使用低增益雪崩二极管的首次基于飞行时间的实验性质子射线照相
摘要
离子计算机断层扫描（iCT）是一种成像模态，用于直接测定患者体内的相对阻止本领（RSP）分布。通常，这是通过追踪系统和独立的剩余能量探测器来估计穿过扫描体积的离子的路径和能量损失来实现的。另一方面，本研究引入了对基于飞行时间（TOF）测量的新型 iCT 方法（即所谓的 Sandwich TOF-iCT 概念）的首次实验研究，与任何其他 iCT 系统不同，该方法不需要用于 RSP 测定的剩余能量探测器。基于低增益雪崩二极管（LGAD）构建了一个小型 TOF-iCT 演示器，LGAD 是一种 4D 追踪探测器，能够以分别优于 100um 和 100ps 的精度同时测量粒子位置和到达时间。使用该演示器，测量了几块均匀 PMMA 板的材料和能量依赖的 TOF，以校准所获得的 TOF 与相应的水等效厚度（WET）。通过此校准，在 MedAustron 使用 83 和 100.4MeV 质子记录了小型铝阶梯模体的两张质子射线照片。由于这一新颖方法的首次实验研究采用了简化的 WET 校准模型，测得 WET 与理论 WET 之间的差异介于 37.09% 至 51.12% 之间。尽管如此，首张基于 TOF 的质子射线照片被成功记录，表明 LGAD 是适用于 TOF-iCT 的探测器候选者。虽然系统参数和 WET 估计算法需要进一步优化，但这项工作是实现 Sandwich TOF-iCT 的重要第一步。凭借其紧凑且高性价比的设计，Sandwich TOF-iCT 有望使 iCT 在临床应用中更具可行性和吸引力，最终可能提升治疗计划质量。
引用
@article{arxiv.2312.15027,
title = {First experimental time-of-flight-based proton radiography using low gain avalanche diodes},
author = {Felix Ulrich-Pur and Thomas Bergauer and Tetyana Galatyuk and Albert Hirtl and Matthias Kausel and Vadym Kedych and Mladen Kis and Yevhen Kozymka and Wilhelm Krüger and Sergey Linev and Jan Michel and Jerzy Pietraszko and Adrian Rost and Christian Joachim Schmidt and Michael Träger and Michael Traxler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.15027},
year = {2024}
}
备注
Preprint submitted to Physics in Medicine and Biology. IOP Publishing Ltd is not responsible for any errors or omissions in this version of the manuscript or any version derived from it