DE4210339C2

DE4210339C2 - Elektronenstrahl-Röntgen-Computer-Tomographie-Gerät

Info

Publication number: DE4210339C2
Application number: DE4210339A
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Vincent; Guenther Prof Dr Laukien
Original assignee: Bruker Analytische Messtechnik GmbH
Current assignee: Bruker Biospin GmbH
Priority date: 1991-05-03
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2012-03-31
Also published as: GB2255887A; US5197088A; DE4210339A1; GB2255887B; GB9208351D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-Röntgen-Computer- Tomographie-Gerät zur Erzeugung von Bildern durch ein Objekt mit einer Elektronenstrahlquelle, die einen Elektronenstrahl erzeugt, und einem stationären Anodenring.

Elektronenstrahl-Röntgen-Computer-Tomographen ohne mechanische Bewegung der Röntgenquelle oder des Detektors sind bekannt aus den US-Patenten 4,352,021 und 4,158,142. Weitere Verbesserungen des Systems, das im US-Patent 4,352,021 be schrieben ist, werden in den US-Patenten 4,521,900 und 4,521,901 beschrieben.

In konventionellen Computer-Tomographen werden die Röntgenquelle und/oder die Detektoranordnung mechanisch um das Objekt herumbewegt. Diese Tomographen sind üblicherweise ein geschränkt 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 4,352,021 und 4,158,142 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 4,352,021 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 4,158,142 ist die relative geometrische Anordnung der Elektronen- und Röntgenquellen ähnlich derjenigen im US-Patent 4,352,021. 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 4,352,021 und 4,158,142 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 4,352,021 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 4,352,021, 4,521,900 und 4,521,901 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 An odenring auftrifft, wobei der Brennpunkt seinerseits Röntgen strahlung 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 "Ring segment" umfassen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Elek tronenstrahlquelle Injektionsmittel aufweist, daß der Elek tronenstrahl unter Benutzung der Injektionsmittel um einen großen Winkel abgelenkt wird, daß der Elektronenstrahl entlang eines Wegs geführt wird, der weitgehend zur Ebene des Anodenrings parallel ist, und daß Elektronenstrahlführungsmittel vorhanden sind, um den Elektronenstrahl zum Auftreffen in einem Brennfleck auf dem Anodenring zu führen, um Röntgenstrahlung zu emittieren.

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 er findungsgemäße 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. Zum Beispiel 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 4,521,901 gegeben. Es ergibt sich:

r′′ = ε²/r³ + K/r + gz/3 r₀ (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 = 2 Nr_c (1-β²-f)/(β²Γ) (2)

N ist die Anzahl der Elektronen pro Einheitslänge im Laborsystem, r_c 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 Milliampères 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 Ampères für einen 130 keV Elektronenstrahl dar. So erfordert z. B. ein K-Wert von -1×10^-4 bei einem Elektronenstrahlstrom von 1 Ampère 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 4,521,901 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 32d) 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

1. Elektronenstrahl-Röntgen-Computer-Tomographie-Gerät (1) zur Erzeugung von Bildern durch ein Objekt (2) mit einer Elektronenstrahlquelle (33), die einen Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) erzeugt, und einem stationären An odenring (4), dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektronenstrahlquelle (33) Injektionsmittel (34) aufweist,
daß der Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) unter Benutzung der Injektionsmittel (34) um einen großen Winkel abgelenkt wird,
daß der Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) entlang eines Wegs geführt wird, der weitgehend zur Ebene des Anodenrings (4) parallel ist, und
daß Elektronenstrahlführungsmittel (36) vorhanden sind, um den Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) zum Auftreffen in einem Brennfleck (41) auf dem Anodenring (4) zu führen, um Röntgenstrahlung zu emittieren.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlquelle (33) eine Elektronenkanone zur Erzeugung des Elektronenstrahls (32a, 32b, 32c) aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Elektronenstrahlquellen (33) vor handen ist.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittel (34) den Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) sowohl im Uhrzeigersinn um das zu untersuchende Objekt (2) herum als auch dagegen ablenken können.

5. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittel (34) ein elektromagnetisches Feld umfassen.

6. Gerät nach einem der vorangehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlführungsmittel (36) Mittel (38) zum Steuern und Fokussieren sowie zum Extrahieren (39) des Elektronenstrahls (32a, 32b, 32c) umfassen.

7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlführungsmittel (36) ionenunterstützte Fokussierung umfassen.

8. Gerät nach einem der vorangehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) auf dem Anodenring (4) auf einem Brennfleck (41) auftrifft, um Röntgenstrahlung zu emittieren und
daß ein vollständiger Detektorring (5) oder ein zumindest 180 Grad umfassendes Detektorringsegment (5) vorhanden ist mit einem kleineren Radius als der Anodenring (4), wobei der Detektorring (5) bezüglich des Anodenrings (4) koaxial angeordnet ist, um eine Schichtebene zu definieren und wobei der Elektronenstrahl (32a, 32b, 32c) entlang eines Wegs geführt wird, dessen Radius größer als der des Röntgendetektorrings (5), aber kleiner als der des Anodenrings (4) ist und der im wesentlichen parallel zur Ebene des Anodenrings (4) verläuft.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Röntgendetektor- (5) und der Anodenring (4) weit gehend koplanar sind und
daß der Röntgendetektorring (5) aus zwei eng benachbarten Röntgendetektor-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 passieren zu lassen, aber eng genug, so daß ein Großteil der vom untersuchten Objekt durchgelassenen Röntgenstrahlung im Röntgendetektorring (5) detektiert wird.

10. Gerät nach Anpruch 9, 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.