Proton CT. Helge Pettersen Helse Vest doktorgradsstipendiat HUS / UiB



Like dokumenter
Referansedosimetri for protonterapi

IMR Erfaringer med en ny iterativ rekonstruksjonsmetode for CT

Effekten av doseeskalering på tumorkrympning ved ekstern strålebehandling av lokalavansert livmorhalskreft

Exposure index. Novembermøtet , Gardemoen. Ingvild Dalehaug, fysiker ved Haukeland Universitetssjukehus

Energy Calibration for the Forward Detector at WASA-at-COSY

Senter for Nukleærmedisin/PET Haukeland Universitetssykehus

Strålevernets behov for datainnsamling. EPI CT prosjektet. Status og planer for norsk deltagelse

Lyshastighet=30 cm per milliardels sekund

Salting of dry-cured ham

HIGHPOINT LOT 3. $ $15.95 psf NNN 1,780-11,943 SF COMMERCIAL FOR LEASE N 203rd St. Elkhorn, Nebraska * * CERTIFIED *

Satellite Stereo Imagery. Synthetic Aperture Radar. Johnson et al., Geosphere (2014)

Department of Physics and Technology. ATLAS + Higgs. Norwegian Teacher Programme Steffen Mæland. uib.no

Trygve Helgaker. 31 januar 2018

VEILEDNING TIL HANDS-ON-CERN Z-SPORET

Masterclass i partikkelfysikk

Anatomisk Radiologi - Thorax og Skjelett

Dynamisk fokus: justeringar basert på ekko?

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

AERODYNAMIKK I ALPINT

Foreldreopplæring i Pivotal Response Treatment. Marcus D. Hansen & Mari Østgaard

Little Mountain Housing

Konseptfase - etablering av protonbehandling i Norge

PPP - Test av online tjenester. Precise point positioning - online processing. Halvor Vadder

Fjernstyrt ultralyd. Kim Mathiassen 1,2, Ole Jakob Elle 1,2. Ins=tu> for informa=kk University i Oslo. Intervensjonssenteret Oslo universitetssykehus

Sascha Schubert Product Manager Data Mining SAS International Copyright 2006, SAS Institute Inc. All rights reserved.

Polyvalent vaccines for optimal coverage of potential T-cell epitopes in global HIV-1 variants

SIS Rapport 1979:5 RAPPORT NORDISK KONTAKTMØTE I DOSEMETRI. ØSTERÅS(ved Oslo) 6.og 7.september J.Flatby, H.Fosmark, H.Bjerke

Eksperimentell partikkelfysikk. Kontakt :

Automatiske metoder innen mineralkarakterisering. Kurt Aasly (IGB) Høstmøtet 15. oktober 2015, Trondheim

Thermo NITON XRF-PISTOLER. Når kvaliteten skal bestemmes

Information search for the research protocol in IIC/IID

Foreldreopplæring i Pivotal Response Treatment. Mari Østgaard & Marcus D. Hansen

Data Sheet for Joysticks

RF Power Capacitors Class kV Discs with Moisture Protection

Alle oppgaver besvares.

NORTEM - statusrapport og utfordringer fra et infrastrukturprosjekt i startgropa..

Elektrondiffraksjon. Hanne Synnøve Pettersen Linde, Magnus Holter-Sørensen Dahle Institutt for fysikk, NTNU, N-7491 Trondheim, Norge.

Fremstilling av nanokarbon og hydrogenrik gass fra naturgass

Hvordan forebygge fall blant eldre?

RF Power Capacitors Class1. 5kV Discs

Fra laboratorium til pasient - stamcelleforskningens muligheter, utfordringer og perspektiver

Studieplan for videreutdanning i computertomografi

Software applications developed for the maritime service at the Danish Meteorological Institute

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

BRUK AV DUAL ENERGY CT VED HUS

Videreutdanning i computertomografi

Solenergi og energisystemer Viken møte 16 januar 2019

Vurdering av global VV-funksjon etter hjerteinfarkt

Hvordan kvalitetssikre åpne tidsskrift?

Møtearena for diagnostisk fysikk

Skilpaddefraktaler Erfaren Python PDF

Pustestyrt strålebehandling ved St. Olavs Hospital. Medfys 2016 Jomar Frengen

Vektdiagnose, helsescore og hvilestoffskifte

muligheter Eric Dorenberg Intervensjonsradiologisk seksjon Oslo universitetssykehus - Rikshospitalet

Kvalitetskontroll MR

Innovasjon, Energi og Syntese i Fornybarsamfunnet

VEILEDNING TIL HANDS-ON-CERN, Z-SPORET

INDIAN CREEK COMMERCIAL

Lederutfordringer - erfaringer og refleksjoner

Begrep. Protoner - eller Hvordan få et MR-signal? Kommunikasjon. Hoveddeler. Eksempel: Hydrogen. Hvordan få et signal?

