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Photosensitization of InP/ZnS quantum dots for photodynamic therapy

Carlini, Lina January 2012 (has links)
Photodynamic therapy (PDT) is a treatment that makes use of light and a photosensitizing drug to destroy malignant cells. Current clinically approved drugs suffer from many limitations; the most prevalent of these is due to the absorption coefficient of human tissues in the wavelength regime where these drugs are excitable. Semiconductor quantum dots (QDs) can overcome this drawback since they can be synthesized to become excited at any wavelength. The goal of this thesis is to explore the possibility of using core/shell Indium Phosphide/Zinc Sulfide (InP/ZnS) quantum dots (QDs) for photodynamic therapy applications. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and colorimetric assays were used to identify the nature of toxic species produced. From these findings, the physical mechanism by which these particles produce toxic species is discussed. It was found that InP/ZnS QDs produced superoxide anions and hydroxyl radicals, the levels of which depended on the ZnS shell thickness. Furthermore, the level of cellular uptake was studied in different cell lines using confocal microscopy. It was found that InP localized in the perinuclear region of all cell lines and that B16 melanoma cells showed the most efficient levels of uptake (2.5 times greater than the uptake from KB cells). Lastly, conjugation of InP QDs to the chemotherapeutic drug doxorubicin (Dox) was studied using flow cytometry and colorimetric assays. It was found that conjugation of Dox to InP led to enhanced levels of cell death; it is proposed that this was due to more efficient drug delivery by the conjugate. In summary, photosensitization processes in InP/ZnS QDs can be exploited for PDT applications; these particles also prove to be promising as a drug delivery agent. Despite this, photophysical processes of these QDs must be further explored to ameliorate their design for PDT. / La thérapie photodynamique (TPD) est un traitement médical qui détruit les cellules cancéreuses en utilisant des photons de lumière, typiquement en forme de laser, afin d'activer des drogues photosensibles. Présentement, les médicaments approuvés pour usage clinique ont d'importantes limitations. Particulièrement, le coefficient d'absorption des tissus humains se retrouve dans la même gamme de longueur d'onde où les médicaments sont excitables; par conséquent, leur efficacité est compromise. Les nanoparticules de matériaux semi-conducteurs, appelées aussi points quantiques (PQs), ont l'habilité de surpasser cette limitation parce qu'ils peuvent être produits pour absorber la lumière à n'importe quelle longueur d'onde. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer la possibilité d'utiliser les PQs pour la TPD. Plus spécifiquement, les PQs composés d'un cœur de phosphure d'indium (InP) avec une coquille du sulfure de zinc (ZnS) ont été examinés. La spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE) et les tests colorimétriques ont été utilisés pour identifier la nature des espèces toxiques produites, ainsi que le mécanisme responsable de leur formation. Les résultats ont montré que les particules de InP/ZnS produisent des anions de superoxyde et des radicaux d'hydroxyle; la quantité des radicaux formés dépend de l'épaisseur de la coquille ZnS. En plus, la microscopie confocale a été utilisée pour évaluer l'ingestion intracellulaire des PQs par divers types de cellules. Ces images ont démontré que les PQs se concentrent dans le cytoplasme autour du noyau et que les cellules mélanomes de type B16 sont celles qui absorbent le plus (2.5 fois plus que les cellules KB). Finalement, les PQs ont été conjuguées à un agent chimiothérapeutique (doxorubicin (Dox)) et leur toxicité a été explorée par cytométrie en flux et des tests colorimétriques. La mort cellulaire a augmenté avec l'attachement de PQs, ce qui s'explique par une amélioration de la livraison intracellulaire de Dox. En conclusion, les PQs InP/Zn révèlent être des candidats prometteurs en tant que médicaments et agents de livraison pour la TPD, cependant certains éléments de leur structure restent à être améliorés.
