit (gantry; (12)) für ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung des
Systems gewährleistet, daß genügend Raum vorhanden
ist, den umlaufenden Elektronenstrahl (32b) innerhalb
des entsprechenden Bereichs des Vakuumgefäßes (11) zu
führen. Darüber hinaus besteht der Röntgendetektor
(5) aus zwei Halbdetektoren (5a, 5b), die durch einen
Spalt (51) getrennt sind, der weit genug ist, daß der
vom Brennpunkt (41) ausgehende Röntgenfächerstrahl
(42) passieren kann, aber klein genug, daß ein
Großteil des zur Gegenseite des Röntgendetektors (5)
durchgelassenen Röntgenflusses dort detektiert werden
kann. Kollimatoren (43) für den Fächerstrahl
definieren die Breite der Bildscheibe durch das
Objekt (2) und verhindern, daß ein größerer Anteil
der Röntgenstrahlen, die vom Brennpunkt (41)
ausgehen, den Röntgendetektor (5) in der Umgebung des
Brennpunktes (41) trifft. Das Vakuumgefäß (11)
enthält ein Fenster (13), so daß der
Röntgenfächerstrahl (42) ausgehend vom Brennpunkt
(41) das Vakuumgefäß (11) ohne nennenswerte
Abschwächung verlassen kann. Das Vakuumgefäß (11)
enthält die Anode (4) und den Elektronenstrahl (32).
Variable Partialdrücke, insbesondere im Bereich
zwischen 1×10-7 bis 1×10-5 Torr, können eingestellt
werden. Mittel (36) zum Führen des Elektronenstrahls
umfassen Mittel (38) zum Steuern und Fokussieren des
Elektronenstrahls in der Umgebung des umlaufenden
Elektronenstrahls (32b) und Mittel (35) zum
Extrahieren des Elektronenstrahls in der Umgebung der
Anode (4).
Fig. 4A stellt einen Querschnitt einer
Ausführungsform der Erfindung dar im Bereich zwischen
der Anode (4) und dem Röntgendetektor (5), in dem
Mittel (38) zum Steuern und Fokussieren des
Elektronenstrahls benutzt werden, um im Bereich des
umlaufenden Elektronenstrahls (32b) ein Magnetfeld B1
zu erzeugen. Die Mittel (35) zum Extrahieren des
Elektronenstrahls umfassen auch Mittel (35a) zum
Extrahieren und Fokussieren des Elektronenstrahls,
die Magnetfelder B3 in der Umgebung der Anode (4) und
B2 im Bereich zwischen B1 und B3 erzeugen.
Feldklammer (37) sorgt dafür, daß die Felder B3 und
B2 sich nicht zu weit in den Bereich von B1 hinein
erstrecken. Die Richtung der Magnetfelder B1, B2 und
B3 ist durch die Pfeile in Fig. 4A schematisch
angedeutet.
In Fig. 4B wird die Größe der Magnetfelder in einer
Richtung im wesentlichen senkrecht zur Ebene des
umlaufenden Elektronenstrahls (32b) als Funktion der
relativen Position zwischen Röntgendetektor (5) und
der Anode (4) qualitativ angezeigt. B1 und B3 haben
entgegengesetztes Vorzeichen und B3 ist viel größer
als B1. Es gibt einen Punkt P zwischen B1 und B3, wo
das Feld näherungsweise verschwindet.
In diesem schematischen und vereinfachenden Beispiel
einer Ausführungsform der Erfindung kann man sich
vorstellen, daß der Extraktionsprozeß zwischen den
beiden entgegengesetzt gerichteten Magnetfeldern B1
und B3 stattfindet. Das Feld B1 führt den umlaufenden
Elektronenstrahl (32b) auf seinem gewünschten Weg.
Die Extraktion erfolgt, wenn an den vorgegebenen
Positionen die Stärken der B1 Felder so reduziert
werden, daß der umlaufende Elektronenstrahl (32) sich
radial nach außen bewegt in Richtung auf die Anode
(4). Nachdem er den Punkt P erreicht hat, gelangt der
Elektronenstrahl in den Bereich der Felder B3 und B2.
Da B3 groß und bezogen auf B1 von entgegengesetztem
Vorzeichen ist, lenkt es den Elektronenstrahl scharf
um, so daß er mit der Anode (4) kollidiert.
