通过多狭缝瞬发伽马成像系统实现质子射程验证

《IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences》：Proton Range Verification Realized via a Multislit Prompt Gamma Imaging System

质子治疗射程监测关键技术研究及系统验证

　　

摘要：

质子治疗是最先进的放射治疗技术之一。尽管在剂量传递方面具有优势，但由于质子射程的不确定性，它尚未为患者带来显著的临床益处。准确、实时地监测质子剂量和射程对于确保质子治疗的精确性至关重要。在之前的研究中，提出了一种双头即时伽马成像系统，并通过蒙特卡洛模拟进行了评估，证明了该系统在临床剂量下具有高空间分辨率和足够的检测效率，适用于质子笔形束成像。本研究重点关注该系统中一个探测器的组装、校准和测试。使用22Na点源评估了空间分辨率和检测效率，而在低质子计数条件下，使用60 MeV和100 MeV的质子束评估了射程偏移检测和精度。单头系统在视野（FOV）中心实现了0.22%的检测效率和2.8 mm的全宽半高（FWHM）空间分辨率。该系统能够通过识别即时伽马谱的最远边缘位置（MDEP）来检测1 mm的射程偏移。在质子笔形束扫描中，该探测器在典型计数水平下表现出小于1 mm的射程精度。结果表明，该系统在检测效率和空间分辨率方面表现良好，并且能够实现高精度的实时射程验证。

引言

质子治疗的应用日益广泛，全球已有116个中心正在使用这种技术[1]。质子治疗的关键优势在于其在布拉格峰处的精确剂量分布[2]，这可以有效地控制肿瘤，同时减少对周围风险器官（OARs）和正常组织的损伤。这种精确性有望降低与传统放射治疗相比的副作用和并发症风险。然而，由于Hounsfield单位-阻止功率转换和解剖结构变化等因素导致的质子射程不确定性，阻碍了其临床效益的充分发挥[3]。