Münster 2017 – wissenschaftliches Programm

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AIW: Arbeitskreis Industrie und Wirtschaft

AIW 1: AIW Industrietag I

AIW 1.2: Hauptvortrag

Donnerstag, 30. März 2017, 14:45–15:15, S 8

Quantenzählende Detektoren - Evolution oder Revolution in der Computer-Tomographie? — •Steffen Kappler — Global Technology Manager CT, Siemens Healthcare GmbH, Computed Tomography R&D, Siemensstr. 3, 91301 Forchheim

In der Computertomografie werden durch Auswertung einer Vielzahl aus verschiedenen Richtungen aufgenommenen Röntgenaufnahmen Schnittbilder erzeugt, welche die morphologischen Körperstrukturen von Patienten wiedergeben. CT-Untersuchungen sind schnell durchführbar und sehr präzise, so dass sich z.B. Lunge, Gehirn, Organe, Gefäßbäume, Knochen und sogar das menschliche Herz sehr detailliert abbilden lassen. Stand heute werden in der CT szintillatorbasierte Detektoren eingesetzt, die zur Messung der Röntgenintensität ein kumulatives, energiegewichtetes Signal liefern. In Kombination mit Mehrspektren-Verfahren (wie z.B. "Dual-Energy") erlaubt die CT ferner die Identifikation und Quantifizierung spezieller Materialien im Körper des Patienten, wie z.B. Knochen oder jodbasierte Kontrastmittel. Dies lässt Rückschlüsse auf funktionelle Eigenschaften des Körpers zu, die bei der Diagnose immer mehr Bedeutung erlangen. Hierzu sind in der Regel Messungen mit mindestens zwei unterschiedlichen Röntgenspektren erforderlich, da die Stand heute verwendeten szintillatorbasierten Detektoren keine spektrale Trennschärfe besitzen. Ein Feld aktiver Forschung stellt die Erprobung quantenzählender Detektoren für die CT dar. Diese Detektoren basieren auf Halbleiter-Direktkonvertern (z.B. CdTe) und bieten eine Reihe intrinsischer Vorteile gegenüber klassischen CT Detektoren. Ladungswolken im Halbleiter, die von Röntgenquanten hauptsächlich mittels photoelektrischem Effekt erzeugt werden, werden in einem starken elektrischen Feld zu Pixel-Elektroden transportiert, auf welchen sie ultra-kurze Strompulse influenzieren. Schnelle, hochintegrierte Elektronik wandelt diese Strompulse in Spannungspulse, deren Pulshöhen stark mit der Energie der einfallenden Röntgenquanten korreliert sind. Digitale Zähler, die mit Komparatoren auf unterschiedlichen Pulshöhen verbunden sind, messen somit die Röntgenintensität in unterschiedlichen spektralen Bereichen und ermöglichen die o.g. Mehrspektren-Verfahren unter Verwendung eines einzigen, polychromatischen Röntgenspektrums. Ein weiterer maßgeblicher Vorteil von Direktkonverter-Detektoren besteht darin, dass wesentlich kleinere Pixel realisiert werden können und die räumliche Auflösung signifikant gesteigert werden kann. Diese technologischen Vorteile bringen eine neue diagnostische Qualität in die Computertomografie, mit welcher klinische Fragestellungen besser und effizienter beantwortet werden können. Dieser Beitrag skizziert die physikalischen Grundlagen quantenzählender Detektoren und illustriert ihre Anwendung in der Computertomografie anhand zweier Forschungsgeräte, die aktuell mit klinischen Partnern in einer internationalen Kollaboration erprobt werden.