نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی

2 دانشجوی دکتری، پژوهشکده فیزیک و شتابگر، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

3 دانشیار، پژوهشکده راکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

4 دکتری، پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

10.24200/nst.2020.492.1336

چکیده

دقت در طراحی‌درمان پروتون‌درمانی بستگی به صحت اطلاعاتی دارد که برای محاسبه RSP بافت‌ها در بدن بیمار به‌کار می‌رود. این اطلاعات از تصاویر xCT و با استفاده از منحنی کالیبراسیون موردنیاز برای تبدیل اعداد هانسفیلد به مقادیر RSP حاصل می‌شود. استفاده از xCT منجر به ایجاد خطا، در تخمین برد و محاسبه دز پروتون در طراحی‌درمان می‌شود. ولی با به‌کارگیری pCT در مد انتگرال نهشت انرژی، این خطا حذف شده و نقشه RSP بافت‌ها به‌طور مستقیم محاسبه می‌شود. در این مطالعه، یک سیستم مدرن تصویربرداری pCT با قابلیت ردیابی ذره به ذره، با استفاده از ابزار مونت‌کارلو Geant4 شبیه‏سازی شد. هدف از این شبیه‏سازی، بهبود رزولوشن‌چگالی تصاویر بافت‏ها بدون افزایش دز می‏باشد. فانتوم استاندارد CIRS062M با انرژی پروتون MeV300 پرتودهی شد و مقادیر انرژی، موقعیت و جهت‌حرکت ذرات قبل و بعد از فانتوم توسط آشکارسازهای هسته‏ای در فایل root ذخیره شدند. ماتریس تصویر فانتوم به‌صورت نقشه RSP بافت‏ها با استفاده از سه الگوریتم تحلیلی رادون بازسازی و نتایج ازنظر مقدار دز، رزولوشن‌چگالی و RMSE نسبت به داده‌های تصویر فانتوم مقایسه شد. الگوریتم پیشنهادی با اعمال تصحیح زاویه افکنده‌ها در سطح دز برابر، منجر به بهبود رزولوشن‌چگالی از 1/9 % به 3/4 % و RMSE از 43/26% به 81/6 % شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Image Reconstruction of proton computed tomography modeled by Monte Carlo Geant4 code

نویسندگان [English]

  • zafar riazi 1
  • Ehsan Alibeigi 2
  • Amir Movafeghi 3
  • Mojtaba Askari 4

1 دکتر

2 PhD candidate, Physics and Accelerator Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute

3 Associate professor, Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute

4 PhD , Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute

چکیده [English]

Accuracy in the treatment planning of proton therapy depends on the accuracy of the information used to calculate the relative stopping power of tissues in the patient's body. This information is obtained from X-ray computed tomography images using a calibration curve to convert Hansfield numbers to relative stopping power values. Using x-ray computed tomography images leads to errors in estimating the proton range and the proton dose distribution in the treatment plan program. But applying the proton computed tomography eliminates this error and directly calculates the relative stopping power map of the tissues. In this study, a modern proton computed tomography imaging system was simulated using the Monte Carlo code Geant4, by tracing particle-to-particle trajectory. The purpose of this simulation was the improvement of density resolution of tissue regardless of dose increase. The standard CIRS 062M phantom was irradiated with a 300 MeV proton beam, and the values of energy, position, and direction of particle movement before and after the phantom were stored in the root file by nuclear detectors. The phantom image matrix was reconstructed as a relative stopping power map using three radon analytical algorithms. The comparison was done in terms of dose, density resolution and RMSE concerning real phantom image data. The proposed algorithm improved the density resolution from 9.1% to 4.3% and RMSE from 26.43% to 6.81% by correcting the angles of the projections at the same dose level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • pCT
  • Electron Density Phantom
  • CIRS062M
  • Reconstruction
  • FBP
  • Monte Carlo
  • Geant4