Energiasensitiiviset fotoninlaskentailmaisimet ja niiden käyttö röntgenkuvien kontrastin parantamisessa

Abstract

Tutkielman aiheina ovat energiasensitiiviset fotoninlaskentailmaisimet ja röntgenkuvien kontrastin parantaminen. Tutkielma koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja kokeellisesta osuudesta. Kirjallisuuskatsauksen tärkeimpinä tavoitteina oli selvittää, millaisia energiasensitiivisiä fotoninlaskentailmaisimia on kehitetty ja millaisissa sovelluksissa niitä on käytetty. Teoriaosuudessa esitellään myös energian integroivia ilmaisimia. Erilaisiin mittausperiaatteisiin perustuvia ilmaisimia on vertailtu sekä teoriassa että käytännössä. Advacam MiniPIX on energiasensitiivinen fotoninlaskentailmaisin, jota käytettiin kokeissa. Kokeellisen osan tärkeimpänä tavoitteena oli testata, pystytäänkö koko spektrillä kuvattaessa vaikeasti eroteltavien materiaalien kontrastia parantamaan käyttämällä kuvan muodostuksessa tiettyjä energia-alueita. Tätä testattiin kuvaamalla erilaisia muoveja sekä Nb- ja Rh-kalvoja. Muovien tapauksessa kontrastissa ei havaittu merkittäviä muutoksia, vaikka kuvaukset tehtiin erilaisilla energia-alueilla. Oletettavasti tämä johtuu muovien koostumuksen samankaltaisuudesta. Selvin havainto oli kontrastin huonontuminen, kun kuvan muodostukseen käytettiin spektrin suurimpia energian arvoja. Lisäksi fotonien laskenta paransi hieman kontrastia verrattuna energian integrointiin, kun kuvauksessa käytettiin käytännössä samaa energia-aluetta. Nb ja Rh ovat alkuaineita, joiden vaimennuskertoimien K-reunat ovat ilmaisimen toiminta-alueella. Mittausten perusteella kontrastin merkittävä parannus on mahdollista hyödyntämällä K-reunoja.

The subjects of thesis are energy sensitive photon-counting detectors and contrast enhancement of x-ray images. The thesis comprises a literature review and an experimental part. The most important aims of the literature review were to find out what kind of energy sensitive photon-counting detectors have been developed and in what kind of applications they have been used. In addition, energy-integrating detectors are discussed in the theory section. Detectors based on different measurement principles have been compared in theory and in practice. Advacam MiniPIX is an energy sensitive photon-counting detector which was used in the experiments. The most important aim of the experimental part was to find out whether it is possible to enhance the contrast of materials which are hard to differentiate from each other when the whole energy spectrum is used by using some specific energy intervals in the image formation. This was tested by imaging different types of plastics and also Nb and Rh foils. In the case of plastics remarkable changes in contrast were not observed although imaging was done by using different energy intervals. Presumably this was caused by similarity of the composition of the plastics. The most evident observation was deterioration of the contrast when imaging was done by using the largest values of the spectrum. Furthermore, the contrast was slightly improved by using a photon-counting detector instead of an energy-integrating detector, when practically the same energy interval was used in both cases. Nb and Rh are elements which have their K-edges of the absorption coefficients in the energy range of the detector. Based on the measurements remarkable enhancement of the contrast is possible by utilizing K-edges.