Für einen 130 keV Elektronenstrahl (32b) mit einem
Ampere könnte B1 z. B. Feldstärken zum Steuern des
Elektronenstrahls umfassen, die weitgehend dipolartig
sind und im Bereich von 20 Gauß liegen. Für
Fokussierungszwecke könnte B1 weitgehend
quadrupolartige Felder umfassen mit Feldstärken von
etwa 5 Gauß. Die von den Mitteln (35) zur Extraktion
des Elektronenstrahls erzeugten B3-Felder könnten
ungefähr 250 Gauß betragen. Selbstverständlich kann
die Abtasteinheit (12) magnetische Abschirmungen
enthalten, die den Elektronenstrahl (32b) vom
Erdmagnetfeld abschirmen oder der Einfluß des
Erdmagnetfeldes kann in die Berechnung der Werte von
B1, B2 und B3 einbezogen werden.
Die Fig. 5A bis 6B veranschaulichen die
Abhängigkeit des Elektronenstrahlradius von
Raumladungseffekten mit und ohne ionenunterstützte
Fokussierung. Während sich der Elektronenstrahl
entlang seines Wegs vorwärtsbewegt, expandiert er
radial aufgrund seiner anfänglichen Divergenz, d. h.
Emittanz, der gegenseitigen elektrostatischen
Abstoßung und aufgrund von Vielfachstreuung mit
Restgasmolekülen. Die elektromagnetische
Selbstwechselwirkung des Elektronenstrahls enthält
zwei Anteile, einen elektrostatischen Abstoßungsterm
und einen anziehenden magnetischen Term. Ohne
ionenunterstützte Fokussierung ist der abstoßende
Term größer als der anziehende und der
Elektronenstrahl expandiert unter dem Einfluß der
Kräfte der Selbstwechselwirkung. Aufgrund der
Streuung des Elektronenstrahls an Restgasmolekülen
wird jedoch eine gewisse Anzahl von Gasmolekülen
positiv ionisiert, und die Ionen werden in den
negativ aufgeladenen Elektronenstrahl hineingezogen,
was diesen teilweise neutralisiert. Als Ergebnis
dieser Neutralisierung wird der elektrostatische
abstoßende Term verkleinert. Unter gewissen
Bedingungen kann der magnetische anziehende Term
größer werden als der reduzierte elektrostatische
Term und der Strahl wird spontan fokussiert, daher
der Name ionenunterstützte Fokussierung.
Die Vorteile der ionenunterstützten Fokussierung
bezüglich der Erfindung und die Beziehung zwischen
der Expansion des Strahls durch Raumladung, d. h. der
gegenseitigen elektrostatischen Abstoßung der
Elektronen im Strahl, der Strahlemittanz und der
ionenunterstützten Fokussierung kann am besten mit
Hilfe eines einfachen Modells der Strahleinhüllenden
veranschaulicht werden. Die Gleichung für den Radius
r der Strahleinhüllenden wurde für einen
gleichförmigen zylindersymmetrischen Strahl von
E.P. Lee und R.K. Cooper, Particle Accelerators, 7,
83, 1976 und von J.D. Lawson, "Space Charge Optics",
Applied Charged Particle Optics, edited by A.
Septier, Academic Press, London, 1983 und im US
Patent 45 21 901 gegeben. Es ergibt sich:
r′′ = ε²/r³+K/r+gz/3r₀ (1)
wobei z die vom Strahl zurückgelegte longitudinale
Entfernung ist, r der Radius der Strahleinhüllenden,
ε die Strahlemittanz, K die verallgemeinerte
Strahlperveanz, r0 der anfängliche Strahlradius und g
ein Faktor, der Mehrfachstreuung berücksichtigt. r′′
bedeutet die zweite Ableitung von r nach z.
Gleichung 1 beschreibt die radiale Beschleunigung des
Strahls in Abhängigkeit von der zurückgelegten
Entfernung z. Der erste Term auf der rechten Seite
der Gleichung entspricht der Expansion des Strahls
aufgrund seiner endlichen Emittanz. Der zweite Term
beschreibt den Einfluß der Raumladung auf den Strahl
und der dritte Term die Expansion aufgrund von
Mehrfachstreuung am Restgas im Vakuum entlang des
Transportweges. Des weiteren ergibt sich:
K = 2Nrc (1-β²-f)/(β²Γ). (2)
N ist die Anzahl der Elektronen pro Einheitslänge im
Laborsystem, rc der klassische Elektronenradius, β
das Verhältnis der Elektronengeschwindigkeit zur
Lichtgeschwindigkeit, Γ das Verhältnis der
relativistischen Elektronenmasse zu seiner Ruhemasse
und f der Neutralisationsanteil des Strahls. Wenn es
im Strahl genauso viele positive Ionen wie Elektronen
gibt, bedeutet dies f=1, der Strahl ist
neutralisiert und K ist negativ, d. h. anziehend.
