Propositional Merging and Judgment Aggregation: Two Compatible Approaches?

International audienceThere are two theories of aggregation of logical formu-lae: merging and judgment aggregation. In this work we investigate the relationships between these theories; one of our objectives is to point out some correspondences/discrepancies between the associated rationality properties

Compositional Belief Merging

Abstract Belief merging aims at extracting a coherent and informative view from a set of belief bases. A first requirement for belief merging operators is to obey basic rationality conditions. Another expected property is to preserve as much information as possible from the input bases. In this paper, we show how new merging operators, called compositional operators, can be defined from existing ones. Such operators aim at offering a higher discriminative power than the merging operators on which they are based, without leading to a complexity shift or losing rationality postulates. We identify some sufficient conditions for ensuring that rationality is fully preserved by composition

Contrôle en ligne en protonthérapie - Conception d'un moniteur de faisceau en technologie diamant et mise en œuvre d'une technique de détection de rayons gamma prompts adaptée aux faisceaux cliniques

One of the main advantages of hadrontherapy lies in the excellent ballistic properties of ions, allowing for the precise delivery of the prescribed dose to the tumor volume while better sparing healthy tissues better (compared to conventional radiotherapy using photons). However, the range of ions is highly sensitive to treatment uncertainties, and a system for verifying the ion range would improve the utilization of the ballistic properties of hadrontherapy. Several monitoring systems have been proposed over the past few decades, including prompt gamma (PG) detection systems. Indeed, PG are emitted during nuclear reactions experienced by a fraction of incident ions, and their emission profile is strongly correlated with the ion range.The objective of this thesis is to contribute to the improvement of PG monitoring techniques by developing two detection systems: i) a beam hodoscope with excellent temporal resolution (<1 ns), necessary for PG techniques using precise time-of-flight measurements; ii) a new PG detection technique suitable for relatively high beam intensities from synchro-cyclotrons increasingly used in proton therapy centers (peak intensities of the order of µA): the "Prompt Gamma Energy Integral" (PGEI) technique.The diamond-based beam monitor designed in this study is capable of providing both spatial information with millimeter resolution and temporal information with a resolution of approximately 100 ps (RMS) on the passage of the incident ion through it. This manuscript presents in detail the complete architecture of the beam monitor (active volume and associated electronics). It describes the laboratory characterization of the device and reports on the initial experiments with 70 MeV proton beams, which allowed for the evaluation of the device's performance in line with the specifications.The PGEI technique proposed in this thesis relies on an integral measurement of the energy deposited in a set of detectors placed around the patient during irradiation. The use of an integral approach maximizes detection sensitivity (detectors relatively close to the patient) despite the high beam intensity, which leads to signal overlap in the detectors. This method was initially studied through Monte Carlo simulations using the Gate software (based on Geant4). Sensitivity on the order of a few millimeters