[發明專利]用于電子斷層成像術的方法

有效

• 申請號: 201410247938.3
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104224216B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: U.魯伊肯;R.肖恩馬克斯;J.A.M.安托紐斯
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 謝攀,劉春元

技術領域

本發明涉及在樣本上執行電子斷層成像術（electron tomography）的方法，所述樣本被安裝在電子顯微鏡中的樣本支架上，電子顯微鏡包括用于沿著光軸生成能量電子束的電子源，和用于使束聚焦和偏轉從而利用電子束輻射樣本的光學元件，所述樣本支架能夠使樣本相對于電子束定向以及傾斜，所述方法包括通過利用電子束輻射樣本來獲取圖像的傾斜系列（tilt series），每個圖像是以相關聯的獨特傾斜角度獲取的，以讀出（read-out）速度將圖像記錄在攝像機上。

除了其它方面以外，還可從FEI公司的“Technical note（技術備忘錄）：Functional div of Tecnai^TM Tomography Software”，2003年12月31日版本得知這樣的方法。

背景技術

在電子顯微鏡中（諸如透射電子顯微鏡（TEM）），電子源產生具有可選擇的能量（例如，80—300keV之間，盡管已知使用了更高和更低的能量）的能量電子束。該束由光學元件（電子透鏡、偏轉器、多極器）操縱（聚焦、偏轉）并輻射放置于樣本支架的樣本。樣本支架對樣本進行定位，支架典型地示出三個平動自由度（x,y,z）和一個轉動自由度（α）或更多個轉動自由度。樣本足夠薄從而對于電子是透明的：一些電子被吸收，但是很多電子穿過樣本而被散射或未被散射。對于生物樣本而言，樣本的厚度典型地在50 nm和1 μm之間（對于低溫樣本而言，為50—200 nm），并且對于半導體樣本而言，小于100 nm。另一組光學元件在檢測器上形成樣本的放大的圖像，所述檢測器諸如為CMOS攝像機、CCD攝像機、熒光屏、或者經由光纖連接的熒光屏和攝像機的組合。

如在技術備忘錄中描述的那樣，形成在檢測器上的圖像是樣本的2D投影。為了達成三維圖像，以所謂的傾斜系列來獲取樣本的在不同的轉動定向下的一系列圖像。傾斜系列典型地覆蓋從-70到+70度的具有1度或2度的規則間隔的傾斜范圍。傾斜系列的圖像然后被相對于彼此對準，并且使用適當的軟件做出3D重構，在此之后可以發生可視化。

對于傾斜序列的圖像中的每一個而言，樣本必須被定向到另一傾斜角度。由于TEM的高分辨率，樣本應當被穩定到例如1 nm或更小以內。因此典型地使用1秒或更長的弛豫時間來減弱振動。作為這一情況的結果，傾斜系列的獲取是耗時的過程。

存在對于獲取傾斜系列的更快的方法的需要。

為此目的，根據本發明的方法特征在于，在獲取傾斜系列的同時樣本支架連續地改變傾斜角度并且樣本的位置被連續地改變以將樣本保持在光軸上。

直到現在，存在以下強烈偏見：“實時斷層成像（tomo-on-the-fly）”，即其中在連續地改變傾斜角度的同時獲取傾斜系列的斷層成像術，由于隨著每次獲取的振動等原因而行不通。換言之，電子顯微鏡人員習慣于在獲取高分辨率圖像之前停止樣本的任何運動。本發明人實現了兩個單獨的進展使得實時斷層成像成為可能：快速的獲取時間和平穩的傾斜機構。

? 快速的獲取時間：直到最近，用在電子顯微鏡中的攝像機的獲取時間（攝像機組合了2048×2048像素下的低噪聲、高靈敏度和高動態范圍）典型地大約為1秒或更長。CMOS技術最近的進展實現每秒20幀或更多的讀出速度。因此能夠在幾秒內獲取100個圖像的傾斜系列。

? 平穩的傾斜機構：平穩的傾斜機構是必要的以使得由于轉動加速而引起的振動不會發生，或者由于轉動加速而引起發生很小的振動。例如在美國專利No. US 7,884,326B2中描述了這樣的傾斜機構。該專利描述了如何將樣本托架與樣本平面中的主軸連接?，F在通過使該主軸在致動器之間滾動而發生轉動。因為這是通過使主軸在由壓電元件致動的致動器上滾動達成的，所以達成平穩的運動。

本發明人推斷所述偏見不再成立。

應注意感興趣的區域經常不是在轉動軸上，使得需要在不引入振動的情況下同時使樣本平穩地平動。已知這使用壓電致動器來達成。

發明內容

根據本發明的方法的優點在于不會為了穩定樣本支架的（轉動）位置而損失時間，并且攝像機連續地獲取圖像。與此相關，用于輻射樣本并撞擊在攝像機上的所有電子都在成像中被使用，并且因此不發生沒有用的樣本劣化。

應注意樣本（尤其是生物樣本）由于起因于電子輻射的輻照損傷而引起劣化。