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Monte Carlo based electron treatment planning and cutout output factor calculations

Mitrou, Ellis January 2012 (has links)
Electron radiotherapy (RT) offers a number of advantages over photons. The high surface dose, combined with a rapid dose fall-off beyond the target volume presents a net increase in tumor control probability and decreases the normal tissue complication for superficial tumors. Electron treatments are normally delivered clinically without previously calculated dose distributions due to the complexity of the electron transport involved and greater error in planning accuracy. This research uses Monte Carlo (MC) methods to model clinical electron beams in order to accurately calculate electron beam dose distributions in patients as well as calculate cutout output factors, reducing the need for a clinical measurement. The present work is incorporated into a research MC calculation system: McGill Monte Carlo Treatment Planning (MMCTP) system. Measurements of PDDs, profiles and output factors in addition to 2D GAFCHROMIC EBT2 film measurements in heterogeneous phantoms were obtained to commission the electron beam model. The use of MC for electron TP will provide more accurate treatments and yield greater knowledge of the electron dose distribution within the patient. The calculation of output factors could invoke a clinical time saving of up to 1 hour per patient. / La radiotherapie d'électrons offre plusieurs avantages en comparaison avec les photons. La dose de surface élevée, en combinaison avec une dose descendante plus rapide au-delà du volume prévu présente un taux plus élevé de la probabilité de contrôle tumoral et diminue les complications dans les tissus normaux en évitant les tumeurs superficiel. Les traitements d'électrons sont habituellement utilisés cliniquement sans calculations de doses prévu, due à leurs complexités du transport d'électron qui sont impliqués et plusieurs erreurs de precision en planification. Cette recherche utilise les methodes de Monte Carlo (MC) pour démontrer cliniquement les faisceaux d'électrons pour précisément calculer la dose d'électron distribuée au patients mais aussi pour pouvoir calculer les facteurs de dendements de cutout, et ceci réduit le besoin d'une mesure clinique. Ce projet a été élaboré dans un environnement de calculation par MC: McGill Monte Carlo Treatment Planning (MMCTP) System. Mesure de pourcentage de dose en profondeur, profiles et les facteurs de rendements de cutout ainsi que de doses mesurés avec des films GAFCHROMIC EBT2 dans les phantoms hétérogène ont été obtenu pour déléguer la modèle de faisceau d'électron. L'utilisation de MC pour l'électrode TP sera apporter des traitements plus précis et en consequence produire plus de connaissance de la dose d'electrons plus approprié pour le patient. Ces attributions pourront sauver jusqu'à une heure par patient en terme de temps passé en clinique.
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Beam data acquisition with the IC Profiler: a feasibility study

Leduc, Vincent January 2012 (has links)
This thesis reports on the feasibility of performing beam data acquisition on a medical linear accelerator (linac) using an ionization chamber array, the IC PROFILER(TM) (ICP; Sun Nuclear Corp., Melbourne, FL, USA). This quality assurance tool has been suggested as a possible alternative to scanning water tank (SWT) systems for the task of beam data acquisition leading to data importation into a treatment planning system (TPS) and the subsequent beam modeling. With a detector array, the potential is present to greatly reduce the important measurement time required when performing acquisition with a SWT system. A beam acquisition method allowing all data necessary for importation into Pinnacle³ (Philips Medical System, Fitchburg, WI, USA) TPS to be acquired in a short time span was developed. This method was used with a specific experimental setup to acquire all necessary beam data for the 6 MV and 18 MV beams of an Elekta Synergy(R) (Elekta AB, Stockholm, Sweden) linac. The resulting beam data set was compared to the data set acquired with a SWT system at the time of the original commissioning of this machine. The comparisons were performed with the use of the gamma index and by straight percentage difference, over percent depth dose (PDD) curves and beam profile (off-axis ratios, OAR) curves. The ICP-acquired data were then imported into the Pinnacle³ TPS. The resulting beam models (one for each energy and open or wedged beam), termed ICP beam models, were compared directly to clinically-used beam models for the machine (called here SWT models). Again, the comparisons were made using the gamma index and percentage difference for PDDs and OARs. Each beam model was compared to a corresponding model validation data set of measurements. The validation results from the ICP beam models were compared to the validation results of their corresponding clinical beam model. It was ensured that the ICP beam models agreed better with the ICP measurements by comparing the results of ICP model-to-ICP data and SWT model-to-ICP-data comparisons. TPS-calculated 3D dose distributions for some validation fields and clinically-used treatment plans were compared using per-voxel dose difference and the gamma index. The results of the comparisons of ICP data to SWT data show that, on average over