Quantitative proton radiography with a single-2D-detector system

Kwantitatieve protonenradiografie met een enkelvoudig 2D-detectorsysteem

Kanker kan worden behandeld met protonenbestraling. De stralingsdosis afgegeven door protonen in de patiënt is laag aan het begin en hoog aan het einde van hun bereik en nul daarna. De protonenenergie is zo gekozen dat protonen stoppen in de tumor en daar het grootste deel van de dosis afgeven terwijl gezonde weefsels worden gespaard. Onzekerheden in het bereik zijn van invloed op behandelplannen en verhinderen dat dit potentiële dosisvoordeel volledig wordt benut. Sommige onzekerheden vloeien voort uit het omzetten van röntgen-CT-beelden van de patiënt in parameters die het lokale energieverlies van protonen in weefsels beschrijven. Deze onzekerheid kan worden verminderd door de patiënt in beeld te brengen met protonen (protonenradiografie) en deze informatie te gebruiken om de op röntgen-CT gebaseerde informatie te verbeteren. De meest directe manier is het meten van het energieverlies langs het protonenpad met een compacte detector.

In dit proefschrift van Francesco Olivari is de haalbaarheid van protonenradiografie onderzocht met één dunne 2D-pixel detector, die het energieverlies in en het aantal protonen op de detector meet. Het systeem werd eerst gesimuleerd, waaruit bleek dat het de boven bedoelde parameters potentieel met 1% nauwkeurigheid kan meten. Vervolgens werd de instrumentele haalbaarheid onderzocht met een scintillatorscherm gekoppeld aan een CCD-camera en met een Timepix-halfgeleiderchip. Met de Timepix werd ook een andere methode onderzocht waarbij het meest voorkomende energieverlies vanuit metingen van individuele protonen wordt bepaald. De resultaten zijn geanalyseerd en toekomstige experimenten ter verbetering worden voorgesteld. Tenslotte wordt de klinische implementatie van het systeem besproken.

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/723e63ac-5ce1-43ad-b87e-332c2b4fe6a2