用于Hadron Therapy的氦和碳离子CT成像
医学物理
2026-05-29 v1
摘要
目标：对比分析质子、氦离子和碳离子计算断层扫描（CT）作为直接成像模态用于Hadron Therapy治疗计划，重点关注相对减辐射功（Relative Stopping Power, RSP）重建精度和患者辐射剂量。方法：使用GATE/Geant4平台进行高保真蒙特卡罗模拟，模型化标准CTP404幻影。采用迭代的Richardson-Lucy脱卷积算法重建RSP图。通过将重建的RSP值与各类组织等效插件的真实值进行比较来评估成像性能，同时对人类头部几何结构估计整体剂量。主要结果：所有研究的粒子模态相较于传统X射线CT协议（约为40 mGy）均实现了显著剂量降低。测量得到的成像剂量分别为：质子为1.6 mGy，氦离子为3.9 mGy，碳离子为22.7 mGy。就精度而言，碳离子成像在软组织材料上实现最高保真度（平均绝对误差<0.5%），氦离子在大多数材料上实现亚1%误差且剂量负担显著低于碳离子，质子显示RSP偏差范围为-1.8%至+3.1%。意义：直接粒子成像消除了光子-质子转换中固有的系统性不确定性。虽然碳离子提供了对复杂解剖结构中不均匀组织的优异RSP重建精度，但氦离子和质子成像在剂量节省方面表现出色，尤其适用于儿童患者和频繁进行自适应重规划的场景。
引用
@article{arxiv.2605.29593,
title = {CT Imaging with Helium and Carbon Ions for Hadron Therapy},
author = {Zsófia Jólesz and Gábor Bíró and Gábor Papp and Gergely Gábor Barnaföldi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.29593},
year = {2026}
}
备注
18 pages, 7 figures