all field sizes, for a 2 %, 2 mm tolerance for the gamma index, the 6 MV acquisition data set has a passing rate of 97.7 % for OARs and 96.3 % for PDDs, while passing rates are respectively 99.0 % and 95.7 % for the 18 MV data set. The ICP-measured relative dose factors (RDF) show an underestimation for the smallest field sizes and an overestimation for the largest field sizes, the effect being more prominent for the 6 MV beam than the 18 MV beam. 3D dose distribution comparisons show that there are significant differences present between the two beam models mainly in the buildup region of the PDDs and the beam penumbrae. These differences in the beam models sometimes lead to differences that could affect clinical decisions as to whether or not a treatment plan is suitable for use. Overall, with the developed method, it may be said that the IC PROFILER(TM) is not suitable for performing beam acquisition for the purpose of TPS data importation. However, the method presented in this work allows a great speed in making measurements to be achieved (~3 measurements per minute). In combination with the ICP, this method could be a way of performing beam matching, where one seeks to confirm if a machine's beam matches that of another, or simply as a fast way to obtain quality assurance baseline measurements. Other than the development of a rapid beam data acquisition method, this work allowed the determination of some limitations of the ICP in the context of beam commissioning. / Cette thèse traite de la faisabilité d'effectuer l'acquisition des données de faisceau d'un accélérateur linéaire médical (linac) à l'aide d'une matrice de chambres d'ionisation, l'IC Profiler(TM) (ICP ; Sun Nuclear Corp., Melbourne, FL, É.-U.). Cet outil de contrôle de la qualité a été proposé comme alternative possible aux systèmes à balayage dans l'eau (SWT) pour l'acquisition des données qui seront importées dans le système de planification de traitement (TPS) pour créer les modèles de faisceau. Le temps d'acquisition des données avec une matrice de détecteurs est potentiellement très réduit en comparaison du temps nécessaire avec un SWT. Une méthode a été développée pour acquérir en un minimum de temps toutes les données de faisceau requises pour l'importation dans Pinnacle³ (Philips Medical System, Fitchburg, WI, É.-U.). Cette méthode a été utilisée avec un protocole expérimental spécifique afin d'acquérir les données nécessaires des faisceaux de 6 MV et 18 MV d'un linac Synergy(R) d'Elekta (Elekta AB, Stockholm, Suède). Les données de faisceau obtenues ont été comparées aux données acquises avec un SWT au moment de la mise en service initiale de l'accélérateur. Les comparaisons ont été effectuées à l'aide de l'index gamma et par différence relative des courbes de rendement en profondeur (PDD) et des courbes de rapports hors axe (OAR). Les données acquises avec l'ICP ont ensuite été importées dans le TPS Pinnacle³. Les modèles de faisceau obtenus, dits modèles ICP, ont ensuite été comparés directement aux modèles SWT utilisés en clinique. Encore une fois, les comparaisons ont été effectuées avec l'index gamma et la différence relative des courbes de PDD et d'OAR. Chaque modèle ICP a aussi été validé à l'aide de données de validation mesurées indépendamment. Les résultats de validation de chaque modèle ICP ont étés comparés aux résultats de validation du modèle clinique correspondant. Les données ICP ont été comparées aux modèles SWT et aux modèles ICP et il a été vérifié que les modèles ICP s'accordent mieux avec les données ICP. Des distributions de dose en 3D, calculées avec le TPS pour quelques champs de validation et pour des plans de traitement cliniques, ont été comparées par soustraction voxel par voxel et avec l'index gamma. Les résultats des comparaisons des données ICP et des données SWT montrent qu'en moyenne, sur tous les champs, avec une tolérance de 2 %, 2 mm sur l'index gamma, les données d'acquisition du faisceau de 6 MV ont un taux de passage de 97,7 % pour les OAR et de 96,3 % pour les PDD, tandis que les taux de passage sont respectivement de 99,0 % et 95,7 % pour les données du 18 MV. Les facteurs de dose relative (RDF) mesurés avec l'ICP sont sous-estimés pour les petits champs et surestimés pour les grands champs, le phénomène étant plus prononcé pour le 6 MV que pour le 18 MV. Les comparaisons des distributions de dose en 3D montrent qu'il y a des différences significatives entre les deux modèles ICP et SWT, notamment dans la zone de recouvrement électronique (build-up) des PDD et dans la pénombre des champs. Ces différences entre modèles mènent quelques fois à des différences entre plans de traitement qui pourraient affecter la décision prise concernant la validité du plan. Avec la méthode développée ici, on peut conclure que l'IC Profiler(TM) n'est pas un outil approprié pour l'acquisition des données de faisceau qui seront importées dans un TPS. Cependant, la méthode présentée dans cette thèse permet de prendre des données très rapidement (environ 3 mesures/minute). Utilisée avec l'ICP, cette méthode pourrait permettre de vérifier que les faisceaux de deux machines concordent, ou bien d'acquérir rapidement les données de référence pour l'assurance de la qualité. Outre le développement d'une méthode rapide d'acquisition de données, ce travail a aussi permis de caractériser certaines limites de l'ICP si on l'utilise pour la mise en service d'un linac.
