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Optimierung der Computertomographie mit photonenzählenden Detektoren durch spektrale Filterung
Optimierung der Computertomographie mit photonenzählenden Detektoren durch spektrale Filterung
The signal of PCDs used in CT is deteriorated by K-escape and charge-sharing effects, which lead to multiple counting of single photons at low energies. In this thesis, for the first time the emitted x-ray spectrum was optimized in the context of a high-flux capable whole-body photon-counting CT prototype with small pixel sizes. K-edge pre-patient filter materials, e. g. hafnium, enabled improvement of spectral properties (17% increase of DEC-squared in experiments with a thin 50 micro meter hafnium filter or 80% increase in simulations with a thick 500 micro meter hafnium filter). Alternatively, the improvement of image quality could be invested in dose reduction. In clinical routine, a K-edge filter is especially relevant for spectral examinations at very low doses or for pediatric examinations as a thick (500 micro meter) filter can be used in these scenarios., Das Messsignal von PCDs, welche in der CT verwendet werden, wird durch die Effekte K-escape und Ladungsteilung negativ beeinflusst. Diese führen dazu, dass Photonen mehrfach und bei unterschiedlichen Energien gezählt werden. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal das Röntgenspektrum für PCDs in einem klinisch realistischen Szenario mit hohen Photonenflüssen und kleinen Pixelgrößen optimiert, wie sie für klinische PCD-Ganzkörpercomputertomographen erforderlich sind. Filtermaterialien mit einer K-Kante im Röntgenspektrum, wie zum Beispiel Hafnium, ermöglichen eine Verbesserung der spektralen Eigenschaften (17% Verbesserung des quadrierten DEC im Experiment mit dünnem 50 µm Hafniumfilter bzw. 80% Verbesserung in der Simulation mit dickem 500 µm Hafniumfilter). Alternativ ließe sich an Stelle der Verbesserung der Bildqualität eine Dosisreduktion realisieren. Dies ist in der Praxis besonders relevant für Untersuchungen mit ultra-niedriger Strahlenexposition oder bei pädiatrischen Untersuchungen, da hier ein dicker (500 µm) Filter mit K-Kante verwendet werden kann.
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Polster, Christoph
2020
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Polster, Christoph (2020): Optimierung der Computertomographie mit photonenzählenden Detektoren durch spektrale Filterung. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

The signal of PCDs used in CT is deteriorated by K-escape and charge-sharing effects, which lead to multiple counting of single photons at low energies. In this thesis, for the first time the emitted x-ray spectrum was optimized in the context of a high-flux capable whole-body photon-counting CT prototype with small pixel sizes. K-edge pre-patient filter materials, e. g. hafnium, enabled improvement of spectral properties (17% increase of DEC-squared in experiments with a thin 50 micro meter hafnium filter or 80% increase in simulations with a thick 500 micro meter hafnium filter). Alternatively, the improvement of image quality could be invested in dose reduction. In clinical routine, a K-edge filter is especially relevant for spectral examinations at very low doses or for pediatric examinations as a thick (500 micro meter) filter can be used in these scenarios.

Abstract

Das Messsignal von PCDs, welche in der CT verwendet werden, wird durch die Effekte K-escape und Ladungsteilung negativ beeinflusst. Diese führen dazu, dass Photonen mehrfach und bei unterschiedlichen Energien gezählt werden. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal das Röntgenspektrum für PCDs in einem klinisch realistischen Szenario mit hohen Photonenflüssen und kleinen Pixelgrößen optimiert, wie sie für klinische PCD-Ganzkörpercomputertomographen erforderlich sind. Filtermaterialien mit einer K-Kante im Röntgenspektrum, wie zum Beispiel Hafnium, ermöglichen eine Verbesserung der spektralen Eigenschaften (17% Verbesserung des quadrierten DEC im Experiment mit dünnem 50 µm Hafniumfilter bzw. 80% Verbesserung in der Simulation mit dickem 500 µm Hafniumfilter). Alternativ ließe sich an Stelle der Verbesserung der Bildqualität eine Dosisreduktion realisieren. Dies ist in der Praxis besonders relevant für Untersuchungen mit ultra-niedriger Strahlenexposition oder bei pädiatrischen Untersuchungen, da hier ein dicker (500 µm) Filter mit K-Kante verwendet werden kann.