Hardwareentwicklung für die Bildgebung

Szintillatoren sind im Bereich der Detektion von Gammastrahlung weit verbreitet. Eine Vielzahl  von Wissenschaftlern beschäftigt sich mit ihrer Charakterisierung und der idealen Kombination aus Szintillator und Photodetektor für eine bestimmte Messaufgabe. Die Entwicklung größerer und leistungsfähiger Silizium-Photomultiplier (SiPMs) erfordert neue Konzepte für die Front-End-Elektronik.

Jeder der verschiedenen Ansätze zur in-vivo Dosimetrie hat spezielle Anforderungen an das Detektorsystem:

• Passiv kollimierende Systeme zählen die Photonen nach einem Kollimator. Daher ist die wesentliche Eigenschaft des Detektors eine ausgezeichnete räumliche Auflösung.
• Bei der Compton-Kamera müssen die Detektoren eine gute räumliche Auflösung sowie eine hervorragende Energieauflösung besitzen, um aus den gemessenen Daten die Quellverteilung rekonstruieren zu können.
• Die Prompt-Gamma-Timing-Methode basiert auf der Messung der Laufzeit der Ionen des Therapiestrahles zur Bestimmung  ihrer Reichweite. Daher ist in diesem Fall die Zeitauflösung des Systems maßgeblich, während räumliche und energetische Auflösung nachrangig sind.
• PT-PET basiert auf der Detektion von Koinzidenzen von Photonen, die bei der Annihilation eines Positrons und eines Elektrons entstehen. Die Energie ist damit auf 511keV festgelegt; die Zeitauflösung und die räumliche Auflösung sind entscheidende Parameter für diese Anwendung.

Trotz dieser verschiedenen Anforderungen, sind die Grundvoraussetzungen durch die Anwendung bei der Ionenstrahltherapie gegeben
Ein Energiebereich von (2 bis 10 MeV) für die Messung prompter Gammastrahlung und 511 keV im Falle der PET), hohe Zählraten und ein stabiler Betrieb bei starken Hintergrundstrahlungsfeldern.

Die Charakterisierung der Szintillatoren wird mit kommerziell erhältlicher Elektronik an verschiedenen Experimentplätzen  durchgeführt. An der Strahlenquelle ELBE – Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen können Messungen zum Zeitverhalten bei Energien für Bremsstrahlungsphotonen bis 16 MeV durchgeführt werden. Das 3MV Tandetron 

stellt monoenergetische 4.4 MeV Photonen aus einer ¹⁵N(p, αγ) ¹²C Resonanz zur Verfügung. An der klinischen Protonentherapieanlage des OncoRay besteht die Möglichkeit für Messungen in einem klinischenUmfeld und die Translation der Technologie zur Nutzung am Patienten.

In unserer Gruppe werden weiterhin angepasste Vorverstärker-Module mit rauscharmen linearen Spannungsreglern zur Rauschunterdrückung und Spannungsversorgung entwickelt. Diese Module verfügen  über zwei getrennte Verstärkerpfade für Energie- und Zeitmessungen.