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Evaluation of the timing characteristics of various PET detectors using a time alignment probe

Hancock, Jason January 2007 (has links)
Time alignment is performed on a conventional PET scanner in order to reduce the noise in the image from undesirable interactions, called randoms. In time of flight scanners this alignment is even more critical in order to place the position of an annihilation accurately. Traditionally, the alignment is an iterative process done by adjusting time offsets and recording the count rate until it is maximized. We have designed and built a positron detector that can be placed in the PET scanner. This enables each crystal in the scanner to be aligned to the same event (the positron detection), providing a constant reference to each crystal. This both increases the accuracy of the alignment and the speed in which it can be done. / L'alignement de temps est effectué sur un TEP conventionnelle pour réduire le bruit dans l'image causé par des interactions hasard. Dans les appareils utilisant le temps-de-vol, cet alignement est essentiel pour bien connaitre la position exacte de l'annihilation. Traditionnellement, l'alignement est un processus répétitif accompli en ajustant les décalés de temps et en enregistrant le taux de compte jusqu'il soit maximisé. Nous avons créé un détecteur de positron que nous pouvons placer l'intrieur du PET. Ceci nous permet d'aligner chaque cristal dans le scanner au même événement (la détection de positron), et de fournir une référence constante à chaque cristal. Ceci augmente la précision et la vitesse de l'alignement.
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Film dosimetry of intensity modulated beams

Chaal, Kahena January 2009 (has links)
ABSTRACT Intensity modulated beams use complicated computerized treatment planning systems; this makes a manual verification of the number of monitor units difficult to perform. Consequently, before treatment, patient-specific quality assurance must be done in order to ensure that the delivery agrees with the plan; this process involves a measurement of 2D dose distribution in a phantom. In this thesis, first, a photostimulable phosphor luminescence device (also referred to as computed radiography or CR) was evaluated for dosimetric purposes. The proposed protocol showed linearity response of the CR, but energy and field size dependence were discovered. Second, two widely used films for IMRT QA were compared: the radiological film, EDR2, and the radiochromic film, EBT, with the use of the scanner EPSON1680 and the software FILMQA. Results showed that in the relative dose mode, EDR2 gives higher number of pixels passing a chosen criterion compared to EBT. This fact is attributed to the highest contrast observed with EDR2; therefore, any change on pixel value due to scanner artifacts will have less impact on dose calculations with EDR2. Finally, the impact of scanner artifacts on dose assessment with EBT films, processed with FILMQA and a program written on MATLAB, was studied. A correction was introduced on MATLAB that proves the importance of taking scanner artifacts into account for the measurements with the scanner EPSON1680 and EBT films digitized in the portrait orientation. Comparison between FILMQA and MATLAB was performed on profile’s measurements and on fifteen head and neck IMRT QA cases. This comparison showed that one case out of fifteen was drastically improved with MATLAB, yet FILMQA gave inaccurate results of profiles compared with the correction applied on MATLAB. / ABRÉGÉDélivrer un traitement conforme à la planification est une des responsabilités duphysicien médical; ceci est relativement simple à vérifier en RadiothérapieConformationnelle. Cependant, la complexité des calculs en Radiothérapie avecModulation d’Intensité (RTMI) rend cette vérification moins évidente puisque larelation entre la dose et les unités moniteures est plus difficile à établir. Enconséquence, irradier un fantôme conformément au plan établi pour le patient estune étape effectuée avant chaque traitement. Cette irradiation s’accompagned’une mesure à l’aide d’une chambre d’ionisation et d’une mesure desdistributions de doses à 2D. Dans cette thèse trois points sont soulevés. Lepremier consiste à évaluer le Computed Radiography (CR) en dosimétrie; leprotocole proposé a mené à une réponse linéaire mais dépendante en énergie et enlargeur de champ. En second lieu, une comparaison de deux films (EDR2 et EBT)largement utilisés pour l’assurance qualité en RTMI a été effectuée. L’étude amontré qu’en dose relative, EDR2 donnent de meilleurs résultats que EBT. Ceciest attribuable au fait que le contraste enregistré avec EDR2 rend les artefacts descanners moins importants sur le calcul de dose comparativement à EBT. Latroisième partie de ce travail traite de l’importance des artefacts introduits lors dela lecture des EBT sur le scanner EPSON1680. Une correction de ces artefacts,effectuée sur MATLAB, a prouvé leur importance. Le logiciel FILMQA utilisé enclinique pour le traitement des films a montré une grande erreur sur la mesure desprofils, mais sur 15 plans d’RTMI étudiés, un seul cas a véritablement étéamélioré par la correction effectuée sur MATLAB.