on the proton range was achieved with 10⁷ incident protons and 8 detectors of 2 inches placed 20 cm from a spherical plastic target. Subsequently, various scintillators such as NaI, BaF2, and PbWO4 were characterized in the laboratory and tested with different types of beams, including protons and alpha particles at approximately 70 MeV. This allowed for conclusions regarding their suitability for the proposed method and their performance under experimental conditions.Un des principaux atouts de l’hadronthérapie repose sur les excellentes propriétés balistiques des ions permettant de délivrer la dose prescrite au volume tumoral tout en épargnant mieux les tissus sains (en comparaison à la radiothérapie conventionnelle utilisant des photons). Le parcours des ions est cependant très sensible aux incertitudes de traitement et un système de vérification du parcours des ions permettrait de mieux exploiter les propriétés balistiques de l’hadronthérapie. Plusieurs systèmes de contrôle ont été proposés depuis quelques dizaines d’années, notamment des systèmes de détection des rayons gamma prompts (GP) qui sont émis lors de réactions nucléaires subies par une fraction des ions incidents et dont le profil d’émission est fortement corrélée au parcours des ions.L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration des techniques de contrôles GP avec le développement de deux systèmes de détection : i) un hodoscope de faisceau avec une excellente résolution temporelle (<<1 ns) nécessaire pour les techniques GP utilisant une mesure précise de temps de vol ; ii) une nouvelle technique de détection GP adaptée aux intensités de faisceaux relativement élevées des synchro-cyclotrons de plus en plus utilisés dans les centres de protonthérapie (intensités crête de l’ordre du µA) : la technique “Prompt Gamma Energy Integral” (PGEI).Le moniteur de faisceaux basé sur la technologie diamant qui a été conçu est capable de fournir à la fois une information spatiale avec une résolution millimétrique et une information temporelle avec une résolution d'environ 100 ps (RMS) sur le passage de l'ion incident qui le traverse. Ce manuscrit présente en détail l'architecture complète du moniteur de faisceaux (volume actif et l'électronique associée). Il décrit la caractérisation en laboratoire du dispositif et statue sur les premières expériences sous faisceau de protons de 70 MeV qui ont permis d’évaluer les performances du dispositif en adéquation avec les exigences du cahier des charges.La technique PGEI proposée dans le cadre de cette thèse repose sur une mesure intégrale de l'énergie déposée dans un ensemble de détecteurs placés autour du patient pendant l'irradiation. L'utilisation d'une approche intégrale permet de maximiser la statistique de détection (détecteurs relativement proches du patient) malgré l’intensité élevée de faisceau qui conduit à un empilement des signaux dans les détecteurs. Cette méthode a tout d'abord fait l'objet d'une étude par simulation Monte Carlo avec le logiciel Gate (basé sur l’outil Geant4). Une sensibilité de l’ordre de quelques millimètres sur le parcours des protons a pu être obtenue avec 10⁷ protons incidents et 8 détecteurs de 5 cm de rayon placés à 20 cm d’une cible sphérique en plastique. Ensuite, sur le plan expérimental, divers scintillateurs tels que le NaI, le BaF2 et le PbWO4 ont été caractérisés en laboratoire, puis testés avec différents types de faisceaux, notamment des protons et des particules alpha d'environ 70 MeV. Cela a permis de conclure quant à leur adéquation avec le principe de la méthode proposée et les performances de celles-ci en conditions expérimentales

