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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: König, Thomas
title: Exploring Coherent Phenomena and Energy Discrimination in X-Ray Imaging
title_de: Kohärente Phänomene und Energiediskriminierung in der Röntgenbildgebung
ispublished: pub
subjects: ddc-530
divisions: i-850300
adv_faculty: af-13
keywords: kohärente Bremsstrahlung , Medipix , bildgeführte Strahlentherapiecoherent bremsstrahlung , Medipix , image guided radiotherapy
abstract: Herkömmliche Röntgenbildgebung basiert auf der Erzeugung von Röntgenstrahlung in Materialien, die abhängig vom Anwendungsgebiet hinsichtlich ihrer Dichte, Abmessungen und Ordnungszahlen ausgewählt werden. Die in diesen Targets produzierten Photonen werden überlicherweise dadurch detektiert, wieviel Energie deren Gesamtheit an einen Film oder ein digitales System abgibt. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, diese beiden Paradigmen zu erweitern. Zunächst wird gezeigt, dass durch die Verwendung von einkristallinen, d.h. wohlstrukturierten Targets, die von Megavolt-Elektronen erzeugten Photonenspektren wesentlich weicher sein können als durch konventionelle Targets. Verantwortlich dafür ist ein Effekt genannt “kohärente Bremsstrahlung”. Es wird gezeigt, dass diese Art von Strahlung das Potenzial birgt, die Qualität von Megavolt-Bildern in der bildgeführten Strahlentherapie zu verbessern, bzw. die hierbei auftretende Strahlenbelastung zu reduzieren. In einem zweiten Schwerpunkt werden neue spektroskopische Detektoren der Medipix2 Baureihe, betrieben in Verbindung mit Cadmium-Tellurid Sensoren, im Hinblick auf ihre Eignung zur Röntgenbildgebung charakterisiert. Neben der detaillierten Beschreibung der Inbetriebnahme dieser Detektoren wird ein Schwerpunkt auf die Bestimmung von Energieantwort, Modulationstransferfunktion und detektiver Quanteneffizienz gelegt. Darüber hinaus werden Anforderungen für photonenzählende Megavolt-Bildgebung diskutiert. Die Eignung der verwendeten Detektorsysteme in der spektralen Computertomographie wird beschrieben und abschliessend wird auf deren Vorteil in der kohärenten Streubildgebung eingegangen.
abstract_translated_text: Conventional X-ray imaging is based on the generation of photons in materials that are selected for different applications according to their densities, dimensions, and atomic numbers. The photons produced in these targets are commonly detected by measuring the integrated amount of energy released in films or digital imaging systems. This thesis aims at extending these two paradigms. First, it is shown that the use of single-crystalline, i.e. well-ordered targets, can significantly soften photon spectra created by megavoltage electrons when compared to usual targets. The reason for this is an effect called “coherent bremsstrahlung“. It is shown that this type of radiation bears the potential of increasing the quality of megavoltage images and reducing radiation dose for image guided radiotherapy. Second, new spectroscopic pixel detectors of the Medipix2 family operated with cadmium telluride sensors are characterised and thus potential benefits and difficulties for X-ray imaging are investigated. Besides describing in detail how to calibrate these detectors, emphasis is placed on determining their energy responses, modulation transfer functions, and detective quantum efficiencies. Requirements for photon counting megavoltage imaging are discussed. The detector systems studied are finally used to perform spectral computed tomography and to illustrate the benefits of energy discrimination for coherent scatter imaging.
abstract_translated_lang: eng
date: 2011
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00011933
ppn_swb: 661890295
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-119330
date_accepted: 2011-05-04
advisor: HASH(0x55de57c37008)
language: eng
bibsort: KONIGTHOMAEXPLORINGC2011
full_text_status: public
citation:   König, Thomas  (2011) Exploring Coherent Phenomena and Energy Discrimination in X-Ray Imaging.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/11933/1/koenig_phd_final.pdf