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30.07.2010 | |
22-12-2009
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Farbige Röntgenbilder
Physik Journal - Detektoren, die gleichzeitig zählen und integrieren, erlauben tomografische Farbbilder.
Die Computertomografie gehört zum medizinischen Alltag. Radiologen wünschen sich bei den heutigen Diagnoseverfahren aber eine geringere Strahlenbelastung für den Patienten und die farbige Visualisierung von Geweben und Kontrastmitteln. Eine Arbeitsgruppe um Norbert Wermes von der Universität Bonn hat zusammen mit Philips Medical Aachen einen Röntgendetektor entwickelt, der diesen Anforderungen genügt. Dafür nutzten sie Halbleiterpixeldetektoren, wie sie in der Teilchenphysik gängig sind, und ersetzten das Silizium, das für Röntgenstrahlung nahezu durchsichtig ist, durch stark absorbierende Halbleitermaterialien wie Cadmiumzinktellurid.
Abb.: Röntgenaufnahme eines Zahns unter Ausnutzung der Zählung einzelner Röntgenquanten (links), der im Sensor erzeugten Ladungsmenge (Integrator, Mitte) und unter Verwendung beider Informationen (mittlere absorbierte Photonenenergie, rechts). Der Informationsgewinn für die Bildgebung durch die Aufhärtung ist im rechten Bild offensichtlich. (Bild: Arbeitsgruppe Wermes/Uni Bonn)
Die Wissenschaftler kombinieren in ihrem CIX-Detektor (Counting and Integrating X-ray) zwei Konzepte, die bislang getrennt verwendet worden sind. Integrierende Systeme summieren die während der Belichtungszeit freigesetzte Ladung auf, die durch die Gesamtzahl der Photonen entsteht, und können daher sehr hohe Bestrahlungsstärken nachweisen. Ihre untere Nachweisgrenze ist durch das intrinsische Rauschen der Ausleseelektronik begrenzt. Zählende Systeme wiederum registrieren die Röntgenquanten individuell und weisen niedrige bis mittlere Photonenraten nach. Der Einfluss des Elektronikrauschens lässt sich bei ihnen weitge-hend eliminieren. Die Detektionsraten heutiger zählender Systeme liegen jedoch mehr als eine Größenordnung unter den Anforderungen der Computertomografie. Der CIX-Detektor löst diese Probleme, weil er beide Prinzipien miteinander vereint.
In dem Messbereich, in dem beide Nachweismethoden – Quantenzählung und Ladungsintegration – sauber arbeiten, lässt sich die mittlere detektierte Photonenenergie farbcodiert darstellen. Da Materie niederenergetische Röntgenquanten stärker absorbiert als hochenergetische, misst der Detektor die mittlere Photonenenergie und weist damit die sog. Strahlaufhärtung nach, deren Kenntnis die Qualität der CT-Rekonstruktion verbessert.
Michael Vogel
Quelle: Physik Journal, Januar 2010, S. 17
Weitere Infos:
- J. Fink et al., IEEE TNS 56, 6 (2009)
AH
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