ارزیابی تخمین‌گرهای مسیر حرکت پروتون برای بهبود حد تفکیک فضایی تصاویر مقطع‌نگاری رایانه‌ای پروتون

مقطع‌نگاری رایانه‌ای پروتون (pct)، قابلیت کاهش عدم‌‌قطعیت ذاتی در پروتون‌درمانی با اندازه‌گیری مستقیم توان توقف نسبی (rsp) را دارد. پراکندگی‌های زاویه‏ای متعدد کوچک پروتون حاصل از پراکندگی چندگانه کولنی (mcs)، منجر به تضعیف حد تفکیک فضایی تصاویر pct می‌شود. استفاده از مسیر محتمل حرکت (mlp) پروتون در بازسازی تصویر می‏تواند کاهش کیفیت‌ تصویر در اثر mcs را جبران کند. mlp پروتون در محیط یکنواخت، مطابق با تابع توزیع احتمال خاصی صورت می‌پذیرد که برای هر پروتون قابل‌بررسی است. در این مطالعه، سیستم pct با قابلیت ردیابی ذره به ‌ذره با استفاده از کد 4geant شبیه‏سازی شد. هدف شبیه‏سازی، بهبود حد تفکیک فضایی تصاویر حاصل از مدل‌های مختلف مسیر حرکت پروتون شامل مسیر خط مستقیم (slp)، مسیر اسپلاین مکعبی (csp) و مسیر محتمل حرکت mlp بوده است. فانتوم 528catphan، تحت تابش باریکه پروتونی mev 200 قرار گرفت و مقادیر انرژی، موقعیت و جهت حرکت ذرات قبل و بعد از فانتوم توسط آشکارسازها ثبت شد. هم چنین ماتریس تصویر rsp با استفاده از ضرایب وزنی به دست آمده از اعمال تخمین گرهای مسیر حرکت slp، csp و mlp اصلاح شده و تصاویر به روش fbp بازسازی شد. نتایج حد تفکیک فضایی و خطای جذر میانگین مربعات (rmse) تصاویر حاصل نسبت به داده‌های تصویر فانتوم مورد مقایسه قرار گرفت و نشان داد که روش mlp نسبت به سایر روش‏ها دارای خطای کم تر و حد تفکیک فضایی بهتر است. برای 100 هزار ذره پروتون با تغییر ابعاد پیکسل از 1 تا 0.1 میلی‌متر، حد تفکیک ‌فضایی از 3 تا 9 جفت خط در هر سانتی‌متر افزایش یافت، درحالی‌که مقدار rmse از 8.11 % به 14.97 % تغییر پیدا کرد.

evaluation of proton path estimators for spatial resolution modification in images obtained by proton computed tomography

proton computed tomography (pct) can reduce proton therapy uncertainty by measuring relative stopping power (rsp) directly. the spatial resolution of the pct images decreases due to the multi colomb scattering (mcs) of protons inside the phantom. this reduction of image quality can be compensated by using the most probable proton path in the reconstruction algorithm. in this study, a pct system was simulated by particle-to-particle tracking of protons using the geant4 toolkit. this simulation improves the spatial resolution of images obtained from applying different estimators of the proton path, including straight line path (slp), cubic spline path (csp), and most likely path (mlp). the catphan528 phantom was irradiated with 200mev protons. the energy, position, and direction of the particle were recorded before and after the phantom. the rsp image matrix was modified by weigthing factors obtaind using slp, csp, and mlp path esitimators and image was reconstructed using fbp. spatial resolution and root mean square errors (rmse) were compared to phantom image data. according to the results, the mlp method is less error-prone and more accurate than other methods in resolving spatial resolutions. for 100,000 protons, with image resolution ranging from 1 to 0.1 mm, the spatial resolution increased from 3 to 9 line pairs/cm, while the rmse increased from 8.11% to 14.97%.