Momenter. Dosimetri og bildekvalitetsparametre. Støy

Cavity BPM for Spectromety: progress and plans. S. Malton,, D. Miller, M. Slater, D. Ward, M. Wing, M. Thompson

CDRAD et fantom til kontroll av bildekvalitet og optimalisering? Bente Konst og Jacob Nøtthellen.

NEI! Kan man styre fargene? Peter Nussbaum. Forum Farge Onsdag 10. april 2013, Kunsthøgskolen i Oslo

RF Power Capacitors Class , 20 & 30 mm Barrel Transmitting Types

Kan oljeforskning bidra til bedre behandling av hjerte- og kreftsyke?

EFFEKTIV BRUK AV VIDEO I TRENING OG FORSKNING

INNOVASJONSTOGET GÅR. - hvor er legene?

Protokoll for kontroller av digitale mammografisystemer

Haugesundkonferansen Norsk teknologiindustri hvordan gripe muligheten Even Aas

Norwegian Centre for Offshore Wind Energy

Offshore Wind Turbine Support Structures. Erfaringer med å søke EU finansiering

Hva er et menneske? I helgen har jeg vært sammen med Meg selv Kroppen min Og mitt høyere jeg

Hvordan skal vi finne svar på alle spørsmålene?

«Purse Seine Catch Control»

Fagevalueringsrapport FYS Diffraksjonsmetoder og elektronmikroskopi

ebiobank - forskning og kvalitetssikring i det integrerte sykehus

TACTICAL FLASHLIGHT CT12352P. Bryter 3 posisjoner (høy, lav, strobe) EGENSKAPER

Nytt fra WiMAX Forum. Ole Grøndalen. Teknaseminar WiMAX /LTE, mars 2009, Gardermoen

CT-teknikk. CTbilder Historikk. ViCT Kristin Jensen Kompetansesenter for diagnostisk fysikk. Toshiba

Ny vitenskapelig infrastruktur for studie av marint arktisk grenselag på Andøya

Samarbeid om forvalting av Havrommet. Per Magne Einang Senterleder Smart Maritime SFI Forum 2016

PRESSEMELDING, 30. april Nera ASA: Resultater for 1. kvartal 2002

Nina Iren Hoven, leder av arrangementskomitéen

Forskerseminar Havet og kysten PROOFNY & OLF. Toril Røe Utvik Einar Lystad

T. Wøhni STATENS INSTITUTT FOR STRÅLEHYGIENE. SIS Rapport 1982: 8. Dosestatistikk for yrkeseksponerte i 1981.

The building blocks of a biogas strategy

DEMENSKONFERANSE INNLANDET Geriatrisk sykepleier og førsteamanuensis Høgskolen i Østfold, avdeling helse og sosialfag

Fys2210 Halvlederkomponenter

Kvalitetskontroll røntgen Dose til homogent fantom. Jacob Nøtthellen

Tverrfaglig litteratursøking Google Scholar. Medisinsk bibliotek. Mai 2011

What's in IT for me? Sted CAMPUS HELGELAND, MO I RANA Tid

Presentasjon av ASSIST Modellen og Kursplanen

Tilfeldige bildefunn i nyrene hvorfor bry seg?

MNF, UiO 24 mars Trygve Helgaker Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo

Masterclass partikkelfysikk i klasserommet

SUMMIT POINTE. $15.00 psf NNN 1,300-3,561 SF COMMERCIAL FOR LEASE S. 144 th St. & W. Center Rd. Omaha, Nebraska * * CERTIFIED *

Nytt fra klimaforskningen

Transkript:

Proton CT? Helge Pettersen Helse Vest doktorgradsstipendiat HUS / UiB

Innhold Motivasjon Protonterapi Protonfysikk Proton CT Oversikt Mitt prosjekt Status i verden 2

Introduksjon Jeg ble tildelt Helse Vests doktorgradsstipend 2015-17 Prosjektets tittel er I samarbeid med Avd. for medisinsk fysikk ved HUS Gruppe for subatomær fysikk / kjernefysikk ved UiB

Design Introduksjon

Design Simulering (GATE/Geant4) Introduksjon

Design Simulering (GATE/Geant4) Introduksjon Eksperimenter (CERN, Nederland, ++)

Design Simulering (GATE/Geant4) Introduksjon Eksperimenter (CERN, Nederland, ++) Dataanalyse (C++)

Design Simulering (GATE/Geant4) Introduksjon Eksperimenter (CERN, Nederland, ++) Dataanalyse (C++) Bilderekonstruksjon