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Impact of algorithm, iterations, post-smoothing, count level and tracer distribution on single-frame positrom emission tomography quantification using a generalized image space reconstruction algorithm

Létourneau, Étienne January 2012 (has links)
Positron Emission Tomography (PET) is a medical imaging technique tracing the functional processes inside a subject. One of the common applications of this device is to perform a subjective diagnostic from the images. However, quantitative imaging (QI) allows one to perform an objective analysis as well as providing extra information such as the time activity curves (TAC) and visual details that the eye can't see. The aim of this work was to, by comparing several reconstruction algorithms such as the MLEM PSF, ISRA PSF and its related algorithms and FBP for single-frame imaging, to develop a robust analysis on the quantitative performance depending on the region of interest (ROI), the size of the ROI, the noise level, the activity distribution and the post-smoothing parameters. By simulating an acquisition using a 2-D digital axial brain phantom on Matlab, comparison has been done on a quantitative point of view helped by visual figures as explanatory tools for all the techniques using the Mean Absolute Error (MAE) and the Bias-Variance relation. Results show that the performance of each algorithm depends mainly on the number of counts coming from the ROI and the iteration/post-smoothing combination that, when adequately chosen, allows nearly every algorithms to give similar quantitative results in most cases. Among the 10 analysed techniques, 3 distinguished themselves: ML-EM PSF, ISRA PSF with the smoothed expected data as weight and the FBP with an adequate post-smoothing were the main contenders for achieving the lowest MAE. Keywords: Positron Emission Tomography, Maximum-Likelihood Expectation-Maximization, Image Space Reconstruction Algorithm, Filtered Backprojection, Mean Absolute Error, Quantitative Imaging. / La tomographie par Émission de Positons est une technique d'imagerie médicale traçant les procédures fonctionnelles qui se déroulent dans le patient. L'une des applications courantes de cet appareil consiste à performer un diagnostique subjectif à partir des images obtenues. Cependant, l'imagerie quantitative (IQ) permet de performer une analyse objective en plus de nous procurer de l'information additionnelle telle que la courbe temps-activité (CTA) ainsi que des détails visuels qui échappent à l'œil. Le but de ce travail était, en comparant plusieurs algorithmes de reconstruction tels que le ML-EM PSF, le ISRA PSF et les algorithmes qui en découlent ainsi que la rétroprojection filtrée pour une image bidimensionnelle fixe, de développer une analyse robuste sur les performances quantitatives dépendamment de la localisation des régions d'intérêt (RdI), de leur taille, du niveau de bruit dans l'image, de la distribution de l'activité et des paramètres post-lissage. En simulant des acquisitions à partir d'une coupe axiale d'un cerveau digitale sur Matlab, une comparaison quantitative appuyée de figures qualitative en guise d'outils explicatifs a été effectuée pour toutes les techniques de reconstruction à l'aide de l'Erreur Absolue Moyenne (EAM) et de la relation Biais-Variance. Les résultats obtenus démontrent que la performance de chaque algorithme dépend principalement du nombre d'événements enregistré provenant de la RdI ainsi que de la combinaison itération/post-lissage utilisée qui, lorsque choisie adéquatement, permet à la majorité des algorithmes étudiés de donner des quantités similaires dans la majorité des cas. Parmi les 10 techniques analysées, 3 se sont démarquées : ML-EM PSF, ISRA PSF en utilisant les valeurs prévues avec lissage comme facteur de pondération et RPF avec un post-lissage adéquat les principaux prétendants pour atteindre l'EMA minimale. Mots-clés: Tomographie par émission de positons, Maximum-Likelihood Expectation-Maximization, Image Space Reconstruction Algorithm, Rétroprojection Filtrée, Erreur Absolue Moyenne, Imagerie quantitative.
