用于质子治疗和成像的双能提取：在临床同步加速器设施上的验证
加速器物理
2025-06-25 v1
摘要
本研究旨在探究在单个同步加速器周期内提取具有两种不同能量的质子束的可行性。两束之间的能量差应足以将一束用作范围探针，以在基于同步加速器的质子治疗设施中引导第二束治疗束。研究使用了最大临床能量为250兆电子伏（MeV）且实验能量能力为330 MeV的临床同步加速器质子治疗设施。同步加速器的内部诊断设备，包括束流轨道监测器、偶极磁场传感器、加速频率监测器和能量测量装置，用于表征同步加速器内及提取过程中束流的特性。外部剂量测定设备包括一个配备两个电离室的PTW水箱和一个电离室阵列。这些设备用于独立验证照射等中心处的双能提取。双能提取在三个定义的能量范围内得到验证：低能（75-110 MeV）、中能（120-155 MeV）和高能（195-230 MeV）。再加速和减速模式均经过测试和验证。这项初步研究在三个评估的能量范围内实现了提取束之间35 MeV的能量差。这对应于标准操作条件下使用的临床靶点，且无需硬件修改。未来的研究应探索调整控制软件以实现在单个周期内切换靶点，或使用次优靶点以获得更高能量的束流。这将允许进行主动的实时范围探测。将修改后的双能提取参数与高能束流的低强度提取相结合，在单个同步加速器周期内同时实现质子成像和治疗方面显示出巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2506.19736,
title = {Dual-energy extraction for proton therapy and imaging: validation on a clinical synchrotron-based facility},
author = {Alexander A. Pryanichnikov and Dmitry Shwartz and Jon Feldmand and Joao Seco and Maria Francesca Spadea},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.19736},
year = {2025}
}