Endelig mål Med en klinisk proton CT: Verifisere pasient- og tumorposisjon online Mer nøyaktig doseplan Økt konformitet i behandling Høykontrast radiografi Mange «sci-fi» muligheter: Online doseplan med nøyaktig anatomi og vevsegenskaper Hypofraksjonering? Enkeltfraksjonering? pct - Helge Pettersen 9

Konvensjonell stråleterapi vs protonterapi Figur fra Engeseth, GM (Haukeland) pct - Helge Pettersen 10

Rekkevidden til protoner Under protonterapi stoppes protonene i kroppen Hvor de stoppes avhenger av energi og vevsegenskaper Vevsegenskaper: Elektrontetthet Ioniseringspotensialet Bethe-formelen sier hvor mye stoppekraft vevet har: Stoppekraft n e Energi log Energi log I Hans Bethe 1906-2005 Jo høyere stoppekraft, jo raskere blir protonets energi avsatt i vev pct - Helge Pettersen 11

Rekkevidden til protoner Stoppekraft n e Energi log Energi log I I dag er prosessen: Med en tabell finner man elektrontetthet fra CT-bilder Man bruker ioniseringspotensialet til vann Rekkevidde-usikkerheter pct - Helge Pettersen 12

Rekkevidde-usikkerhet Estimert usikkerhet fra forskjellige modaliteter: Single Energy CT: Opptil 7.4 % usikkerhet Dual Energy CT: Opptil 1.7 % usikkerhet Proton CT: Opptil 0.3 % usikkerhet Samme fysikk bak avbildning og behandling pct - Helge Pettersen 13

Beregning av elektrontetthet fra CT GAMMEX 467 tissue characterization phantom Copyright 2014 Gammex, Inc. All Rights Reserved 14

Beregning av elektrontetthet fra CT Spec sheet from GAMMEX 467 tissue characterization phantom Copyright 2014 Gammex, Inc. All Rights Reserved X-ray CT image of calibration phantom 15

Beregning av elektrontetthet fra CT Schaffner, B. and E. Pedroni, The precision of proton range calculations in proton radiotherapy treatment planning: experimental verification of the relation between CT-HU and proton stopping power. Phys Med Biol, 1998. 43(6): p. 1579-92. 16

Litt fysikk pct - Helge Pettersen 17

Protonfysikk Forenkling: Fotoner: Absorberes eller går rett gjennom Protoner: Mange små kollisjoner, gradvis nedbremsing og endring av kurs Protoner Fotoner pct - Helge Pettersen 18

Protonfysikk 2: Energitap i vann Stoppekraft for protoner i vann Ved lave energier er stoppekraften svært stor 19

Protonfysikk 2: Energitap i vann Nesten all energi avsettes i et lite område: Bragg Peak Energi Avsatt energi Luft H 2 O William Bragg 1862 1942

Energitap i vann Energi Avsatt energi Luft H 2 O 21

Ved å øke energien økes rekkevidden Energi Avsatt energi 22

Ved å øke energien økes rekkevidden Energi Avsatt energi 23

Til bragg-peaken ligger bak målvolumet Energi Avsatt energi 24

Hvor den kan måles Energi Avsatt energi H 2 O Detektor Energy detector 25

Hvor den kan måles Energi 5 mm kontrast Avsatt energi Detektor 26

Proton CT pct - Helge Pettersen 27

Design av en proton CT pct - Helge Pettersen 28 http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2012/proton-beam-on

Mitt PhD-prosjekt Jeg skal utvikle en ny prototype for en proton CT Basert på CERN-detektor Originalt for super-høyenergi (14 000 000 MeV) Tilgjengelig for oss: Står i Utrecht, NL Simulering med Monte Carlo Av strålelinje, pasient, detektoroppsett og dataopptak Optimalisering (produksjon av ny detektor) pct - Helge Pettersen 29

FOrward Calorimeter for ALICE (FOCAL) pct - Helge Pettersen 30

FOrward Calorimeter for ALICE (FOCAL) T. Peitzmann, Utrecht University, for the ALICE-FoCal Collaboration Prototype Studies for a Forward EM Calorimeter in ALICE pct - Helge Pettersen 31

Målinger pct - Helge Pettersen 32

Simuleringer pct - Helge Pettersen 33

Avsatt energi Bragg peak til et individuelt proton, fra måling Avsatt energi Water Equivalent Path Length [mm] pct - Helge Pettersen 34

pct - Helge Pettersen 35

Noen utfordringer å takle Protonbanene er ikke rettlinjede, i mots. til CT Skaper hodebry når man skal danne bilder Object (O) The proton tracks through O Raw data projection (sinogram) FBP reconstruction using straight path approach Li, T. and J.Z. Liang. Reconstruction with most likely trajectory for proton computed tomography. SPIE proceedings, 2004 pct - Helge Pettersen 36

