Performance study of a spot beam approach to proton imaging

Étude des performances d'un système d'imageur proton dans le cadre de l'approche faisceau à faisceau

Yusuf Karakaya (1)

1 IPHC - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien

Calibration of computed tomography image in relative stopping power is a source of uncertainties for the proton therapy treatment planning. Proton imaging could directly obtain stopping powers or equivalent water thicknesses and control uncertainties in the treatment planning. In the context of a new pencil beam approach, this work aims to characterize and optimize the performances of a proton tomography system consisting of a tracker and a range meter. Beam position and width obtained with the tracker and the range meter response matrix modelling by Monte Carlo simulation combined with the unfolding method of the residual Bragg curve enable to reconstruct the water equivalent thickness for each beam. The evaluation of the reconstructed images quality shows that images are artefact free and the proton range is estimated with 0.7% of accurancy by using the unfolding method. This thesis demonstrates the feasibility of such an imaging system.

L'étalonnage de l’image tomodensitométrique X en pouvoirs d’arrêt relatif est source d'incertitudes pour la planification du traitement en protontherapie. L’imagerie proton permettrait d’obtenir directement les pouvoirs d’arrêt ou les épaisseurs équivalent-eau tout en maîtrisant les incertitudes sur la planification du traitement. Ce travail vise à caractériser et optimiser les performances du système de tomographie proton proposé dans le cadre d’une nouvelle approche faisceau à faisceau, composé d’un trajectographe et d’un range meter. La position et la largeur du faisceau obtenues avec le trajectographe ainsi que la modélisation matricielle de la réponse du range meter par simulation Monte Carlo combinée à la déconvolution de la courbe de Bragg résiduelle ont permis de reconstruire l’épaisseur équivalent-eau traversée pour chaque faisceau. L’évaluation de la qualité des images a permis de montrer que la méthode de déconvolution permettait d’obtenir des images dépourvues d’artefacts et d’estimer le parcours du proton avec une précision de l’ordre de 0,7%. Le travail présenté dans cette thèse démontre la faisabilité d’un tel système d’imagerie.

Mots clés: Proton imaging; Pencil beam approach; Unfolding method; Monte Carlo simulations; Protontherapy; Treatment planning; Range uncertainty

Mots clés: Imagerie proton; Approche faisceau par faisceau; Méthode de déconvolution; Simulation Monte Carlo; Protonthérapie; Planification de traitement; Incertitude sur le parcours

Domaines: Physique [physics]

Yusuf Karakaya. Étude des performances d'un système d'imageur proton dans le cadre de l'approche faisceau à faisceau. Physique [physics]. Université de Strasbourg, 2018. Français. ⟨NNT : 2018STRAE009⟩. ⟨tel-02046000⟩