Entwicklung einer Hybrid-Pixel-Detektor basierten Comptonkamera

Ziel/Aim Obwohl seit Jahrzehnten bekannt, ist eine praktische Implementierung und Evaluierung der Vorteile einer Compton-Kamera durch technische Limitierungen bisher weitgehend ausgeblieben.

Ziel dieser Arbeit war die konkrete Umsetzung einer solchen Kamera, basierend auf Hybrid-Pixel-Detektor Technologie (HPD). Die weitreichenden Einsatzgebiete dieser Kamera sowie die Erschließung neuer Anwendungen durch die Weiterentwicklung der Kamera werden aufgezeigt.

Methodik/Methods Die aktuelle Implementierung der Compton-Kamera basiert auf dem Timepix3 ASIC in einem 2-Layer Design. Dieser ASIC ist wegen seiner hohen simultanen Energie- und Zeitauflösung gut für akkurate Koinzidenz- und Streuwinkelbestimmung geeignet. Der Scatter-Detektor ist hier mit einem 300–500 µm Si-Sensor ausgestattet, der Absorber mit einem 1–2 mm CdTe-Sensor. Die Ausleseelektronik besteht aus synchronisierten Katherine-Readouts. Eine effiziente Datenpipeline wird zur Selektion von Compton-Events verwendet, die dann mithilfe eines CUDA-basierten GPU-Projektors rekonstruiert werden. Verschiedene Ansätze für iterative Volumenrekonstruktion befinden sich in Entwicklung. Unter Verwendung der Driftzeit zur Tiefenbestimmung der Wechselwirkungsorte wird diese Kamera zu einem 1-Layer Design weiterentwickelt.

Ergebnisse/Results Die Comptonkamera wurde in der γ-Bildgebung mit 241Am, 57Co und ^99 mTc-Quellen erprobt. Die experimentellen Ergebnisse korrespondierenden mit unseren Geant4 MC-Simulationen. Simulation: Θ 9.41°, CNR 25.5; Experiment: Θ 9.07°, CNR 38.5. Die spektroskopische Auflösung der Kamera erlaubt Identifikation von Quellen, da keine Energiefensterung für eine Messung erforderlich ist.

Schlussfolgerungen/Conclusions Die hier entwickelte Compton-Kamera zeigt Potential für eine γ-Bildgebung und kann nun für nuklearmedizinische Anwendungen erprobt werden. Das 1-Layer Design ermöglicht eine Detektor-Array Doppelnutzung für SPECT/CT.