Algorithms and software tools for the reconstruction of nuclear data in hadrontherapy - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2022

Algorithms and software tools for the reconstruction of nuclear data in hadrontherapy

Outils logiciels et algorithmiques de reconstruction pour les données nucléaires en hadronthérapie

Alexandre Sécher
  • Function : Author
  • PersonId : 1188008
  • IdRef : 264596188

Abstract

Hadrontherapy is a cancer treatment modality using ions to irradiate tumors. The use of those ions brings superior balistical properties over conventional radiotherapy, which uses x-rays. However, this modality also has a few downsides: the interactions between the ions and the target nuclei can produce fragments which will alter the dose deposition. Thus, it is crucial to be able to consider the impact the fragmentation process during a treatment, in order to fully exploit the advantages of the modality. To do so, the determination of the fragmentation cross sections is mandatory. It is indeed the task undertaken by the FOOT collaboration. The work done during this thesis lead to the elaboration of a global reconstruction algorithm, necessary in order to extract this information. Treatment monitoring in hadrontherapy is difficult : despite extensive work done by several research teams around the world, the methods developed have to face intrinsically low available statistics in order to establish range verification. An experiment focused on the development of a novel method, based on the enhancement of tumoral volume with elements selected according to their gamma emission profile, allowed for the development of unfolding algorithms mandatory in order to study the produced spectra.
La hadronthérapie est une modalité de traitement du cancer utilisant des ions pour irradier les tumeurs. L’utilisation de ces ions apporte des propriétés balistiques supérieures par rapport à la radiothérapie conventionnelle, qui utilise des rayons X. Cependant, elle n’est pas sans contrepartie : les interactions entre les ions du faisceau et les noyaux du milieu ciblé peuvent produire des fragments qui vont altérer le dépôt de dose envisagé pour le traitement. Ainsi, il est crucial d’être capable de prendre en compte l’impact de ce processus de fragmentation lors d’un traitement, afin de réaliser le potentiel latent de cette technologie. Pour cela, la détermination des sections efficaces de ces réactions est nécessaire. C’est en effet la tâche entreprise par la collaboration FOOT. Le travail effectué lors de cette thèse a constitué en l’élaboration d’un algorithme de reconstruction globale nécessaire à la détermination de ces données. Le contrôle du traitement en hadronthérapie est difficile : malgré de nombreuses équipes de recherche travaillant sur le sujet, les méthodes envisagées doivent faire face à la faible statistique disponible pour établir un contrôle fiable. Une expérience autour du développement d’une nouvelle méthode de contrôle, basée sur le dopage de tumeurs avec des éléments caractérisés par leur profil d’émission gamma, a permis le développement d’algorithmes de déconvolution nécessaire à l’étude des spectres ainsi produits.
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Origin Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03855378 , version 1 (16-11-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03855378 , version 1

Cite

Alexandre Sécher. Algorithms and software tools for the reconstruction of nuclear data in hadrontherapy. Nuclear Theory [nucl-th]. Université de Strasbourg, 2022. English. ⟨NNT : 2022STRAE013⟩. ⟨tel-03855378⟩
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