TIARA探测器在碳离子束射程监测中的首次实验研究

《Scientific Reports》：First experimental results on range monitoring in carbon therapy with the TIARA detector

　　

摘要

在粒子治疗射程监测的背景下，本研究首次报道了利用TIARA探测器在意大利帕维亚CNAO临床中心使用碳离子束获得的实验结果。TIARA基于快伽马计时（PGT）技术，该技术测量入射离子与靶中核相互作用期间发射的快伽马射线（PG）之间的飞行时间（TOF）。尽管TIARA原型机之前已使用质子进行了验证，但由于碳离子具有更高的线性能量转移、核碎裂产物以及同步加速器的连续束流时间结构，碳离子呈现了更具挑战性的场景。实验通过用200 MeV/u的碳束照射不同厚度的PMMA靶进行。实现了284 ± 32 ps（半高全宽）的符合时间分辨率，优于在同一设施中之前使用质子获得的结果。在临床强度下，考虑到5600个检测到的快伽马射线时，测得射程精度为4.74±0.36 mm（2σ置信水平），这对应于四个照射斑点（每个斑点2.4·10?个离子）的组合。总体而言，结果表明基于PGT的射程监测对于碳离子束仍然可行，但次级带电碎片导致的背景增加表明需要对探测器构型进行适应性调整。