Wenn es keine positiven Ionen im Strahl gibt, ist
f=0 und K positiv.
Der Faktor g hat einen Wert, der direkt proportional
zum Druck entlang des Elektronenstrahlweges ist. In
perfektem Vakuum ist g=0. Bei einem Druck von
1×10-6 Torr ist g ungefähr 2×10-10 cm-1. Es stellt
sich heraus, daß dieser Term gewöhnlich klein ist
verglichen mit den ersten beiden Termen und daß er
normalerweise in den Fällen, die hier interessieren,
vernachlässigt werden kann.
Die Fig. 5A bis 5C veranschaulichen für einen
gleichförmigen Elektronenstrahl von 130 keV und 1
Ampere in Vakuum die Beziehung zwischen dem
Strahlradius und der Entfernung entsprechend
Gleichung 1, d. h. ε=f=g=0, für große (Fig.
5A), mittlere (Fig. 5B) und kleine (Fig. 5C) Werte
der aufgetragenen reduzierten Variablen. Auf der
Ordinate ist der Radius des Elektronenstrahls in
Einheiten des anfänglichen Radius aufgetragen und auf
der Abszisse die von den Elektronen im Strahl
zurückgelegte longitudinale Entfernung in Einheiten
des anfänglichen Radius. Wie man z. B. Fig. 5C
entnehmen kann, expandiert der Strahl auf das
Doppelte seines anfänglichen Radius nachdem er eine
Entfernung von grob dem Hundertfachen des
anfänglichen Radius zurückgelegt hat, d. h. ein
Strahl von 0,5 mm Radius expandiert auf 1 mm Radius
nachdem er eine Entfernung von 50 mm zurückgelegt
hat. Es stellt sich für dieses vereinfachte Beispiel
heraus, daß die für eine gegebene radiale Expansion
zurückgelegte Entfernung mit der inversen
Quadratwurzel des Strahlstroms skaliert. Daher
expandiert z. B. ein Strahl mit 0,5 mm Radius von
100 Milliamperes Stromstärke auf 1 mm Radius nachdem
er eine Entfernung von grob 50×√≈160 mm
zurückgelegt hat.
Im Gegensatz zum Verhalten der Fig. 5A bis 5C
zeigen die Fig. 6A und 6B ein Beispiel, wo
ionenunterstützte Fokussierung benutzt wird im Rahmen
der Näherung, daß der Mehrfachstreuungsterm
vernachlässigbar ist, d. h. g=0. Wie man aus
Gleichung 1 sehen kann, kann durch die Bedingung
r′′=0, d. h. K=-ε2/r2, ein
Gleichgewichtsstrahlradius angenähert werden. Nimmt
man z. B. eine Strahlemittanz von 10 π mm-mr an, so
ergeben sich die numerischen Beziehungen, die in
Fig. 6A dargestellt sind. So erfordert z. B. ein
Gleichgewichtsstrahlradius von 1 mm eine Perveanz von
K=-1×10-4.
Fig. 6B stellt die Beziehung zwischen dem
Neutralisationsanteil f und der Perveanz K in
Einheiten des Strahlstromes in Amperes für einen
130 keV Elektronenstrahl dar. So erfordert z. B. ein
K-Wert von -1×10-4 bei einem Elektronenstrahlstrom
von 1 Ampere einen Neutralisationsanteil von ungefähr
87%. In diesem Fall können solche
Neutralisationsanteile erreicht werden, indem man
Partialdrücke von etwa 5.5×10-6 Torr verwendet (siehe
dazu z. B. Lee und Cooper, US Patent 45 21 901 und
die darin enthaltenen Referenzen).
Die Fig. 7A bis 9B illustrieren unterschiedliche
Mittel der Injektion des Elektronenstrahls. Die
Fig. 7A, 8A und 9A zeigen schematisch
Seitenansichten eines Schnitts durch die
Abtasteinheit analog zu der im oberen Teil der Fig.
