admin 百科大全 2023-02-03 18:12:10

用于FLASH的笔形束扫描质子治疗系统调试（下）：FLASH单点照射、笔形束扫描及探讨

2021年瑞士保罗谢尔研究所(PSI)的研究人员将Gantry 1进行改造，搭建一个用于FLASH效果研究的多功能平台。改造后的Gantry 1能够提供各种剂量率，并允许以超高剂量率单点照射及笔形束扫描生物样本和潜在的患者。原文发表于Medical Physics杂志上。在前一篇文章《用于FLASH的笔形束扫描质子治疗系统调试（上）：FLASH束流传输、剂量监测及不同剂量率传输》中，小编给大家介绍了FLASH的部分内容，这篇文章中将给大家介绍单点照射、笔形束扫描，以及结果讨论部分。联系质子中国小编(微信号：ProtonCN)可获取全文。

单点照射

单点照射用于均匀地向小目标(如细胞系)输送剂量。为了获得深度方向上的均匀性，研究人员采用束流中心轴上剂量率的平坦部分，在这几厘米的深度上剂量、束斑大小以及剂量率基本是恒定的。对于横向均匀性，研究人员将射野大小定义为给定高斯束流的95%等剂量面。瞬时剂量率可通过调节束流流强和束斑大小来实现。前者可通过回旋加速器内部的垂直偏转器实现，后者可通过插入不同数量的射程移位器来改变束斑大小。此外，为了表征束流的特性并估计相应的剂量率，研究人员采用CCD闪烁探测器测量射束的尺寸，用大敏感面积平行板电离室测量了射束在水中的深度剂量曲线，并用法拉第杯测量传输质子的质子束，结合控制系统测量的传输时间计算出剂量率。

笔形束扫描

在横向U方向的扫描中，研究人员评估了250 MeV能量下扫描磁铁(sweeper)的性能，并定义了一种新的扫描磁铁校准，用于获得等间距的扫描点。此外，研究人员还探索了T方向快速扫描的可能性，通过利用转向磁铁实现T方向光斑扫描间隔在100 ms量级，这远快于治疗床的运动速度。

结果
优化的FALSH束流传输

研究人员进行了两种不同的FLASH束流调节，图3展示了其中主要的一种FLASH优化调节。研究人员将实际测量的束流包络与TRANSPORT模拟的结果进行了对比。空气中测量到的束流发散在U方向和T方向分别为(0.5±0.3) mrad和(2.0±0.3) mrad。在距离喷嘴41 cm，等中心后5 cm处的束斑形状近乎圆形，其1σ的束斑大小为(3.5±0.1) mm。

图3.对应于主要的FLASH束流调节的束流。负值对应U方向的束斑尺寸，正值对应T方向的束斑尺寸；实线：TRANSPORT模拟结果；红点：束流轮廓测量结果

在回旋加速器束流超过500 nA时，机架耦合点的传输效率为(86±1)%。此外，研究人员观察到束流流强对束流初始相空间和束流传输效率的影响并不大。最小的束流传输效率是在回旋加速器运行流强为1 nA及以下时出现，但也达到了(82±1)%。

单光斑传输照射

射程移位器可以实现从19.6 g/cm2到37.9 g/cm2深度方向上的点扫描。测量的射程分别对应250 MeV和170 MeV能量。前者是通过不加射程移位器实现，后者则是通过插入全部40块射程移位器实现的。在最小化束斑畸变的前提下，横向扫描的最大范围在U方向和T方向分别为8~24 cm和0.5~1.7 cm。

讨论

研究人员优化了250 MeV束流的传输，使得传输效率可以达到86%，并且等中心处的束流照射流强可以超过680 nA。研究人员表示束流损失主要发生在治疗室的上游，在机架上基本没有损失，因此满足了设施的辐射防护要求。另外，研究人员表示通过对法拉第杯进行每天的校准，可以确保剂量能够被精确的传输。基于射程移位器和束斑尺寸之间的关系，无需复杂的单散射或双散射系统即可实现自适应的束斑尺寸。研究人员也已经测试了不同组合的射程移位器数量和距机架喷嘴的距离下束斑的尺寸，这使得该装置可以灵活地适应外部用户的要求。

此外，需要注意的是，在比较不同束流参数得到的各种结论时，有几个方面需要特别注意：其中最重要的一点是平均剂量率与瞬时剂量率之间的差异。根据机器类型和剂量传输技术的不同，两种剂量率可能有很大不同。另一方面，在不同的动物和细胞模型中进行的研究表明在高平均剂量率下，FLASH效应会展现出来。然而，在不同的研究中观察到的剂量率阈值并不完全一致，这促使一些作者提出，不仅仅瞬时剂量率扮演了一个重要角色，总照射时间以及(宏观)脉冲内的最小剂量也同样是重要的影响因素。(质子中国编辑报道)

参考文献：Konrad P. Nesteruk, Anthony J. Lomax, Damien C. Weber, et.al. Commissioning of a clinical pencil beam scanning proton therapy unit for ultra-high dose rates (FLASH) [J]. Medical Physics, 2021.

PT ONLINE文章链接(滑动查看全部文章链接)