Revolutionäre medizinische Bildgebungsverfahren mit Einzelphotonendetektion
Die digitale Radiographie hat die medizinische Röntgenbildgebung vorangebracht und bietet sehr hohen Kontrast sowie ausgeprägtes räumliches Auflösungsvermögen. Detaillierte Informationen über die absorbierten Photonen fehlen jedoch größtenteils. Die Energie der absorbierten Photonen zu kennen ermöglicht die Konstruktion einer farbcodierten Energiekarte, welche die Gewebeanalyse auf Grundlage der chemischen Zusammensetzung erleichtert. Tatsächlich hat die farbige Röntgenbildgebung (CXI, coloured X-ray imaging) die Tumorsichtbarkeit verbessert und zu einer genaueren Stadienbestimmung beigetragen. Die Fähigkeit, jedes absorbierte Photon zählen zu können, bringt nicht nur das Signal-Rausch-Verhältnis ans Quantenlimit, sondern würde auch geringere Strahlungsdosen erlauben. Wissenschaftler haben das EU-finanzierte Projekt "Large X-ray detectors for coloured X-ray imaging" (LACX) ins Leben gerufen, um die Halbleiterdetektoren und die zugehörige photonenzählende Elektronik zu entwickeln, die zum Verwirklichen dieser Technologie benötigt wird. Herkömmliche Halbleiter wie Silizium und Germanium erfüllen nicht die technischen Anforderungen, um mit den hochenergetischen Photonen in der medizinischen Bildgebung verwendet werden zu können. Die Werkstoffeigenschaften der neuen Halbleiter: Cadmiumtellurid (CdTe) und Cadmiumzinktellurid (CZT) ermöglichen die wirksame Umwandlung von Strahlung in elektrische Ladungen (Photonen in Elektronen). Vor Projektbeginn wurden diese jedoch noch nie zuvor in der Strahlungsbildgebung eingesetzt. Um großflächige Halbleiter-Röntgendetektoren zu verwirklichen, mussten sich die Forscher mit Problemen hinsichtlich Kosten und Verfügbarkeit der Detektormaterialien auseinandersetzen. Ein Hauptproblem ist, dass die durchschnittliche Größe von CdTe/CZT-Einzelkristallen zu klein ausfällt. Um dieses Hindernis zu überwinden, entwickelte das Team ein Herstellungsverfahren für CdTe/CZT-Dickfilme mit den erforderlichen Eigenschaften, um die Leistungsnormen für Röntgen-Großflächendetektoren zu erfüllen. Nach der Charakterisierung und Optimierung der Werkstoffe und Methoden fabrizierten die Forscher detektorfähige polykristalline Dickfilme und integrierten sie auf Detektorchips. Mit einer Bildanalyse-Software, die Algorithmen zur Kachelung von Bildern ausnutzt, konnte das Detektorsystem in die Computertomografie implementiert werden. Die Wissenschaftler demonstrierten erstmals äußerst hochqualitative Patientenbilder, die mittels großflächiger Halbleiterdetektoren erstellt wurden. Die LACX-Technologie für neuartige, hochauflösende, niederdosige und farbcodierte Bildgebung menschlicher Gewebe sollte die Qualität von Diagnosen verbessern und die Strahlenbelastung der Patienten verringern. Weitere Anwendungen, beispielsweise im Sicherheitsbereich, sind ebenfalls wahrscheinlich.
