基于飞行时间的质子治疗实时瞬发伽马成像重建方法
医学物理
2021-08-11 v1
摘要
我们目前正通过蒙特卡罗(MC)模拟设计一种多通道伽马探测器阵列(TIARA，即 Time-of-flight Imaging ARrAy 飞行时间成像阵列)，用于质子治疗过程的在线监测。通过测量上游束流监测器与瞬发伽马(PG)探测器之间的飞行时间(TOF)，我们的目标是对 PG 顶点分布进行重建，以探测质子束投递的可能偏差。本文提出两种非迭代重建策略。第一种基于描述三维 PG 顶点分布的解析公式求解。此处在一维近似下求解，以测量沿束流方向的潜在质子射程偏移。第二种基于 TIARA 像素探测器计数的重心(COG)计算，也可提供关于潜在束流位移的 3D 信息。PG 顶点重建在两种不同场景下进行了评估。在单质子 regime(通过降低束流电流实现)下，使用外部束流监测器提供 TOF 测量的起始触发，可获得 100 ps (rms) 的符合时间分辨率。在这些条件下，MC 模拟表明，使用 10 入射质子可在 2 下实现毫米级质子射程偏移灵敏度。这一精度水平可在治疗不符合治疗计划时实现实时干预。还考虑了 1 ns (rms) TOF 分辨率的 worst case scenario(最坏情况)，以证明退化的定时信息可通过增加采集统计量来补偿：在此情况下，使用 10 入射质子可在 2 下探测到 2 mm 射程偏移。COG 方法在探测横向束流位移方面表现出优异能力：使用 10 入射质子在 2 下发现 2 mm 灵敏度。
引用
@article{arxiv.2012.09275,
title = {A Time-Of-Flight-Based Reconstruction for Real-Time Prompt-Gamma Imaging in Protontherapy},
author = {Maxime Jacquet and Sara Marcatili and Marie-Laure Gallin-Martel and Jean-Luc Bouly and Yannick Boursier and Denis Dauvergne and Mathieu Dupont and Laurent Gallin-Martel and Joël Hérault and Jean-Michel Létang and Daniel Manéval and Christian Morel and Jean-François Muraz and Étienne Testa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.09275},
year = {2021}
}