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Use of the Polaris Vicra for monitoring subject head movement during neurological PET scans

Woch, Katherine January 2007 (has links)
Head motion is a significant source of image quality degradation in neurological PET scans. It is especially detrimental in PET scanners with high resolution, specifically the HRRT (High Resolution Research Tomograph) with a spatial resolution of approximately 2.5 mm. Head restraints are often used to minimize subject movement and subject comfort is essential to obtain reliable data. We have investigated subject movement during long scans (over an hour) and subject repositioning accuracy for a series of scans. The Polaris Vicra is a commercially available optical measurement device we used to measure the position and orientation of the subject's head over the course of the scan. A tracking tool was attached to a swim cap worn by the subject and tracked relative to a second tool attached to the scanner gantry. The head is a body part that can be treated as a rigid body. For rigid bodies, movement detected at the surface can be directly translated to any point in that body. We have used this principle and the Polaris Vicra's movement data to track several ROIs in subject's brains. We found that over the course of a long scan, ROIs placed near the occipital pole can move as much as 14 mm. This will cause significant blurring in images taken with the HRRT. The repositioning device tested was very accurate and repositioned the subject within 2 mm of her initial position. / Les mouvements de la tête sont une source significative de dégradation de la qualité de l'image provenant de PET scans. Ils jouent un rôle particulièrement négatif avec les scanners PET à haute définition comme le HHRT (High Resolution Research Tomograph) qui possède une résolution approximative de 2,5 mm. Différents outils de stabilisation de la tête sont souvent utilisés afin de minimiser les mouvements, et le confort du sujet est essentiel pour obtenir des résultats fiables. Nous avons testé les mouvements du sujet au cours de longs scans (plus d'une heure) ainsi que la précision du repositionnement du sujet lors d'une série de scans. Le Polaris Vicra est un instrument de mesure optique disponible sur le marché que nous avons utilisé pour mesurer la position et l'orientation de la tête du sujet durant le scan. Un outil mesurant les mouvements de la tête relativement au scanner a été attaché à un bonnet de bain déposé sur la tête du sujet. La tête peut être considérée comme un corps rigide. Pour les corps rigides, un mouvement détecté à la surface est directement relié au mouvement de n'importe quel point sur ce corps. Nous avons utilié ce principe ainsi que les données de mouvement du Polaris Vicra afin de dépister plusieurs régions d'intérêts dans le cerveau du sujet. Nous démontrons que durant un long scan, les régions d'intérêts situés près du pôle occipital peuvent se déplacer sur près de 12 mm. Ceci peut donc rendre l'image floue. L'outil de repositionnement testé s'est avéré très précis et a repositionné le sujet en deçà de 2 mm de sa position initiale.
