通过监测分散的质子来进行质子疗法的内束可视化系统的模拟研究

科学领域:

• 医学物理 医学物理
• 辐射疗法 辐射疗法
• 计算成像技术的成像

背景情况:

• 阳位子发射断层扫描 (PET) 在质子疗法中被研究为实时监测,但阳位子分布不准确地反映了剂量分布.
• 阳子生成和电离是不同的物理过程,限制了PET用于精确剂量验证的实用性.
• 精确的实时剂量监测对于优化质子疗法疗效和最大限度地减少目标外影响至关重要.

研究的目的:

• 通过测量分散的质子,提出和验证一种新的内束系统来确定质子剂量范围.
• 通过逐步模拟越来越复杂的系统的可行性来评估系统的可行性,从简单到模仿人体的幽灵.
• 评估将计算机断层扫描 (CT) 数据用于提高剂量估计准确性的有效性.

主要方法:

• 模拟使用蒙特卡洛方法对幻影进行质子辐射 (矩形,空气矩形,圆柱形).
• 开发了一个深度学习 (DL) 模型,通过模拟的散射质子测量来估计2D和3D剂量分布.
• 纳入CT衍生的质量密度分布,以完善复杂几何形状中的DL剂量估计.

主要成果:

• DL模型准确地估计了布拉格峰值位置,在一个简单的幻影中有1.0毫米的误差.
• 在一个带有空气层的幻影中,系统成功识别了空气间隙,并以2.1毫米的误差估计了峰值位置.
• 整合CT数据提高了圆柱形幻影中的峰值位置估计精度,从12.6毫米提高到9.3毫米.

结论:

• 拟议的散射质子测量系统显示了对光束内质子剂量验证的巨大潜力.
• 深度学习有效地从分散的质子数据中估计剂量范围,为基于PET的方法提供了替代方案.
• 使用CT衍生密度信息可以提高剂量估计的准确性,特别是在复杂的解剖区域.