Implementación de algoritmos de reconstrucción de imagen para un sistema de tomografía protónica basado en tecnología LGAD

Abstract

Este trabajo se ha desarrollado con el objetivo de implementar algoritmos de reconstrucción de imagen mediante el estudio de las trayectorias de protones en un sistema de tomografía protónica simulado, como técnica de planificación de tratamientos oncológicos de proton-terapia. Para ello, se busca desarrollar, en última instancia, algoritmos que permitan la reconstrucción de imágenes tridimensionales de tejidos colocados en el centro del sistema de detección. La peculiaridad de este sistema reside en el uso de detectores LGAD para la obtención de datos temporales precisos, de entorno a 30 ps, que resultan clave en este método. Para realizar el estudio, se ha empleado la herramienta Geant4 para crear un entorno de simulación que reproduzca las condiciones necesarias para el estudio, así como los fenómenos físicos que suceden en él. El trabajo cuenta con tres pilares fundamentales en cuanto a desarrollo: 1ª, adaptación de la simulación ya existente a un sistema más fiel a la realidad y con las implementaciones necesarias para el posterior trabajo ; 2ª, desarrollo de algoritmos de reconstrucción de trazas para poder obtener información de las partículas emitidas; y 3ª, implementación de un algoritmo de imagen por mapeo basado en la voxelización y posterior estudio de propiedades del espacio de estudio del sistema.

This work has been developed with the aim of implementing image reconstruction algorithms by studying proton trajectories in a simulated proton tomography system as a technique for planning proton therapy cancer treatments. To this end, the aim is to develop algorithms that enable the reconstruction of three-dimensional images of tissues placed in the center of the detection system. The peculiarity of this system lies in the use of LGAD detectors to obtain accurate temporal data, around 30 ps, which are key to this method. To carry out the study, the Geant4 tool was used to create a simulation environment that reproduces the conditions necessary for the study, as well as the physical phenomena that occur in it. The work has three fundamental pillars in terms of development: 1) adaptation of the existing simulation to a system that is more faithful to reality and with the necessary implementations for subsequent work; 2) development of trace reconstruction algorithms to obtain information on the emitted particles; and 3) implementation of an image mapping algorithm based on voxelization and subsequent study of the properties of the system’s study space.