Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit Photonenzählenden Detektoren sowie deren Einsatz im Bereich der spektralen Computertomographie und den Vorteilen und Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus dieser neuartigen Technologie ergeben.

Auf der Basis einer wissenschaftlichen Literaturrecherche über einen Zeitraum der letzten 5 Jahre wird der aktuelle Stand der Forschung auf dem Gebiet dieser Detektortechnologie erhoben und die für diese Arbeit relevanten Inhalte herausgearbeitet. Ergänzt wird diese Literaturrecherche durch Fachbücher, die sich mit den Themen Computertomographie, Detektoren und physikalischen Grundlagen beschäftigen.

Photonenzählende Detektoren messen Röntgenstrahlung, anders als Energieintegrierende Detektoren, durch Zählung individueller Photonen in vorgegebene Energiebereiche abhängig von der Photonenenergie. Durch diesen Detektionsmechanismus wird multienergetische Bildgebung bei der Aufnahme mit einem einzelnen Röntgenspektrum erzielt. Da Photonen erst ab einem bestimmten Schwellenwert einem Energy Bin zugeordnet werden, kommt es zu einer Unterdrückung des elektronischen Rauschens. Darüber hinaus sorgt die Zählung in mehrere Energiebereiche für eine stärkere Gewichtung niederenergetischer Photonen im rekonstruierten Bild verglichen mit Energieintegrierenden Detektoren. Dies hat ein besseres Kontrast-Rausch Verhältnis und insgesamt einen besseren Weichteilkontrast zur Folge. Die Verbesserung des Kontrast-Rausch Verhältnisses wird in mehreren Studien nachgewiesen.

Photonenzählende Detektoren erweitern die Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten, welche bereits mittels Dual Energy Bildgebung möglich sind, um neuartige Anwendungen wie K-Edge Imaging. Mithilfe dieser Bildgebungsform ist es möglich Kontrastmittel selektiv darzustellen und zu quantifizieren. K-Edge Imaging bietet darüber hinaus auch die Möglichkeit Multi Contrast Imaging durchzuführen und könnte mithilfe spezieller Kontrastmittel in naher Zukunft auch revolutionäre Anwendungen, wie molekulare Bildgebung in der Computertomographie, ermöglichen.

This bachelor thesis deals with photon counting detectors as well as their usage in spectral computed tomography and with benefits and possible applications resulting from this novel technology.

Based on literature research deducted for the past 5 years, current research concerning this detector technology is gathered and contents relevant to this thesis are carved out. Literature research is complemented by reference books dealing with computed tomography, detector technology and physical background.

Photon counting detectors differ from energy integrating detectors in the detection of x-rays, as they count individual photons into specified energy bins depending on the energy of the detected photons. Multi energy imaging using a single x-ray spectrum is achieved through this detection mechanism. As photons are only assigned to an energy bin if they exceed a given threshold, electronic noise is suppressed. Furthermore, the counting of photons into multiple energy bins assigns low energy photons a higher weight in the reconstructed image compared to energy integrating detectors. This leads to an improvement of contrast to noise ratio and soft-tissue contrast. The improvement of contrast to noise ratio is proven in multiple studies.

Photon counting detectors extend the range of applications that are possible through dual energy imaging by adding novel applications like k-edge imaging. This imaging concept enables selective visualization and quantification of contrast agents. K-edge imaging further allows for multi contrast imaging and could allow for revolutionary applications like molecular imaging in computed tomography with specific contrast agents.