Most Likely Path-korreksjon pct - Helge Pettersen 37

Noen utfordringer å takle Hastighet på datautlesning De første systemene ~khz (20 timer hode CT) Dagens systemer ~MHz (6 min hode CT) Vi kan klare ~500 MHz pct - Helge Pettersen 38

Energi For hode CT trenger man >200 MeV protoner (klinisk tilgjengelig) For kroppen trenger man >250 MeV protoner (ikke klinisk tilgjengelig) Poludniowski et al., Proton radiography and tomography with application to proton therapy (review), BR J Radiol 2015; 88: 20150134. pct - Helge Pettersen 39

Dagens systemer pct - Helge Pettersen 40

Dagens systemer Loma Linda University Medical Center Har kommet lengst per i dag 3rd ESTRO forum, april 2015 pct - Helge Pettersen 41

pct - Helge Pettersen 42

PRaVDA i Birmingham pct - Helge Pettersen 43

Overview of existing systems (as of sep 13) PRIMA collaboration at INFN (Uni. of Florence and Catania) 2 systems (5x5 cm 2 and 5x20 cm 2 w/1 MHz readout!) Silicon strip trackers (SSD), YAG 1 crystal calorimeter 1 YAG: Yttrium Aluminium Garnet Civinini, C., et al., Recent results on the development of a proton computed tomography system. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated 44 Equipment, 2013. 732(0): p. 573-576.

INFN PRIMA collaboration pct - Helge Pettersen 45

Oppsummering Protonrekkevidden er svært sensitiv for tetthetsforskjeller Objekter med lav kontrast er enkle å finne Kommer fra fysikken bak hvordan protonet stoppes Proton CT: Man slipper å slå opp i tabeller for å beregne doseplaner i protonterapi Økt rekkeviddenøyaktighet Simuleringer viser at man får under 1 mm nøyaktighet Men Trenger å måle energi og posisjon til individuelle protoner Trenger svært hurtig datautlesning og -rekonstruksjon pct - Helge Pettersen 46

Takk for oppmerksomheten! pct - Helge Pettersen 47

pct - Helge Pettersen 48

pct - Helge Pettersen 49

Det første proton-radiografiet (1968) Tatt ved hjelp av mange lag med Polaroid type 52-film Kunne observere 0.2% kontrastforskjell (!) 67 mm Al-folie Kontrast: Ekstra 0.13 mm Al-folie Koehler, A.M., Proton Radiography. Science, 1968. 160 (3825): p. 303-304. pct - Helge Pettersen 50

pct - Helge Pettersen 51

Overview of existing systems (as of sep 13) 1. Proton radiography (not pct) at Paul Scherrer Institute 2. TERA foundation at CERN 3. PRIMA collaboration at INFN (Uni. of Florence and Catania) 2 systems 4. Northern Illinois University Fermilab (very early) 5. Loma Linda Uni. Medical Center + Uni. Center of Santa Cruz (+ NIU) 2 systems, «almost» clinical pct - Helge Pettersen 52

Overview of existing systems (as of sep 13) Paul Scherrer Institute 2 systems Film setup (as described earlier) FROG Fast proton Radiography On the PSI Gantry Pemler, P., et al., A detector system for proton radiography on the gantry of the Paul-Scherrer- Institute. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, 53 Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1999. 432(2 3): p. 483-495.

Overview of existing systems (as of sep 13) TERA foundation at CERN Gas Electron Multiplier tracker, 30x30 cm 2 pct - Helge Pettersen 54

TERA foundation at CERN example images pct - Helge Pettersen 55

NIU Fermilab: Fiber scanner Large FOV (18x36 cm 2 ) Very quick data readout (10 MHz?) Very high position resolution 4-6x of Si SSD Tracker design Reconstructed Bragg peak Harmut F.-W. Sadrozinski: pct IEEE 2011 56 Uzunyan, S., et al., Development of a proton Computed Tomography (pct) scanner at NIU. arxiv preprint arxiv:1312.3977, 2013.

LLUMC / UCSC LLUMC: 1 st system 1 st proton therapy center 20 khz data readout Harmut F.-W. Sadrozinski: pct IEEE 2011 57

LLUMC / UCSC LLUMC: 2 nd system 9x36 cm 2 silicon strip detector Faster plastic scintillator «Best so far»? 2 MHz data readout (100x 20 khz) pct - Helge Pettersen 58

Commercial actors? PROTOM 330 MeV system, with proton CT??? Very little information about the «tomography» part Earlier versions of webpage mentioned pct, now nothing 59

Other research activities CREATIS in Lyon working on reconstruction algorithms pct - Helge Pettersen 60

Other research activities Aarhus University / MGU Simulations of ion CT and dual modality (CBCT/pCT) imaging pct - Helge Pettersen 61