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

Performance study of a spot beam approach to proton imaging

• Auteur / Autrice : Yusuf Karakaya
• Direction : Christian Finck, Marc Rousseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/07/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Courtin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Colin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Luc Beaulieu, Joël Hérault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux de protons

Imagerie par résonance magnétique

Protonthérapie

Mots clés libres

Imagerie proton

Approche faisceau par faisceau

Méthode de déconvolution

Simulation Monte Carlo

Protonthérapie

Planification de traitement

Incertitude sur le parcours

Proton imaging

Pencil beam approach

Unfolding method

Monte Carlo simulations

Protontherapy

Treatment planning

Range uncertainty

Résumé

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.

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.