Detective Quantum Efficiency

In der medizinischen Bildgebung wird ein Bild durch die Detektion physikalischer Signale erzeugt, beispielsweise von Röntgenstrahlung. Der Detektor registriert die einfallenden Photonen und wandelt sie in elektrische Signale um. Dieser Prozess ist jedoch nicht verlustfrei. Ein Teil der Photonen wird nicht registriert oder trägt nur unvollständig zum Bildsignal bei. Gleichzeitig entstehen statistische Schwankungen des Signals, die als Bildrauschen wahrgenommen werden. Die DQE beschreibt, wie effizient ein Detektor das Signal im Verhältnis zum entstehenden Rauschen überträgt.

Die DQE ist definiert als das Verhältnis des quadratischen Signal-Rausch-Verhältnisses am Ausgang des Detektors zum quadratischen Signal-Rausch-Verhältnis der einfallenden Strahlung:

$${\displaystyle DQE={\frac {(SNR_{out})^{2}}{(SNR_{in})^{2}}}}$$

• ${\displaystyle SNR_{in}}$: Signal-Rausch-Verhältnis der einfallenden Strahlung
• ${\displaystyle SNR_{out}}$: Signal-Rausch-Verhältnis des Detektorsignals

Der Wert der DQE liegt theoretisch zwischen 0 (keine nutzbare Signalübertragung) und 1 (ideale, verlustfreie Detektion).

Die DQE ist in der Regel abhängig von der räumlichen Frequenz. Sie wird deshalb häufig als Funktion der Frequenz angegeben. Bei niedrigen räumlichen Frequenzen ist die DQE meist höher, da große Strukturen leichter detektiert werden können. Mit zunehmender Frequenz sinkt die DQE, da feine Strukturen schwieriger zuverlässig erfasst werden.

Die DQE wird durch mehrere Eigenschaften des Detektors bestimmt, unter anderem durch:

• Quantenausbeute der Photonenabsorption
• Eigenschaften des Szintillators oder Halbleitermaterials
• interne Streuung im Detektor
• elektronische Verstärkung und Ausleserauschen

Diese Faktoren beeinflussen, wie viele der einfallenden Photonen tatsächlich zur Bildinformation beitragen.

Die Detective Quantum Efficiency ist eine wichtige Kenngröße zur Bewertung der Leistungsfähigkeit radiologischer Detektorsysteme. Ein Detektor mit hoher DQE kann bei gleicher Bildqualität mit einer geringeren Strahlendosis arbeiten, da ein größerer Anteil der einfallenden Photonen effektiv genutzt wird. Eine hohe DQE ist daher ein wichtiger Faktor für die Dosisreduktion in der Röntgendiagnostik und der Computertomographie. Moderne Flachdetektorsysteme weisen im Vergleich zu älteren Röntgenfilm-Systemen typischerweise eine deutlich höhere DQE auf und ermöglichen dadurch eine effizientere Nutzung der Strahlung.