List-mode proton CT reconstruction

Reconstruction tomographique proton CT en mode liste La thérapie proton est utilisée dans le cadre du traitement contre le cancer afin de parvenir à une meilleure distribution de dose en exploitant les propriétés du proton. Les systèmes de planification de thérapie proton requièrent une carte du pouvoir d’arrêt des tissus du patient afin de pouvoir calculer la dose absorbée. En clinique, cette image est générée à partir d’une conversion des unités Hounsfield d’une image tomodensitométrique (CT) rayons X au pouvoir d’arrêt relatif (RSP) du proton. Cette calibration induit des incertitudes étant donné que les interactions physiques des photons et des protons sont différentes, ce qui va mener à l’utilisation de marges de sécurité et à la réduction de la conformité de dose. Afin de réduire ces incertitudes, l’imagerie proton CT a été proposée pour la planification de la thérapie proton puisque la quantité reconstruite est directement le RSP. En plus de la perte d’énergie, les protons interagissent également via la diffusion multiple de Coulomb (MCS) qui induit des trajectoires non linéaires, ce qui rend le problème de reconstruction en proton CT différent de la reconstruction CT rayons X. L’objectif de cette thèse est l’amélioration de la qualité d’image en reconstruction proton CT en mode liste. L’utilisation du formalisme du chemin le plus probable (MLP) afin de prendre en compte les effets du MCS a permis d’améliorer la résolution spatiale en proton CT. Ce formalisme suppose un milieu homogène. La première contribution de cette thèse est une étude sur les trajectoires des protons en milieux hétérogènes: la justesse du MLP a été évaluée en comparaison avec un MLP obtenu par simulations Monte Carlo dans différentes configurations. Les résultats en matière de distribution spatiale, angulaire, et énergétique ont été analysés afin d’évaluer l’impact sur l’image reconstruite. La seconde contribution est un filtre rampe directionnel 2D utilisé dans le cadre de la reconstruction proton CT. Il s’agit d’une méthode intermédiaire entre la rétroprojection filtrée et le filtrage de la rétroprojection, basée sur l’extension du filtre rampe en 2D afin de préserver l’information spatiale sur le MLP. Une expression pour une version 2D limitée en bande de fréquence du filtre rampe a été dérivée et testée sur des données pCT simulées. Ensuite, une comparaison de différents algorithmes de reconstruction directs en matière de résolution spatiale et justesse du RSP a été menée. Cinq algorithmes, incluant le filtre rampe directionnel, ont été testés afin de reconstruire différents fantômes. Les résultats obtenus à partir de données acquises avec des détecteurs idéaux ou réalistes ont été comparés. Enfin, la dernière contribution est une méthode de déconvolution qui utilise l’information sur l’incertitude du MLP afin d’améliorer la résolution des images proton CT.