Contrôle en ligne en protonthérapie - Conception d'un moniteur de faisceau en technologie diamant et mise en œuvre d'une technique de détection de rayons gamma prompts adaptée aux faisceaux cliniques

One of the main advantages of hadrontherapy lies in the excellent ballistic properties of ions, allowing for the precise delivery of the prescribed dose to the tumor volume while better sparing healthy tissues better (compared to conventional radiotherapy using photons). However, the range of ions is highly sensitive to treatment uncertainties, and a system for verifying the ion range would improve the utilization of the ballistic properties of hadrontherapy. Several monitoring systems have been proposed over the past few decades, including prompt gamma (PG) detection systems. Indeed, PG are emitted during nuclear reactions experienced by a fraction of incident ions, and their emission profile is strongly correlated with the ion range.The objective of this thesis is to contribute to the improvement of PG monitoring techniques by developing two detection systems: i) a beam hodoscope with excellent temporal resolution (<1 ns), necessary for PG techniques using precise time-of-flight measurements; ii) a new PG detection technique suitable for relatively high beam intensities from synchro-cyclotrons increasingly used in proton therapy centers (peak intensities of the order of µA): the "Prompt Gamma Energy Integral" (PGEI) technique.The diamond-based beam monitor designed in this study is capable of providing both spatial information with millimeter resolution and temporal information with a resolution of approximately 100 ps (RMS) on the passage of the incident ion through it. This manuscript presents in detail the complete architecture of the beam monitor (active volume and associated electronics). It describes the laboratory characterization of the device and reports on the initial experiments with 70 MeV proton beams, which allowed for the evaluation of the device's performance in line with the specifications.The PGEI technique proposed in this thesis relies on an integral measurement of the energy deposited in a set of detectors placed around the patient during irradiation. The use of an integral approach maximizes detection sensitivity (detectors relatively close to the patient) despite the high beam intensity, which leads to signal overlap in the detectors. This method was initially studied through Monte Carlo simulations using the Gate software (based on Geant4). Sensitivity on the order of a few millimeters on the proton range was achieved with 10⁷ incident protons and 8 detectors of 2 inches placed 20 cm from a spherical plastic target. Subsequently, various scintillators such as NaI, BaF2, and PbWO4 were characterized in the laboratory and tested with different types of beams, including protons and alpha particles at approximately 70 MeV. This allowed for conclusions regarding their suitability for the proposed method and their performance under experimental conditions.Un des principaux atouts de l’hadronthérapie repose sur les excellentes propriétés balistiques des ions permettant de délivrer la dose prescrite au volume tumoral tout en épargnant mieux les tissus sains (en comparaison à la radiothérapie conventionnelle utilisant des photons). Le parcours des ions est cependant très sensible aux incertitudes de traitement et un système de vérification du parcours des ions permettrait de mieux exploiter les propriétés balistiques de l’hadronthérapie. Plusieurs systèmes de contrôle ont été proposés depuis quelques dizaines d’années, notamment des systèmes de détection des rayons gamma prompts (GP) qui sont émis lors de réactions nucléaires subies par une fraction des ions incidents et dont le profil d’émission est fortement corrélée au parcours des ions.L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration des techniques de contrôles GP avec le développement de deux systèmes de détection : i) un hodoscope de faisceau avec une excellente résolution temporelle (<<1 ns) nécessaire pour les techniques GP utilisant une mesure précise de temps de vol ; ii) une nouvelle technique de détection GP adaptée aux intensités de faisceaux relativement élevées des synchro-cyclotrons de plus en plus utilisés dans les centres de protonthérapie (intensités crête de l’ordre du µA) : la technique “Prompt Gamma Energy Integral” (PGEI).Le moniteur de faisceaux basé sur la technologie diamant qui a été conçu est capable de fournir à la fois une information spatiale avec une résolution millimétrique et une information temporelle avec une résolution d'environ 100 ps (RMS) sur le passage de l'ion incident qui le traverse. Ce manuscrit présente en détail l'architecture complète du moniteur de faisceaux (volume actif et l'électronique associée). Il décrit la caractérisation en laboratoire du dispositif et statue sur les premières expériences sous faisceau de protons de 70 MeV qui ont permis d’évaluer les performances du dispositif en adéquation avec les exigences du cahier des charges.La technique PGEI proposée dans le cadre de cette thèse repose sur une mesure intégrale de l'énergie déposée dans un ensemble de détecteurs placés autour du patient pendant l'irradiation. L'utilisation d'une approche intégrale permet de maximiser la statistique de détection (détecteurs relativement proches du patient) malgré l’intensité élevée de faisceau qui conduit à un empilement des signaux dans les détecteurs. Cette méthode a tout d'abord fait l'objet d'une étude par simulation Monte Carlo avec le logiciel Gate (basé sur l’outil Geant4). Une sensibilité de l’ordre de quelques millimètres sur le parcours des protons a pu être obtenue avec 10⁷ protons incidents et 8 détecteurs de 5 cm de rayon placés à 20 cm d’une cible sphérique en plastique. Ensuite, sur le plan expérimental, divers scintillateurs tels que le NaI, le BaF2 et le PbWO4 ont été caractérisés en laboratoire, puis testés avec différents types de faisceaux, notamment des protons et des particules alpha d'environ 70 MeV. Cela a permis de conclure quant à leur adéquation avec le principe de la méthode proposée et les performances de celles-ci en conditions expérimentales

On-line monitoring in proton therapy - Design of a diamond technology beam monitor and implementation of a prompt gamma ray detection technique adapted to clinical beams.