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Cone-beam computed tomography: imaging dose during CBCT scan acquisition and accuracy of CBCT based dose calculations

Giles, David January 2010 (has links)
Cone beam computed tomography (CBCT) is a recent development in radiotherapy for use in image guidance. Image guided radiotherapy using CBCT allows visualization of soft tissue targets and critical structures prior to treatment. Dose escalation is made possible by accurately localizing the target volume while reducing normal tissue toxicity. The kilovoltage x-rays of the cone beam imaging system contribute additional dose to the patient. In this study a 2D reference radiochromic film dosimetry method employing GAFCHROMICTM model XR-QA film is used to measure point skin doses and dose profiles from the Elekta XVI CBCT system integrated onto the Synergy linac. The soft tissue contrast of the daily CBCT images makes adaptive radiotherapy possible in the clinic. In order to track dose to the patient or utilize on-line replanning for adaptive radiotherapy the CBCT images must be used to calculate dose. A Hounsfield unit calibration method for scatter correction is investigated for heterogeneity corrected dose calculation in CBCT images. Three Hounsfield unit to density calibration tables are used for each of four cases including patients and an anthropomorphic phantom, and the calculated dose from each is compared to results from the clinical standard fan beam CT. The dose from the scan acquisition is reported and the effect of scan geometry and total output of the x-ray tube on dose magnitude and distribution is shown. The ability to calculate dose with CBCT is shown to improve with the use of patient specific density tables for scatter correction, and for high beam energies the calculated dose agreement is within 1%. / La tomographie par faisceaux conique (CBCT) informatisée a été récemment développée en radiothérapie pour l'utilisation de guidage par imagerie. La radiothérapie guidée par imagerie (IGRT) utilisant le CBCT, permet la visualisation des cibles à tissus mous et des structures critiques avant le traitement. En localisant précisément la cible, une « escalade » de dose est rendue possible et la toxicité des tissus sains est réduite. Les rayons-X à basse énergie (kilovoltage) du system d'imagerie du CBCT, contribue à une dose additionnelle pour le patient. Dans cette étude, une méthode dosimétrique utilisant un film 2D radiochromic (Gafchromic film, model XR-QA) a été employé pour mesurer des points de dose à la peau ainsi que des profiles de dose. Cette étude a été réalisée à l'aide d'un system d'Elekta XVI CBCT installé sur un accélérateur linéaire du Synergy. Le contraste des images quotidiennes du CBCT des tissus mous rend possible au niveau clinique l'utilisation de la radiothérapie adaptive. Dans le but de suivre la dose administrée au patient ou utiliser de la replanification en ligne pour la radiothérapie adaptive, les images CBCT doivent être utilisées pour le calcul de dose. Une calibration des unités de Hounsfield par méthode de correction de dispersion est examinée dans le cas de dose calculée dans des milieux hétérogènes pour les images CBCT. Trois unités de Hounsfield par table de calibration de densité sont utilisées pour chaque des quatre cas incluant des patients et un fantôme anthropomorphique. Le calcul de dose pour chaque cas est comparé avec les résultats cliniques standards de tomographie par faisceaux en éventail. La dose acquise avec le scanner est reportée et l'effet géométrique du scanner ainsi que le débit total du tube a rayon-X sur la magnitude et la distribution de la dose sont montrés. La capacité de calculer la dose avec un CBCT est présentée dans le but d'amélio
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Radiochromic film dosimetry system: from calibration to in vivo measurements and intensity-modulated radiation therapy quality assurance measurements

Delage, Patrick January 2011 (has links)
A radiochromic film dosimetry system is presented for the radiochromic filmmodel EBT-2 using a flatbed document scanner, the Epson Expression 10000XLmodel, as a densitometer. The author presents the protocol for radiochromicfilm dose measurements along with the characterization of the radiochromic filmdosimetry system. Results from the measurements taken to characterize thesystem are presented as well as other typical clinical measurements such as qualityassurance measurements and skin dose measurements. Finally intensity modulatedradiation therapy (IMRT) quality assurance measurements are presented andcompared with the MatriXX ionization chamber array system. / Un système de dosimétrie de films radiochromiques est présenté pour le modèlede film radiochromique EBT-2 et utilisant un numériseur de photographies, EpsonExpression 10000XL, comme densitomètre. L'auteur présente le protocole pour lesmesures de dose utilisant les films radiochromiques ainsi que la caractérisationdu système de dosimétrie de films radiochromiques. Les résultats des mesurescaractérisant le système sont présentés ainsi que d'autres mesures cliniquestypiques telles que des mesures d'assurance qualité et des mesures de dose lapeau. Enfin des mesures d'assurance qualité pour la radiothérapie par intensitémodulée (IMRT) sont présentées et comparées aux mesures de la matrice dechambre à ionisation MatriXX.
