ارزيابي تخمين‌گرهاي مسير حركت پروتون براي بهبود حد تفكيك فضايي تصاوير مقطع‌نگاري رايانه‌اي پروتون

مقطع‌نگاري رايانه‌اي پروتون (pCT)، قابليت كاهش عدم‌‌قطعيت ذاتي در پروتون‌درماني با اندازه‌گيري مستقيم توان توقف نسبي (RSP) را دارد. پراكندگي‌هاي زاويه‏اي متعدد كوچك پروتون حاصل از پراكندگي چندگانه كولني (MCS)، منجر به تضعيف حد تفكيك فضايي تصاوير pCT مي‌شود. استفاده از مسير محتمل حركت (MLP) پروتون در بازسازي تصوير مي‏تواند كاهش كيفيت‌ تصوير در اثر MCS را جبران كند. MLP پروتون در محيط يكنواخت، مطابق با تابع توزيع احتمال خاصي صورت مي‌پذيرد كه براي هر پروتون قابل‌بررسي است. در اين مطالعه، سيستم pCT با قابليت رديابي ذره به ‌ذره با استفاده از كد 4Geant شبيه‏سازي شد. هدف شبيه‏سازي، بهبود حد تفكيك فضايي تصاوير حاصل از مدل‌هاي مختلف مسير حركت پروتون شامل مسير خط مستقيم (SLP)، مسير اسپلاين مكعبي (CSP) و مسير محتمل حركت MLP بوده است. فانتوم 528Catphan، تحت تابش باريكه پروتوني MeV 200 قرار گرفت و مقادير انرژي، موقعيت و جهت حركت ذرات قبل و بعد از فانتوم توسط آشكارسازها ثبت شد. هم چنين ماتريس تصوير RSP با استفاده از ضرايب وزني به دست آمده از اعمال تخمين گرهاي مسير حركت SLP، CSP و MLP اصلاح شده و تصاوير به روش FBP بازسازي شد. نتايج حد تفكيك فضايي و خطاي جذر ميانگين مربعات (RMSE) تصاوير حاصل نسبت به داده‌هاي تصوير فانتوم مورد مقايسه قرار گرفت و نشان داد كه روش MLP نسبت به ساير روش‏ها داراي خطاي كم تر و حد تفكيك فضايي بهتر است. براي 100 هزار ذره پروتون با تغيير ابعاد پيكسل از 1 تا 0.1 ميلي‌متر، حد تفكيك ‌فضايي از 3 تا 9 جفت خط در هر سانتي‌متر افزايش يافت، درحالي‌كه مقدار RMSE از 8.11 % به 14.97 % تغيير پيدا كرد.