Umeå University's logo

The treatment plan for radiation therapy with protons is based on images from a computed

tomography (CT) scanner. This is problematic since the photons in the x-ray

beam from the CT scanner and the protons are affected differently by the tissue in the

patient, which introduce an uncertainty in the track length of the protons. The hypothesis

of this study is that a new generation of CT scanners (DECT), with the capacity to

simultaneously scan the patient with two photon spectra of different mean energy, will

improve the tissue characterisation and which in turn reduce the uncertainty in the track

length of the protons.

In this study, the accuracy and precision of a DECT-based method from the literature is

compared to the conventional calibration method used today at the University clinics in

Sweden to relate the attenuation of the photon beam to the slowing down of the protons.

The methods are tested on CT images of a phantom, a plastic body containing tissue

equivalent plastic inserts of known elemental composition. The results turned out to

be inconclusive as there were large uncertainties in the measurements. The method has

potential, as has been shown in the literature, but there are many questions that need

to be answered before the method is ready to be implemented at the clinic.

En proton som färdas genom människokroppen deponerar endast en liten del av sin

energi längs vägen innan den plötsligt deponerar allt i slutet på dess bana. Hur lång

dess bana är beror på protonens ursprungliga energi och den atomära sammansättningen

hos vävnaden den passerar igenom. Om sammansättningen är känd går det genom att

justera den initiala energin bestämma banlängden. Denna egenskap gör protonen väldigt

attraktiv för strålterpi, då det innbär möjligheten att behandla med hög precision samt

bespara frisk vävnad onödig dos.

Strålterapi med protoner planeras idag med bilder från en skiktröntgen (CT) som underlag.

Ett problem med det är att röntgenstrålarna från CT-skannern påverkas annorlunda

än protonerna av vävnaden, vilket introducerar en osäkerhet i protonernas banlängd. Hypotesen

i denna studie är att en ny generation av CT-scanner (DECT), med möjlighet

att simultant skanna patienten med två fotonspektran av olika medelenergi, på ett bättre

sätt ska kunna bestämma den atomära sammansättningen för vävnaden och därmed

reducera osäkerheten i protonernas banlängd.

Noggrannhet och precision för en DECT-baserad metod från litteraturen jämförs med

den SECT-baserade kalibreringsmetoden, som idag används på Universitetssjukhusen i

Sverige för att relatera fotonstrålens dämpning i vävnaden till protonernas inbromsning.

Metoderna testas på CT bilder av ett fantom, en plastkropp innehållandes olika cylindrar

av vävnadsekvivalent plast med känd atomär sammansättning.

Resultatet av den här studien är inte starkt nog för att bevisa hypotesen för studien.

Det insamlade bildmaterialet innehåller höga brusnivåer jämfört med de som rapporteras

i literaturen. Brusnivåer är så höga att det mesta av resultatet inte kan anses som

statistiskt signifikant.

Det är dessutom svårt att göra en direkt jämförelse av prestanda med befintlig teori för

vävnadskaraktärisering, då bildmaterialet från de CT skanners som jämfördes är av olika

typer. De resultat som publicerats i litteraturen visar att den DECT-baserade metoden

har potential, men den här studien gör tydligt att det fortfarande finns frågor som måste

besvaras innan metoden är redo att implementeras kliniskt.