Titelaufnahme

Titel
Performance and limitations of high granularity single photon processing X-ray imaging detectors / von Lukas Tlustos
VerfasserTlustos, Lukas
Begutachter / BegutachterinAiginger, Johannes ; Grössinger, Roland
Erschienen2005
UmfangIX, 163 S. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Photonendetektor / Röntgenstrahlung / Bildgebendes Verfahren
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-96933 Persistent Identifier (URN)
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Performance and limitations of high granularity single photon processing X-ray imaging detectors [9 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Der rasante Fortschritt in der CMOS Technologie und in den Verbindungstechniken zwischen Halbleiterdetektor und Auslesechip erlauben die Entwicklung von photonenzählenden Detektorkonzepten für Anwendungen in der Röntgenbildgebung. Pixelabstände in der Größenordnung von 50 m stellen eine Ortsauflösung zur Verfügung, die vergleichbar ist mit der von konventionellen CCDs und Flachbilddetektoren. Die Verarbeitung des Signals einzelner Photonen eröffnet die Möglichkeit, Detektoren für spektrale Bildgebung zu konstruieren. Im Rahmen dieser Dissertation wurde sowohl die Wechselwirkung von Röntgenphotonen im Energiebereich von 5-70 keV mit verschiedenen Detektormaterialen untersucht, als auch das Ansprechverhalten des Medipix2 Detektorsystems auf monoenergetische und spektrale Röntgenquellen studiert. Die Simulationen und Messungen zeigen, dass die erreichbare Orts- und Energieaufösung durch Diffusion während der Ladungssammlung im Sensor und die Emission charakteristischer Röntgenstrahlung in Sensormaterialien höherer Ordnungszahl begrenzt sind. Nach Anwendung geeigneter Flatfield-Korrekturen folgt das Bildrauschen der Poisson Statistik. Das Rauschen einer Pixelelektronik des Medipix2 Chips ist 100 e- rms und die untere Energieschwelle für die Detektierung typischerweise 1000 e-. Die gemessene Modulations-Transfer-Funktion folgt derjenigen der Pixelapertur mit einer Ortsauflösung von 9.1 lp/mm. Die Detektor-Quanteneffizienz ist limitiert durch die Absorptionseffizienz des Sensormaterials und ist unabhängig von der Bilddosis. Die Ergebnisse zeigen das große Potential, das photonenzählende Detektoren für die Röntgenbildgebung, speziell bei niedriger Dosis, bieten. Der Medipix2 Detektor erlaubt es, ein Energiefenster mit einer minimalen Breite von 1.4 keV FWHM in einem Bereich von 4 bis 100 keV zu setzen. Erste Aufnahmen, die dieses Energiefenster verwenden, demonstrieren, dass selbst bei Verwendung Röntgenquellen mit breitem Energiespektrum mit Hilfe dieser Technik spektrale Information gewonnen werden kann.

Zusammenfassung (Englisch)

Progress in CMOS technology and in fine pitch bump bonding has made possible the development of single photon counting detectors for X-ray imaging with pixel pitches on the order of 50 m giving a spatial resolution which is comparable to conventional CCD and flat panel detectors. This thesis studies the interaction of X-ray photons in the energy range of 5 keV to 70 keV with various sensor materials as well as the response of the Medipix2 readout system to both monochromatic and wide spectrum X-ray sources. Single photon processing offers the potential for spectroscopic imaging. However, this thesis demonstrates using simulations and measurements that the charge diffusion during collection in the sensor and the generation of fluorescence photons in heavier sensor materials impose fundamental limits on the achievable spatial and energy resolution. With the application of appropriate flat-field correction maps, the system operates to the Poisson limit. The Modulation Transfer Function has been measured to be 9.1 lp/mm corresponding to the pixel aperture function. The Detective Quantum Efficiency is only limited by the sensor material used and does not change as a function of dose, highlighting the enormous potential for low dose imaging. The Medipix2 system allows for an energy window of down to 1.4 keV FWHM to be selected and scanned in the range of 4 keV to 100 keV. First images using the energy threshold window demonstrate the potential of the technique to extract a spectral image when only a broad band source of X-rays is available.