Quantitative Untersuchung der Streubeiträge in Hochenergie-Röntgencomputertomografie Translated title: Quantitative assessment of scattering contributions in high energy cone-beam computed tomography

Kurzfassung

Computertomografie (CT) ist eine bewährte Methode in den Bereichen Fehleranalyse und Qualitätskontrolle. Die Energie der hierbei benutzten Röntgenstrahlung bestimmt die Eindringtiefe der Strahlung und schränkt damit die Grösse und das Material des zu untersuchenden Objektes ein. Für grosse, dichte und schwere Objekte sind Photonenenergien von mehr als einem Megaelektronenvolt (MeV) nötig, um nutzbare Transmissionswerte zu erreichen. Ein wichtiger Faktor für die Qualität hochenergetischer Röntgentomografien ist der Anteil der Streustrahlung auf den CT-Bildern. Röntgenstrahlung kann sowohl im zu untersuchenden Objekt, als auch vom Messinstrument und -umfeld streuen und führt zu einem verfälschten Transmissionsbild. Neben Streueffekten kommt für MeV-Photonen zusätzlich der physikalische Prozess der Paarbildung ins Spiel. Die Auswirkung der einzelnen Streuprozesse auf das Transmissionsbild soll hier untersucht werden. Dafür wird mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen der Einfluss der verschiedenen Streubeiträge untersucht. Im Gegensatz zu früheren Studien, wird hier nicht nur ein Satz von einfachen geometrischen Objekten aus unterschiedlichen Materialien untersucht, sondern es werden auch vereinfachte Modelle der Komponenten eines CT-Scanners benutzt, um den Beitrag der Streuung verschiedener Systemkomponenten abzuschätzen.

Abstract

X-ray computed tomography (CT) is an established method in the fields of failure analysis and quality control. The energy of the X-ray beam determines the penetration length of the radiation and hereby limits the size and the density of the object that is investigated. For the case of large, dense and heavy objects, X-ray energies exceeding one mega electronvolt (MeV) are needed to achieve measureable transmission values. An important factor for the quality of X-ray CT is the contribution of scattered radiation in the radiographies. X-ray photons can be scattered from the object as well as the instrumentation and the environment which leads to a distorted transmission image. Besides scattered radiation, the physical effect of pair production has to be taken into account for radiation in the range of MeV. This work investigates the impact of each of the scattering processes on the radiography. Detailed Monte Carlo simulations help to distinguish the physical interactions as well as scattered radiation from system components. In contrast to previous studies, not only a set of simple geometric objects made of different materials is examined, but also models of the components of a CT scanner are used to estimate the contribution of scattering of various system components.