Un des principaux atouts de l’hadronthérapie repose sur les excellentes propriétés balistiques des ions permettant de délivrer la dose prescrite au volume tumoral tout en épargnant mieux les tissus sains (en comparaison à la radiothérapie conventionnelle utilisant des photons). Le parcours des ions est cependant très sensible aux incertitudes de traitement et un système de vérification du parcours des ions permettrait de mieux exploiter les propriétés balistiques de l’hadronthérapie. Plusieurs systèmes de contrôle ont été proposés depuis quelques dizaines d’années, notamment des systèmes de détection des rayons gamma prompts (GP) qui sont émis lors de réactions nucléaires subies par une fraction des ions incidents et dont le profil d’émission est fortement corrélée au parcours des ions.L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration des techniques de contrôles GP avec le développement de deux systèmes de détection : i) un hodoscope de faisceau avec une excellente résolution temporelle (<<1 ns) nécessaire pour les techniques GP utilisant une mesure précise de temps de vol ; ii) une nouvelle technique de détection GP adaptée aux intensités de faisceaux relativement élevées des synchro-cyclotrons de plus en plus utilisés dans les centres de protonthérapie (intensités crête de l’ordre du µA) : la technique “Prompt Gamma Energy Integral” (PGEI).Le moniteur de faisceaux basé sur la technologie diamant qui a été conçu est capable de fournir à la fois une information spatiale avec une résolution millimétrique et une information temporelle avec une résolution d'environ 100 ps (RMS) sur le passage de l'ion incident qui le traverse. Ce manuscrit présente en détail l'architecture complète du moniteur de faisceaux (volume actif et l'électronique associée). Il décrit la caractérisation en laboratoire du dispositif et statue sur les premières expériences sous faisceau de protons de 70 MeV qui ont permis d’évaluer les performances du dispositif en adéquation avec les exigences du cahier des charges.La technique PGEI proposée dans le cadre de cette thèse repose sur une mesure intégrale de l'énergie déposée dans un ensemble de détecteurs placés autour du patient pendant l'irradiation. L'utilisation d'une approche intégrale permet de maximiser la statistique de détection (détecteurs relativement proches du patient) malgré l’intensité élevée de faisceau qui conduit à un empilement des signaux dans les détecteurs. Cette méthode a tout d'abord fait l'objet d'une étude par simulation Monte Carlo avec le logiciel Gate (basé sur l’outil Geant4). Une sensibilité de l’ordre de quelques millimètres sur le parcours des protons a pu être obtenue avec 10⁷ protons incidents et 8 détecteurs de 5 cm de rayon placés à 20 cm d’une cible sphérique en plastique. Ensuite, sur le plan expérimental, divers scintillateurs tels que le NaI, le BaF2 et le PbWO4 ont été caractérisés en laboratoire, puis testés avec différents types de faisceaux, notamment des protons et des particules alpha d'environ 70 MeV. Cela a permis de conclure quant à leur adéquation avec le principe de la méthode proposée et les performances de celles-ci en conditions expérimentales.One of the main advantages of hadrontherapy lies in the excellent ballistic properties of ions, allowing for the precise delivery of the prescribed dose to the tumor volume while better sparing healthy tissues better (compared to conventional radiotherapy using photons). However, the range of ions is highly sensitive to treatment uncertainties, and a system for verifying the ion range would improve the utilization of the ballistic properties of hadrontherapy. Several monitoring systems have been proposed over the past few decades, including prompt gamma (PG) detection systems. Indeed, PG are emitted during nuclear reactions experienced by a fraction of incident ions, and their emission profile is strongly correlated with the ion range.The objective of this thesis is to contribute to the improvement of PG monitoring techniques by developing two detection systems: i) a beam hodoscope with excellent temporal resolution (<1 ns), necessary for PG techniques using precise time-of-flight measurements; ii) a new PG detection technique suitable for relatively high beam intensities from synchro-cyclotrons increasingly used in proton therapy centers (peak intensities of the order of µA): the "Prompt Gamma Energy Integral" (PGEI) technique.The diamond-based beam monitor designed in this study is capable of providing both spatial information with millimeter resolution and temporal information with a resolution of approximately 100 ps (RMS) on the passage of the incident ion through it. This manuscript presents in detail the complete architecture of the beam monitor (active volume and associated electronics). It describes the laboratory characterization of the device and reports on the initial experiments with 70 MeV proton beams, which allowed for the evaluation of the device's performance in line with the specifications.The PGEI technique proposed in this thesis relies on an integral measurement of the energy deposited in a set of detectors placed around the patient during irradiation. The use of an integral approach maximizes detection sensitivity (detectors relatively close to the patient) despite the high beam intensity, which leads to signal overlap in the detectors. This method was initially studied through Monte Carlo simulations using the Gate software (based on Geant4). Sensitivity on the order of a few millimeters on the proton range was achieved with 10⁷ incident protons and 8 detectors of 2 inches placed 20 cm from a spherical plastic target. Subsequently, various scintillators such as NaI, BaF2, and PbWO4 were characterized in the laboratory and tested with different types of beams, including protons and alpha particles at approximately 70 MeV. This allowed for conclusions regarding their suitability for the proposed method and their performance under experimental conditions

