质子空间分割放疗中次级辐射剂量分布研究：栅格准直器对中子与γ射线剂量的影响分析

《Physica Medica》：Dose distribution of secondary radiation in a water phantom for a spatially fractionated proton beam

本文系统研究了采用栅格准直器的空间分割质子放疗（pSFRT）中次级辐射的剂量分布特征。通过热释光（TLD）、光致发光（RPL）和径迹（PADC）探测器结合蒙特卡洛模拟，发现栅格准直器会使吸收剂量提升5倍（γ射线）至10倍（快中子），其空间分布证实准直器是主要辐射源。该研究为优化质子放疗方案提供了重要剂量学依据。

　　

实验设置

EURADOS WG9的"栅格项目"实验在克拉科夫CCB IFJ PAN质子治疗中心完成，该中心配备IBA生产的C230回旋加速器（Proteus 235质子治疗系统），采用带专用扫描头的旋转机架。治疗计划在Eclipse v.13.6治疗计划系统（TPS）中制定，通过能量层均匀覆盖10 cm×10 cm×10 cm体积（展宽布拉格峰SOBP），对应质子束近端射程10 cm。

质子微束深度剂量分布特征

基于对栅格质子束的剂量学测定，蒙特卡洛（MC）计算显示栅格准直器会改变深度剂量分布，形成负斜率曲线（图5）。此外，由于束流散射，在照射野近端区域观察到较低剂量（图6）。在SOBP中心（水深15 cm处）的6×6矩阵测量中，单个微束的平均剂量呈现显著的空间波动特征。

质子微束深度剂量分布

本研究采用配备栅格准直器的铅笔束扫描（PBS）配置的深度剂量分布（图5）。由于现有TPS版本不支持栅格准直器配置，无法通过该设置生成和优化扫描质子束的均匀剂量分布。在此条件下实现平坦调制需要通过实验重新确定质子束权重。

图7a和b展示了探测器阵列测量的三维剂量分布，清晰显示出微束形成的峰值-谷值剂量波动模式。在束流中心轴区域，峰值剂量与谷值剂量比（PVDR）随深度增加而逐渐收敛，在SOBP区域达到相对均匀的剂量分布。

结论

本文系统阐述了采用栅格准直器成形的空间分割质子束的次级中子和γ辐射产生特性，并通过对比测量揭示了使用专用栅格准直器导致的场外辐射剂量变化。测量剂量学量的空间分布支持以下假设：在使用栅格准直器的空间分割质子放疗中，准直器是γ辐射和中子的主要来源。尽管存在次级辐射增加的问题，但由于栅格准直器能适配各种质子系统，仍是具有应用价值的技术方案。