自由结构PET在束监测碳离子治疗剂量成像过程研究

In-beam PET 成像为碳离子、质子等粒子放射治疗提供了一种非侵入式的实时剂量监测方法。本文设计自由结构的in-beam PET模型,包括环形、C型、双平板型和直角型PET,并在蒙特卡罗模拟平台GATE上仿真碳离子打靶的in-beam PET成像过程。该PET包含32个探测模块,通过自由组合的方式形成探测视野相近、适用于人体或小动物体不同部位的碳离子治疗剂量成像。每个探测模块由20×20的硅酸钇镥晶体阵列耦合硅光电倍增管构成。单个晶体大小为1.5 mm×1.5 mm×10 mm,像素为1.6 mm。在蒙特卡罗模拟平台GATE中仿真230 MeV/u的碳离子笔形束轰击聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）靶体和在束PET成像过程,得到正电子核素分布后通过MLEM算法得到PET断层图像。结果显示,图像峰位的变化反映了正电子活度峰位的移动,表明自由结构PET可用于在束监测碳离子治疗剂量分布。使用八探头平板型在束PET成像实验和仿真进行对比,其图像一维谱峰值均为27 mm,验证了自由结构PET模型用于在束监测碳离子治疗剂量成像可行。