在扫描质子束辐照过程中，X射线平板探测器中次级辐射背景的特性研究

《MEDICAL PHYSICS》：Characterization of secondary-radiation background in X-ray flat-panel detectors during scanning proton beam irradiation

扫描质子束辐照下X射线平板探测器二次辐射背景建模及影响分析。使用同步辐射质子系统结合FPD探测器，在三种辐照条件下采集影像，发现纯二次辐射背景呈稀疏尖峰无空间偏倚，影响像素占比1.25%，可建立指数衰减数学模型，蒙特卡洛模拟显示光子主导效应，对图像均值影响<1%。

　　

摘要

背景

在扫描质子束辐照下，千伏级X射线平板探测器（FPD）产生的次级辐射背景（BG）尚未得到充分分析。

目的

本研究旨在确定并数学建模扫描质子束辐照下FPD中次级辐射BG的特性。

方法

我们使用基于同步加速器的质子系统，以及两个安装在相对于质子束轴线倾斜135°的机架上的FPD，对两个模型（块状物和胸部）进行了成像。FPD图像在三种条件下捕获：仅X射线曝光、质子辐照以及质子辐照之间的暂停期间。由于FPD的读出速率（30 fps）是X射线曝光速率（15 pps）的两倍，因此图像被进一步分为两类：有X射线曝光的情况和没有X射线曝光的情况。对这些FPD图像进行了分析，以确定次级辐射BG的特性。此外，还进行了蒙特卡洛模拟来补充所进行的测量。

结果

对没有X射线曝光的FPD图像的分析显示，纯次级辐射BG在大多数图像中表现为稀疏的尖峰图案，且在整个FPD区域内没有明显的空间偏差。BG仅影响了1.25%的FPD像素，并且可以用像素强度的增加而呈指数衰减的函数来建模。考虑到块状物和胸部模型的典型X射线图像亮度，BG对平均像素强度变化的影响小于1%。蒙特卡洛模拟表明，到达FPD的主要辐射源是即时产生的光子。

结论

本研究表明，在扫描质子束辐照过程中X射线FPD图像中观察到的次级辐射BG特性可以进行定量建模。次级辐射BG对FPD图像的平均像素强度的影响很小。

利益冲突声明

M.O和S.A受雇于日立高科技公司（Hitachi High-Tech Co.）。T.S自2024年起获得了日立高科技公司的资金支持。T.T在2022年至2024年间与日立有限公司（Hitachi Ltd.）就基于深度学习的肿瘤追踪方法签订了软件协议。H.S从日立高科技公司获得了酬金。所有其他作者均声明没有利益冲突。