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Tomographie proton

Dernière mise à jour : mercredi 18 janvier 2017

L’imagerie par tomographie proton est l’une des techniques qui permettent potentiellement l’amélioration de l’assurance qualité des traitements par hadronthérapie en améliorant grandement la planification de traitement par un calcul de dose plus précis.

Le principe de l’imagerie proton est le suivant : des protons d’énergie suffisante pour que le pic de Bragg ne se situe pas dans l’objet à imager sont générés. Les positions et directions de chaque proton sont enregistrées avant et après l’objet, ainsi que l’énergie en sortie. A travers l’équation de Bethe-Bloch, la perte d’énergie mesurée permet de trouver le pouvoir d’arrêt des matériaux rencontrés sur le trajet de chaque proton. Il est ainsi possible d’en reconstruire une image. L’information enregistrée sur la direction est utilisée dans les travaux les plus récents afin de définir une trajectoire dite « la plus probable » permettant de tenir compte des multiples diffusions de Coulomb qui dégradent la résolution spatiale.

Les travaux portant sur la tomographie proton ont débuté en 2011. Une étude de la possibilité de se servir de toutes les informations potentiellement enregistrées lors d’une acquisition (énergie, déviation, transmission) pour avoir plus d’informations sur les matériaux, et ainsi améliorer la qualité de l’image reconstruite a été menée .

La mise en place d’algorithmes dédiés couplée à l’étude approfondie des différents observables a permis de quantifier l’apport que pourrait avoir la prise en compte de chaque processus physique dans l’identification des matériaux étudiés. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication à comité
de lecture [Bo13].

Dans le cadre de l’Idex de Strasbourg un financement, en 2013, a été obtenu pour promouvoir une nouvelle approche en tomographie proton. Dans la formulation classique du problème, les protons sont suivi un par un. L’énergie résiduelle de chaque proton ainsi que sa position sont mesurées respectivement par un range meter) et un système de trajectographie. Bien que plusieurs groupes travaillent actuellement sur ce type de développement, il n’existe pas actuellement en clinique un prototype de cet imageur, le facteur limitant étant le besoin de détecteurs à haut taux de comptage.

Cette nouvelle approche (beamCT) consiste à travailler en mode intégré et non plus suivre les protons un par un mais par paquet. Le formalisme théorique de la méthode a éte mis en place [Res15]. Actuellement un étudiant travaille sur l’optimisation du détecteur.


FIGURE 6 : Comparaison d’une image reconstruite avec la méthode standard proton à proton (gauche) et la méthode beamCT (droite).

 [1]


[1[Bo13] C Bopp et al., Phys .Med. Biol., 58, (2013) 7261.
[Res15] R. Rescigno et al., Medical Physics 40 (2015), 6610.