The treatment plan for radiation therapy with protons is based on images from a computed tomography (CT) scanner. This is problematic since the photons in the x-ray beam from the CT scanner and the protons are affected differently by the tissue in the patient, which introduce an uncertainty in the track length of the protons. The hypothesis of this study is that a new generation of CT scanners (DECT), with the capacity to simultaneously scan the patient with two photon spectra of different mean energy, will improve the tissue characterisation and which in turn reduce the uncertainty in the track length of the protons. In this study, the accuracy and precision of a DECT-based method from the literature is compared to the conventional calibration method used today at the University clinics in Sweden to relate the attenuation of the photon beam to the slowing down of the protons. The methods are tested on CT images of a phantom, a plastic body containing tissue equivalent plastic inserts of known elemental composition. The results turned out to be inconclusive as there were large uncertainties in the measurements. The method has potential, as has been shown in the literature, but there are many questions that need to be answered before the method is ready to be implemented at the clinic. / En proton som färdas genom människokroppen deponerar endast en liten del av sin energi längs vägen innan den plötsligt deponerar allt i slutet på dess bana. Hur lång dess bana är beror på protonens ursprungliga energi och den atomära sammansättningen hos vävnaden den passerar igenom. Om sammansättningen är känd går det genom att justera den initiala energin bestämma banlängden. Denna egenskap gör protonen väldigt attraktiv för strålterpi, då det innbär möjligheten att behandla med hög precision samt bespara frisk vävnad onödig dos. Strålterapi med protoner planeras idag med bilder från en skiktröntgen (CT) som underlag. Ett problem med det är att röntgenstrålarna från CT-skannern påverkas annorlunda än protonerna av vävnaden, vilket introducerar en osäkerhet i protonernas banlängd. Hypotesen i denna studie är att en ny generation av CT-scanner (DECT), med möjlighet att simultant skanna patienten med två fotonspektran av olika medelenergi, på ett bättre sätt ska kunna bestämma den atomära sammansättningen för vävnaden och därmed reducera osäkerheten i protonernas banlängd. Noggrannhet och precision för en DECT-baserad metod från litteraturen jämförs med den SECT-baserade kalibreringsmetoden, som idag används på Universitetssjukhusen i Sverige för att relatera fotonstrålens dämpning i vävnaden till protonernas inbromsning. Metoderna testas på CT bilder av ett fantom, en plastkropp innehållandes olika cylindrar av vävnadsekvivalent plast med känd atomär sammansättning. Resultatet av den här studien är inte starkt nog för att bevisa hypotesen för studien. Det insamlade bildmaterialet innehåller höga brusnivåer jämfört med de som rapporteras i literaturen. Brusnivåer är så höga att det mesta av resultatet inte kan anses som statistiskt signifikant. Det är dessutom svårt att göra en direkt jämförelse av prestanda med befintlig teori för vävnadskaraktärisering, då bildmaterialet från de CT skanners som jämfördes är av olika typer. De resultat som publicerats i litteraturen visar att den DECT-baserade metoden har potential, men den här studien gör tydligt att det fortfarande finns frågor som måste besvaras innan metoden är redo att implementeras kliniskt.

The purpose of this project was to explore the performance of methods for estimating stopping power ratio (SPR) from Hounsfield units (HU) using dual energy CT scans, rather than the standard single energy CT scans, with the aim of finding a method which could outperform the current single energy stoichiometric method. Such a method could reduce the margin currently added to the target volume during treatment which is defined as 3.5 % of the range to the target volume + 1 mm . Three such methods, by Taasti, Zhu, and, Lalonde and Bouchard, were chosen and implemented in MATLAB. A phantom containing 10 tissue-like inserts was scanned and used as a basis for the SPR estimation. To investigate the variation of the SPR from day-to-day the phantom was scanned once a day for 12 days. The resulting SPR of all methods, including the stoichiometric method, were compared with theoretical SPR values which were calculated using known elemental weight fractions of the inserts and mean excitation energies from the National Institute of Standards and Technology (NIST). It was found that the best performing method was the Taasti method which had, at best, an average percentage difference from the theoretical values of only 2.5 %. The Zhu method had, at best, 4.8 % and Lalonde-Bouchard 15.6% including bone tissue or 6.3 % excluding bone. The best average percentage difference of the stoichiometric method was 3.1 %. As the Taasti method was the best performing method and shows much promise, future work should focus on further improving its performance by testing more scanning protocols and kernels to find the ones yielding the best performance. This should then be supplemented with testing different pairs of energies for the dual energy scans. The fact that the Zhu and Lalonde-Bouchard method performed poorly could indicate problems with the implementation of those methods in this project. Investigating and solving those problems is also an important goal for future projects. Lastly the Lalonde-Bouchard method should be tested with more than two energy spectra.