Protonowa tomografia komputerowa

Protonowa tomografia komputerowa (pCT) lub protonowa tomografia komputerowa to metoda obrazowania zaproponowana po raz pierwszy przez Cormacka w 1963 r., a wstępne badania eksperymentalne wykazały kilka zalet w porównaniu z konwencjonalną rentgenowską tomografią komputerową (xCT). Jednak interakcje cząstek, takie jak wielokrotne rozpraszanie kulombowskie (MCS) i (nie)elastyczne rozpraszanie jądrowe, odchylają trajektorię protonu , powodując nieliniowe ścieżki, które można przybliżyć jedynie za pomocą założeń statystycznych , co prowadzi do niższej rozdzielczości przestrzennej niż Tomografia rentgenowska . Dalsze eksperymenty zostały w dużej mierze porzucone aż do pojawienia się radioterapii protonowej w latach 90. XX wieku, która wznowiła zainteresowanie tematem ze względu na potencjalne korzyści obrazowania i leczenia pacjentów tą samą cząsteczką.

Opis

trajektorii i energii protonu przed i po przejściu przez obiekt w celu zrekonstruowania obrazu obiektu, w którym każdy woksel reprezentuje względną siłę hamowania (RSP) składu materiału odpowiedniego regionu obiekt. Odchylenia ścieżki protonu wewnątrz obiektu wynikają przede wszystkim z interakcji między polami kulombowskimi protonu i jąder w materiale pochłaniającym, powodując wiele odchyleń pod małymi kątami, gdy przechodzi on przez obiekt. Opracowano modele statystyczne wpływu MCS na trajektorię protonu w celu obliczenia najbardziej prawdopodobnej ścieżki (MLP) protonu, biorąc pod uwagę jego pozycję/ trajektorię wejściową i wyjściową oraz odpowiednią niepewność na pośrednich głębokościach w obiekcie. Mogą również wystąpić dodatkowe (nie)elastyczne zdarzenia rozpraszania jądrowego, które powodują większe odchylenia kątowe, których nie można łatwo modelować, ale są one dość łatwe do zidentyfikowania i usunięcia z rozważań w procesie rekonstrukcji obrazu.

Dzięki przybliżonej ścieżce protonu przez obiekt można następnie zidentyfikować woksele, przez które przeszedł proton, a różnica między energią wejścia i wyjścia wskazuje energię zbiorczo zdeponowaną w tych wokselach. Zakładając, że na $obrazie$ znajdują się $j \ in$ , odległość , proton przemieszcza się przez każdy woksel j ${$ ścieżka i ilość energii zdeponowanej w każdym wokselu, ${\ Displaystyle \ Delta E_ {h}}$ zależy od tego i RSP woksela, ${\ Displaystyle x_ {j}}$ . Całkowita strata energii $długość$ całka liniowa RSP przeskalowana przez przecięcia lub

${\ Displaystyle E = \ int x_ {j} \ Delta l_ {j}}$

Dalsza lektura

•    Hanson, KM; Bradbury, JN; Działo, TM; Hutson, RL; Laubacher, DB; i in. (1981-11-01). „Tomografia komputerowa z wykorzystaniem utraty energii protonów”. Fizyka w medycynie i biologii . Wydawnictwo IOP. 26 (6): 965–983. doi : 10.1088/0031-9155/26/6/001 . ISSN 0031-9155 . PMID 6275424 .
•    Hanson, KM; Bradbury, JN; Koeppe, RA; Macek, RJ; Machen, DR; i in. (1982-01-01). „Protonowa tomografia komputerowa próbek ludzkich”. Fizyka w medycynie i biologii . Wydawnictwo IOP. 27 (1): 25–36. doi : 10.1088/0031-9155/27/1/003 . ISSN 0031-9155 . PMID 6280213 .
•    Zygmański, Piotr; Gall, Kenneth P; Rabin, Monroe SZ; Rosenthal, Stanley J (2000-01-25). „Pomiar siły hamowania protonów za pomocą tomografii komputerowej z wiązką protonów”. Fizyka w medycynie i biologii . Wydawnictwo IOP. 45 (2): 511–528. doi : 10.1088/0031-9155/45/2/317 . ISSN 0031-9155 . PMID 10701518 .
•    Schulte, Reinhard W.; Baszkirow, Władimir; Loss Klock, Márgio C.; Li, Tianfang; Wroe, Andrew J.; i in. (2005-03-22). „Rozdzielczość gęstości protonowej tomografii komputerowej” . Fizyka medyczna . Wileya. 32 (4): 1035–1046. doi : 10.1118/1.1884906 . ISSN 0094-2405 . PMID 15895588 .
•     Li, Tianfang; Liang, Zhengrong; Singanallur, Jayalakshmi V.; Satogata, Todd J.; Williams, David C.; Schulte, Reinhard W. (22.02.2006). „Rekonstrukcja protonowej tomografii komputerowej poprzez śledzenie trajektorii protonów: badanie Monte Carlo” . Fizyka medyczna . Wileya. 33 (3): 699–706. doi : 10.1118/1.2171507 . ISSN 0094-2405 . PMC 1550979 . PMID 16878573 .
•   Greco C.; Wolden S. (kwiecień 2007). „Aktualny stan radioterapii wiązką protonów i lekkich jonów” . Rak . 109 (7): 1227–38. doi : 10.1002/cncr.22542 . PMID 17326046 .
• „Wykorzystanie protonów w radioterapii”, AM Koehler, Proc. Sympozjum na temat radioterapii jonowej i protonowej, Nat. Laboratorium akceleratora (1971).
•    Koehler AM; Preston, WM (1972). „Protony w radioterapii”. Radiologia . Towarzystwo Radiologiczne Ameryki Północnej (RSNA). 104 (1): 191–195. doi : 10.1148/104.1.191 . ISSN 0033-8419 . PMID 4624458 .
• „Radiochirurgia protonowa Bragg Peak w malformacji tętniczo-żylnej mózgu” RN Kjelberg, zaprezentowana na First Int. Seminarium na temat wykorzystania wiązek protonów w radioterapii, Moskwa (1977).
• Austin-Seymor, MJ Munzenrider i in. „Frakcjonowana radioterapia protonowa guzów czaszki i wewnątrzczaszkowych” American Journal of Clinical Oncology 13 (4): 327–330 (1990).
• „Radioterapia protonowa”, Hartford, Zietman i in. w Radioterapeutycznym postępowaniu z rakiem prostaty , A. D'Amico i GE Hanks. Londyn, Wielka Brytania, Arnold Publishers: 61–72 (1999).

Linki zewnętrzne

• Terapia protonowa — Encyklopedia medyczna MedlinePlus
• Terapia protonowa
• „Terapia protonowa zbliża się do Wielkiej Brytanii, ale co to oznacza dla pacjentów?” , Arney, Kat, blog naukowy, Cancer Research UK , 16 września 2013 r