ارزیابی تخمین گرهای مسیر حرکت پروتون برای بهبود حد تفکیک فضایی تصاویر مقطع نگاری رایانه ای پروتون

مقطع نگاری رایانه ای پروتون (pCT)، قابلیت کاهش عدم قطعیت ذاتی در پروتون درمانی با اندازه گیری مستقیم توان توقف نسبی (RSP) را دارد. پراکندگی های زاویهای متعدد کوچک پروتون حاصل از پراکندگی چندگانه کولنی (MCS)، منجر به تضعیف حد تفکیک فضایی تصاویر pCT می شود. 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 می پذیرد که برای هر پروتون قابل بررسی است. در این مطالعه، سیستم pCT با قابلیت ردیابی ذره به ذره با استفاده از کد ۴Geant شبیهسازی شد. هدف شبیهسازی، بهبود حد تفکیک فضایی تصاویر حاصل از مدل های مختلف مسیر حرکت پروتون شامل مسیر خط مستقیم (SLP)، مسیر اسپلاین مکعبی (CSP) و مسیر محتمل حرکت MLP بوده است. فانتوم ۵۲۸Catphan، تحت تابش باریکه پروتونی MeV ۲۰۰ قرار گرفت و مقادیر انرژی، موقعیت و جهت حرکت ذرات قبل و بعد از فانتوم توسط آشکارسازها ثبت شد. هم­چنین ماتریس تصویر RSP با استفاده از ضرایب وزنی به دست آمده از اعمال تخمین­گرهای 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 داده های تصویر فانتوم مورد مقایسه قرار گرفت و نشان داد که روش MLP نسبت به سایر روشها دارای خطای کم­تر و حد تفکیک فضایی بهتر است. برای ۱۰۰ هزار ذره پروتون با تغییر ابعاد پیکسل از ۱ تا ۱/۰ میلی متر، حد تفکیک فضایی از ۳ تا ۹ جفت خط در هر سانتی متر افزایش یافت، درحالی که مقدار RMSE از ۱۱/۸­% به ۹۷/۱۴­% تغییر پیدا کرد.

کلیدواژه ها:

مقطع نگاری رایانه ای پروتون ، بازسازی تصویر ، شبیه سازی مونت کارلو ، تخمین گر مسیر حرکت پروتون