Conflict-Based Merging Operators

International audienceThis paper deals with propositional belief merging. The key problem in this setting is to define the beliefs/goals of a group of agents from a profile of bases, gathering the beliefs/goals of each member of the group. To this aim, a well-studied family of merging operators consists of distance-based ones: the models of the merged base are the closest interpretations to the given profile. Many operators from this family are based on the Hamming distance between interpretations, which can be viewed as a degree of conflict between them. In this paper, we introduce a more general family of merging operators, based on a more primitive concept, namely the conflict between interpretations itself. We show that this family of conflict-based merging operators includes many operators from the literature, both model-based ones and syntax-based ones. We present a number of comparison relations on conflict vectors characterizing operators from this family, and study the logical properties of conflict-based merging operators

Propositional Merging and Judgment Aggregation: Two Compatible Approaches?

International audienceThere are two theories of aggregation of logical formu-lae: merging and judgment aggregation. In this work we investigate the relationships between these theories; one of our objectives is to point out some correspondences/discrepancies between the associated rationality properties

Belief Merging versus Judgment Aggregation

International audienceThe problem of aggregating pieces of propositional information coming from several agents has given rise to an intense research activity. Two distinct theories have emerged. On the one hand, belief merging has been considered in AI as an extension of belief revision. On the other hand, judgment aggregation has been developed in political philosophy and social choice theory. Judgment aggre-gation focusses on some specific issues (represented as formulas and gathered into an agenda) on which each agent has a judgment, and aims at defining a collective judgment set (or a set of collective judgment sets). Belief merging considers each source of information (the belief base of each agent) as a whole, and aims at defining the beliefs of the group without considering an agenda. In this work the relationships between the two theories are investigated both in the general case and in the fully informed case when the agenda is complete (i.e. it contains all the possible interpretations). Though it cannot be ensured in the general case that the collective judgment computed using a rational belief merging operator is compatible with the collective judgment computed using a rational judgment aggregation operator, we show that some close correspondences between the rationality properties considered in the two theories exist when the agenda is complete

On Egalitarian Belief Merging

International audienceBelief merging aims at defining the beliefs of a group from the beliefs of each member of the group. It is re-lated to more general notions of aggregation from econ-omy (social choice theory). Two main subclasses of be-lief merging operators exist: majority operators which are related to utilitarianism, and arbitration operators which are related to egalitarianism. Though utilitarian (majority) operators have been extensively studied so far, there is much less work on egalitarian operators. In order to fill the gap, we investigate possible translations in a belief merging framework of some egalitarian prop-erties and concepts coming from social choice theory, such as Sen-Hammond equity, Pigou-Dalton property, median, and Lorenz curves. We study how these prop-erties interact with the standard rationality conditions considered in belief merging. Among other results, we show that the distance-based merging operators satisfy-ing Sen-Hammond equity are mainly those for which leximax is used as the aggregation function

Counting Votes for Aggregating Judgments

International audienceThe aim of judgment aggregation is to make collective decisions based on the judgments of individual agents. Some rationality conditions governing the expected behavior of the aggregation function must be considered. However, impossibility theorems show that designing an aggregation function satisfying all desirable properties is not feasible. While some rationality conditions are very nat-ural ones, other ones are more disputable. We show that this is the case of the systematicity condition that prevents from electing issues with more votes than others. We rather promote a neutral-ity and a swap optimality condition. Swap optimality ensures that among two possible results, the one with the best support (number of votes) is chosen. We propose a new family of judgment aggrega-tion methods based on the support (number of votes) that receives each issue