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特伦托质子治疗中心的被动散射法研究
  • 　　质子疗法作为治疗特定类型癌症的常规放射治疗的替代疗法越来越重要。在全世界范围内，用于质子治疗的设施数量呈缓慢但持续的增长。在其中一些设施中，还为研究活动提供了空间。因此，治疗中心的扩散可能对不限于医学领域的研究社区有益。2014年10月，在意大利特伦托质子治疗中心开始了临床活动。与此同时，还建立了一个实验室，自2016年以来一直在进行研究活动。在该室中安装了固定的水平束线，该水平束线分为两个部分-分支，一个相对于主光束线方向为0°，另一个为30°。最近介绍了有关30°光束线中空气中光束特征的数据，在等中心位置时，获得了具有高斯轮廓的固定光束，最高sigma范围为2.7至7mm和最低能量。在质子通量方面获得了很大的动态范围，从每秒101到1011质子，分布在该点上。低于70MeV的能量可通过空气中的光束降解获得。值得注意的是，在成功评估研究建议后，该设施向外部用户开放。虽然固定笔束可进行大范围的实验，但它不适合用于放射生物学实验的设置，必须有不同的要求满意。需要几平方厘米量级的大视野，以确保高剂量均匀性和合理且可调节的剂量率。为此出国看病网研究人员最近开始着手设计和设置无源散射线，从而满足了这些要求。在这项工作中，研究人员将介绍初步工作的结果，这些工作致力于表征零度光束线上的空气中的光束特性。这对于实现大的辐照场是必要的并且有帮助的。将提供有关通过单个散射设置获得的大场辐射发展的一些初步数据。
    　　 在特伦托质子治疗中心，光束由IBA回旋加速器产生并加速至228MeV。可以在实验室中要求低至70MeV的束能量，这是通过在回旋加速器之后不久安装的能量选择系统获得的。到目前为止，已经针对零度光束线设置了光束传输光学器件，以在可用范围内分配四种能量。相对于这些能量，将呈现出空气中的光束特性。在回旋加速器出口处可能需要高达320nA的束流，然后根据选择的能量以0.1到10％的效率进行传输。使用商用检测器执行本工作中描述的测量。耦合至CCD摄像机的闪烁屏幕用于评估空气中的束斑轮廓，确保在XY平面上的分辨率为0.5mm。借助于多层电离室进行范围测量。通过使用水体模获得的参考曲线，可以重建水中的质子范围。在适当校准后，利用Mini-Q检测器的集成电离室对空气中的束通量进行了评估。
    　　 采用单个散射设置来产生大的辐照场。这由散射箔片和准直系统的组合组成，以便在目标区域获得足够的剂量均匀性。通常将高原子序数的材料用于散射箔，因为它们允许传递大的角展度以减少能量损失。在研究人员的设置中使用了5毫米厚的钽箔。对于散射设置，选择148MeV作为初始质子束能量，因为这是放射生物学实验感兴趣的典型能量。横穿钽厚度后，它的散射角约为57毫拉德。一旦固定了散射材料和束能量，就可以估算出与给定均匀性相对应的场大小。光束出射窗与目标将要定位的等中心点之间的零度线处的距离约为150厘米。这转化为在3厘米半径范围内的90％到95％的预期均匀性。将聚氯乙烯准直仪放置在靶材前方，以产生边长为6厘米的方形辐射场。与较高原子序数的材料相比，采用塑料准直来减少中子产生。为了停止148MeV质子，PVC准直仪延伸了25cm。将准直仪放置在距等距中心15厘米处，从而限制了狭缝在辐照场边缘的散射效应。
    　　 无源散射线的进一步发展也在进行中。这些将包括使用脊形滤光片进行扩展的布拉格峰值调制，将允许在光束方向上以均匀剂量照射扩展目标。为了优化设置，最近开始了无源光束线的蒙特卡洛模拟。光束线的几何形状和光束特性将在Geant4代码中实现。该代码将提供给外部用户，并将对未来的实验活动进行计划。单一散射设置的主要缺点在于传输效率低。约有90％的光束被切割以便在照射场中获得高度均匀性。因此，研究人员目前正在考虑将高田提出的双环双散射系统升级。预期这将使运输效率提高约3倍，从而在剂量率方面反映出更大的动态范围。
    　　 介绍了致力于建立放射生物学质子束辐照设施的工作的最初结果。实验是在特伦托质子治疗中心的零度光束线上进行的。首先，进行了空气中质子束的表征。光束参数与在30°光束线处获得的参数一致。基于这些数据，提出了用于大场辐射的无源散射线的初步设计。通过将钽散射箔与准直系统结合使用，研究人员能够在6×6cm2获得高于90％的均匀度辐照区具有148MeV的初始质子束能量。从这些令人鼓舞的结果开始，目前正在考虑对光束线进行进一步的升级，其中包括使用脊形滤波器进行SOBP调制以及最终升级为双散射系统。光束线的几何形状将在Geant4蒙特卡洛代码中实现。同时，将对大辐照场进行广泛而准确的剂量学表征。然后将对束线进行放射生物学表征，这将允许向外部用户开放设施。
 
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