‫طراحی مفهومی بخش آشکارساز و بازسازی تصویر یک سیستم دوربین کامپتون برای استفاده در ارزیابی توزیع دُز باریکه پروتون در حین پروتون‏ تراپی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی

2 دانش آموخته

3 استاد دانشگاه امیرکبیر

چکیده

در این مطالعه یک سیستم تصویربرداری دوربین کامپتون متشکل از چندین لایه آشکارساز پراکنده کننده از جنس سیلیکان و یک لایه آشکارساز جاذب از نوع LYSO، طراحی و توسط کُد Geant4 شبیه‏سازی گردید. ابتدا با استفاده از یک چشمه نقطه‏ای گاما با انرژی‏های مختلف، کارایی و دقت سیستم بر حسب تعداد آشکارسازهای پراکنده‏کننده محاسبه و بهینه گردید. پس از انتخاب بهترین چینش که شامل تعداد ده لایه از آشکارساز پراکنده‏کننده بود، دو مجموعه مشابه از دوربین کامپتون، عمود بر باریکه پروتون و رو به روی هم در دو سمت فانتوم قرار داده شدند تا مکان گسیل گاما‏های آنی حاصل از برهمکنش هسته‏ای پروتون با فانتوم را تصویربرداری نمایند. برای تصویربرداری گاما، اطلاعاتی شامل انرژی‏های برجای گذاشته شده از نوع کامپتون در یکی از آشکارسازهای ده گانه سیلیکان و از نوع فوتوالکتریک در آشکارساز جاذب و همچنین مکان برهمکنش‏ها به فرمت root ثبت گردیدند. سپس با استفاده از الگوریتم بازسازی تصویر دوربین کامپتون، در نرم‏افزار MATLAB، پروفایل مکانی تولید گاماها بدست آمد. مقایسه توزیع گاما با توزیع دز نشان داد که مجموعه دوربین کامپتون می‏تواند در ارزیابی بُرد باریکه پروتون درحین پروتون‏تراپی، از طریق آشکارسازی گاماهای آنی، با خطای کمتر از 7 میلی‏متر مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Detector Conceptual Design and Image Reconstruction of a Compton Camera System Used for Verification of Proton Beam Dose Distribution during Proton Therapy

نویسندگان [English]

  • zafar riazi 1
  • Shiva Ghaffari Jafari 2
چکیده [English]

In this study, a Compton camera imaging system including several scatter layers made of Si and a LYSO detector as absorber layer designed and simulated using Geant4. First, the efficiency of the system according to the number of scatter layers is optimized using a gamma point source with various energies. After finding the best structure of the system which include of 10 layers of scatter, 2 similar setup of Compton camera is placed in perpendicular to proton beam around the phantom to image the position of prompt gamma emission resulted by nuclear interaction of proton with phantom. In order to imaging the gammas, information such as interaction positions and deposited energies in scatters and absorber are recorded by Geant4 code in a root file. Then using a Compton camera reconstruction algorithm, production position profile of gammas is reconstructed in MATLAB. The Comparison of gamma distribution and dose distribution shows that this Compton camera structure is able to measure the proton range with less than 7 mm error which proves the ability of prompt gammas detection for verification of proton beam range during proton therapy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Proton therapy
  • Compton camera
  • image reconstruction
  • Geant4 code
  • dose distribution verification