1. Die Fig. 7B, 8B und 9B zeigen Draufsichten. Aus
Gründen der Übersichtlichkeit tragen nur Elemente,
die für die Elektroneninjektion relevant sind,
Bezugszeichen. In den Fig. 7A bis 8B injiziert die
Elektronenstrahlquelle (31) den Elektronenstrahl
innerhalb einer kurzen Entfernung in einer Richtung,
die im wesentlichen senkrecht auf der Scan-Ebene
steht, bevor er in eine Richtung umgelenkt wird, aus
der er seine Kreisbahn um die Abtasteinheit beginnen
kann. In den Fig. 9A und 9B ist die
Elektronenstrahlquelle (31) in Richtung des
umlaufenden Elektronenstrahls ausgerichtet.
In den Fig. 7A und 7B erzeugen die
Injektionsmittel (34) ein Magnetfeld B, das durch die
Reihe vertikaler Pfeile in Fig. 7A angedeutet ist.
Sobald der injizierte Elektronenstrahl (32a) in das
Magnetfeld B eindringt, wird er in der Weise
abgelenkt, daß er in Richtung des umlaufenden
Elektronenstrahls (32b) ausgerichtet wird und seine
Bahn um die Abtasteinheit beginnt. Indem man die
Polarität des Magnetfeldes B verändert, kann man den
Elektronenstrahl (32) veranlassen, im Uhrzeigersinn
oder dagegen umzulaufen, wie es durch die
entgegengesetzt gerichteten Pfeile an den Enden der
Linien angedeutet ist, die den umlaufenden
Elektronenstrahl (32b) in Fig. 7B repräsentieren.
Die Abbildungen 8A und 8B zeigen eine
Einschußgeometrie, die derjenigen der Fig. 7A und
7B ähnlich ist. Die Injektionsmittel (34) verwenden
jedoch elektrische Felder E, die durch die Reihe
geneigter Pfeile in Fig. 8B angedeutet sind. Dadurch
daß man eine hinreichend hohe negative Hochspannung
an die Injektionsmittel (34) anlegt, kann der
injizierte Elektronenstrahl (32a) in die
erforderliche Richtung abgelenkt werden, um
umzulaufen so wie es durch die Linien, die den
umlaufenden Elektronenstrahl (32b) repräsentieren,
angedeutet ist. Indem man z. B. eine negative
Hochspannung an die Teile der Injektionsmittel
anlegt, die mit (34c) und (34d) bezeichnet sind, kann
ein elektrisches Feld E (qualitativ durch die Pfeile
in Fig. 8B dargestellt) erzeugt werden, daß den
injizierten Elektronenstrahl (32a) in der Abbildung
nach "rechts" ablenkt. Entsprechende niedrige
Spannungswerte an den Injektionsmitteln (34c und 34d)
und hohe negative Spannungen an den Injektionsmitteln
(34a und 34b) sorgen dafür, daß der injizierte
Elektronenstrahl (32a) nach "links" abgelenkt wird.
Auf diese Weise kann offensichtlich der
Elektronenstrahl veranlaßt werden, entweder im
Uhrzeigersinn oder dagegen um die Abtasteinheit
umzulaufen in Abhängigkeit von den Spannungen und
damit verbundenen elektrischen Feldern an den
Injektionsmitteln (34a bis 34d). Unterschiedliche
Werte der elektrischen Felder an den
Injektionsmitteln (34a bis 34d) können so ausgewählt
werden, um den Elektronenstrahl (32) zu steuern und
zu fokussieren und die Injektionsmittel (34a bis d)
können auch ein hochtransparentes Drahtgitter
enthalten, das der Elektronenstrahl (32)
gegebenenfalls passieren kann.
Die Fig. 9A und 9B veranschaulichen einen Aufbau
der Elektronenstrahlquelle (31), wobei die
Injektionsmittel (34) entweder weggelassen oder stark
vereinfacht werden können, dadurch, daß die
Elektronenstrahlquelle (31) entlang der Kreisbahn des
Elektronenstrahls (32) angeordnet ist, so daß der
Elektronenstrahl (32) nach seinem Austritt aus der
Elektronenstrahlquelle (31) direkt in die Kreisbahn
injiziert werden kann.
Claims (13)
1. Elektronenstrahl-Röntgen-Computer-Tomographie-Ge
rät (1) zur Erzeugung von Bildern durch ein Ob
jekt (2) mit einer Elektronenstrahlquelle (33),
die einen Elektronenstrahl (32a, b, c) erzeugt, und
einem stationären Anodenring (4)
dadurch gekennzeichnet, daß
der Elektronenstrahl (32a, b, c) von der Elektro
nenstrahlquelle (33) her bis zu seinem Auftreffen
auf dem Anodenring (4) entlang eines Wegs geführt
wird, der weitgehend zur Ebene des Anodenrings
(4) parallel ist.
2. Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektronenstrahlquelle (33) eine Elektronen
kanone zur Erzeugung des Elektronenstrahls
(32a, b, c) aufweist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeich
net, daß eine Vielzahl von Elektronenstrahlquel
len (33) vorhanden ist.
4. Gerät nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Elek
tronenstrahlquelle (33) Injektionsmittel (34)
aufweist, und daß der Elektronenstrahl (32a, b, c)
aus einem Anteil eines injizierten Elektronen
strahls (32a) und einem Anteil eines umlaufenden
Elektronenstrahls (32b) besteht, wobei der inji
zierte Elektronenstrahl (32a) unter Benutzung der
Injektionsmittel (34) um einen großen Winkel ab
gelenkt wird, um in den umlaufenden Elektronen
strahl (32b) überzugehen.
5. Gerät nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß
die Injektionsmittel (34) den Elektronenstrahl
(32a, b, c) sowohl im Uhrzeigersinn um das zu un
tersuchende Objekt (2) herum als auch dagegen ab
lenken können.
6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeich
net, daß die Injektionsmittel (34) ein elektroma
gnetisches Feld umfassen.
7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2
oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro
nenstrahl (32a, b, c) aus einem Anteil eines inji
zierten Elektronenstrahls (32a) und einem Anteil
eines umlaufenden Elektronenstrahls (32b) be
steht, wobei der injizierte Elektronenstrahl
(32a) nicht um einen großen Winkel abgelenkt
wird, um in den umlaufenden Elektronenstrahl
(32b) überzugehen.
8. Gerät nach einem oder mehreren der vorangehenden
Anprüche dadurch gekennzeichnet, daß Elektronen
strahlführungsmittel (36) vorhanden sind, um den
Elektronenstrahl (32a, b, c) zum Auftreffen in ei
nem Brennfleck (41) auf dem Anodenring (4) zu
führen um Röntgenstrahlung zu emittieren.
9. Gerät nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektronenstrahlführungsmittel (36) Mittel
(38) zum Steuern und Fokussieren, sowie zum Ex
trahieren (39) des Elektronenstrahls (32a, b, c)
umfassen.
10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekenn
zeichnet, daß die Elektronenstrahlführungsmittel
(36) ionenunterstützte Fokussierung umfassen.
11. Gerät nach einem oder mehreren der vorangehenden
Anprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro
nenstrahl (32a, b, c) auf dem Anodenring (4) auf
einem Brennfleck (41) auftrifft um Röntgenstrah
lung zu emittieren und daß ein vollständiger De
tektorring (5) oder ein zumindest 180 Grad umfas
sender Detektorringsegment (5) vorhanden ist mit
einem kleineren Radius als der Anodenring (4),
wobei der Detektorring (5) bezüglich des Anoden
rings (4) koaxial angeordnet ist um eine Schich
tebene zu definieren und wobei der Elektronen
strahl (32a, b, c) entlang eines Wegs geführt wird,
dessen Radius größer als der des Röntgendetektor
rings (5) aber kleiner als der des Anodenrings
(4) ist und der im wesentlichen parallel zur
Ebene des Anodenrings (4) verläuft.
12. Gerät nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet,
daß der Röntgendetektor- (5) und der Anodenring
(4) weitgehend koplanar sind und daß der Röntgen
detektorring (5) aus zwei eng benachbarten Rönt
gendetektor-Teilringen (5a, 5b) von weitgehend
gleichem Radius besteht, die durch einen Spalt
(51) getrennt sind, der breit genug ist, um vom
Brennfleck (41) ausgehende Röntgenstrahlung pas
sieren zu lassen, aber eng genug, so daß ein
Großteil der vom untersuchten Objekt durchgelas
senen Röntgenstrahlung im Röntgendetektorring (5)
detektiert wird.
13. Gerät nach Anpruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß
die geometrische Beziehung Rd/Rf=(wd-g)/(wd+g)
näherungsweise erfüllt ist, wobei g die Breite
des Detektorringspalts (51) zwischen den beiden
Detektorteilringen (5a, 5b) ist, wd die Breite des
Fächerstrahls (42) nach Durchgang durch das
Objekt (2) an der dem Brennfleck (41)
gegenüberliegenden Stelle des Detektorrings (5),
Rd der Radius des Detektorrings (5) und Rf der
Radius der Positionen des Brennpunkts (41) auf
dem Anodenring (4).
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