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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-87125
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8712/


Procz, Szymon

Hochauflösende Computertomographie mit Medipix3-Halbleiterdetektoren

High resolution computed tomography with medipix3 semiconductor detectors

Dokument1.pdf (22.466 KB) (md5sum: 5558fc0c7e477a968cfe067d043c747e)

Kurzfassung in Deutsch

Innovative Detektorsysteme für den Einsatz in der medizinischen Diagnostik und nichtdestruktiven Materialanalyse stellen eine wichtige Entwicklung in der Verbesserung der Leistung und Qualität von radiographischen Untersuchungsmethoden dar. Seit einigen Jahren werden photonenprozessierende Halbleiter-Röntgendetektoren entwickelt, die einfallende Röntgenquanten als Einzelereignisse erfassen und elektronisch verarbeiten können. Dies ermöglicht einerseits eine Dosisreduktion bei diagnostischen Untersuchungen und andererseits erweiterte Objektinformationen bei der nichtdestruktiven Materialanalyse.

Um den Gewinn photonenzählender Halbleiterdetektoren für die nichtdestruktive Materialanalyse und die röntgendiagnostische Kleintier-Bildgebung untersuchen zu können, wurde ein neuartiger, hochauflösender Computertomographie-Messplatz aufgebaut. Durch den Einsatz von Medipix3 Halbleiter-Detektoren sind erstmals energieselektive und multispektrale Messungen mit bis zu acht unterschiedlichen Energiebereichen möglich. Dies eröffnet einerseits erweiterte Objekt-Informationen für die nichtdestruktiven Materialanalyse und ermöglicht andererseits eine Wichtung unterschiedlicher Energien, so dass bei diagnostischen Messungen eine Dosisreduktion bei gleichbleibender Bildqualität erzielt werden kann. Gleichzeitig erlaubt die niedrige Energieschwelle des Medipix3 Detektors von ca. 4 keV Röntgenmessungen an Objekten mit sehr niedrigem Absorptionskontrast, die zuvor nur mittels der wesentlich aufwändigeren, objektlimitierten Phasenkontrast-Tomographie realisierbar waren. Dabei ist durch die geringe Pixelgröße des Medipix3 Detektors von 55x55 µm² eine hohe Detailauflösbarkeit gewährleistet, die sich durch Einsatz von geometrischer Vergrößerung auf bis zu 2 µm erhöhen lässt.

Um den Anforderungen unterschiedlicher wissenschaftlicher Gebiete zu genügen, wurde der CT-Messplatz mit hoher Adaptivität aufgebaut. So sind durch die automatisierte Detektor-rasterung und Objektverschiebung Messungen an Objekten verschiedener Formen und Abmessungen, vom Mikro- bis zum Dezimeter-Bereich, bei variablen Vergrößerungen und Strahlgeometrien möglich. Durch die Einstellbarkeit des Röntgenenergie-Bereichs können Messungen sowohl an Niedrig- als auch an Hochkontrast-Objekten durchgeführt werden.

Durch die Entwicklung einer optimierten Flatfield- und Beam-hardening Korrektur, sowie durch die Verbesserung der Detektorequalisierung und die automatisierte Identifikation und Korrektur anormal funktionierender Detektorpixel konnte die Bildqualität des Medipix3 CTs wesentlich verbessert werden.

In interdisziplinärer Zusammenarbeit wurde der Nutzen des Medipix3 CTs für die nicht-destruktive Materialanalyse und die diagnostische Kleintier-Bildgebung gezeigt. So sind einerseits schnelle, hochaufgelöste und artefaktfreie Messungen an Hochkontrast-Objekten möglich. Andererseits können ebenso Messungen an Niedrigkontrast-Objekten wie Pflanzen oder Polymergemischen durchgeführt werden. Mit ergänzenden multispektralen und energieselektiven Röntgenmessungen werden die Vorteile dieser neuartigen Radiographie demonstriert.


Kurzfassung in Englisch

High Resolution Computed Tomography with Medipix3 Semiconductor detectors

Innovative detector systems for medical diagnosis and non-destructive material analysis are an important development to improve the performance and the quality of examination methods. For several years now photon counting X-ray detectors are being developed to process incoming X-ray photons as single events. This provides the opportunity of reducing the radiation dose in medical examinations and enhanced object informations for non-destructive material analysis.

A novel X-ray measuring station was built up to investigate the benefit of photon counting semiconductor detectors for small animal X-ray imaging and non-destructive material analysis. By use of Medipix3 detectors it is possible to make energy selective and multi-spectral measurements with up to eight different energy ranges. On one side this enables enhanced object informations for non-destructive material analysis. On the other side it permits a weighting of different X-ray energies and provides therefore the possibility of a dose reduction in X-ray diagnostical examinations at a constant imaging quality. Simultaneously the low energy threshold of the Medipix detectors of about 4 keV allows to do X-ray measurements at objects with very low attenuation contrast, which was previously only possible with the substantially more complex and object limited phase-contrast tomography. Because of the small pixel pitch of the Medipix detectors of 55x55 µm² the measuring station provides a high detail resolution, which can be further improved up to 2 µm through geometrical magnification.

To fulfill the requirements of different scientific fields the CT setup was designed with a high adaptivity. Due to the automatized scanning of the detector and the object shifting it is possible to do measurements at objects with different shapes and sizes, from the micro-scale up to the decimeter range, with variable magnifications and beam geometries. Because of the adjustability of the X-ray energy range it is possible to make measurements at both low and hard contrast objects.

The image quality of the Medipix3 CT was significantly improved through the development of an optimized flatfield and beam-hardening correction, and also through the enhancement of the detector equalization and the automatized identification and correction of anomalous working detector pixels.

The use of this Medipix3 CT for the non-destructive material analysis and for small animal X-ray imaging was demonstrated in interdisciplinary cooperations. On the one hand it is possible to do fast, high resolution and artifact free measurements at high contrast objects. On the other hand it is also possible to make measurements at low contrast objects like plants or polymer mixtures. The benefits of this innovative X-ray imaging technology will be also demonstrated with additional multispectral and enery selective X-ray measurements.


SWD-Schlagwörter: Medipix CT , Computertomographie , Halbleiter Detektor
Freie Schlagwörter (deutsch): Medipix CT , Computertomographie , Halbleiter Detektor
Freie Schlagwörter (englisch): semiconductor detector
Institut: Freiburger Materialforschungszentrum
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Technik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Fiederle, Michael (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 11.06.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 10.08.2012
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