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Development of a funtional magnetic resonance imaging simulator: deterministic simulation of the transverse magnetization in microvasulature

Berman, Avery January 2012 (has links)
Numerical simulations are invaluable in the development and understanding of magnetic resonance imaging (MRI) techniques. Motivated by the goal of understanding the behaviour of the functional MRI (fMRI) signal in brain tissue, this thesis employs a deterministic simulation technique in which the transverse magnetization and B0 inhomogeneity within a voxel are spatially discretized and the stochastic self-diffusion of water molecules is modelled as a Gaussian isotropic blurring of the transverse magnetization. While this simulation technique has existed since fMRI was in its infancy, its use has increased recently as investigators have attempted to quantitatively interpret the measured signal. Despite its recent popularity, thorough quantitative validation of the technique is lacking in the literature.With the development of quantitative fMRI techniques being the driving force, this thesis validates three-dimensional deterministic simulations of the MR signal with a focus on their application in cerebral microvasculature. Individual blood vessels are modelled by infinite cylinders with a realistic distribution of radii. Using a spin echo sequence, the effects of several simulation parameters are investigated.Validations ignoring the effect of diffusion show that the discretization of the voxel into subvoxels can be very coarse – up to 10 μm subvoxel widths – without adversely affecting the simulation outcomes. Simulations including diffusion are validated using an analytical solution to the Bloch-Torrey equation for comparison. In the presence of diffusion, subvoxel size is a key factor and it needs to be sufficiently small (~ 2 μm), depending on the rest of the simulation parameters, in order for the simulations to be accurate. Finally, as a proof-of-concept, it is shown that larger subvoxels can be used and still produce accurate simulations if the diffusion coefficient is scaled by a correction factor to produce the desired time series. / Les simulations numériques sont d'une valeur inestimable pour le développement et la compréhension des techniques d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette thèse, motivée par le but de comprendre le comportement du signal de l'IRM fonctionnelle (IRMf) dans le tissu cérébral, utilise une technique de simulation déterministe dans laquelle la magnétisation transversale et l'inhomogénéité B0 au sein d'un voxel sont spatialement discrétisées et l'auto-diffusion stochastique des molécules d'eau est modélisée par un flou gaussien isotrope de la magnétisation transversale. Bien que cette technique de simulation existe depuis les débuts de l'IRMf, son utilisation a augmenté récemment par des chercheurs tentant d'interpréter quantitativement le signal mesuré. Malgré sa popularité récente, une validation quantitative approfondie de cette technique est absente de la littérature.Ayant pour force motrice le développement de techniques d'IRMf quantitatives, cette thèse valide des simulations tridimensionnelles déterministes du signal IRM en mettant l'emphase sur leur application dans la microvascularisation cérébrale. Les vaisseaux sanguins individuels sont modélisés par des cylindres infinis avec une distribution de rayons réaliste. Les effets de plusieurs paramètres de simulation sont étudiées en utilisant une séquence écho de spin.Des validations ignorant l'effet de diffusion montrent que la discrétisation des voxel en sous-voxels peut être très grossière - jusqu'à des tailles de sous-voxels de 10 μm - sans détériorer les résultats de la simulation. Des simulations tenant compte de la diffusion sont validées à l'aide d'une solution analytique à l'équation de Bloch-Torrey. En présence de diffusion, la taille des sous-voxels est un facteur clé et doit être petite (~ 2 μm, dépendamment des autres paramètres de simulation) pour que les simulations soient précises. Enfin, comme preuve de concept, il est démontré que des simulations précises peuvent être obtenues avec des sous-voxels plus grands pourvu que le coefficient de diffusion soit multiplié par un facteur de correction pour produire la série temporelle désirée.

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