Новый подход к обеспечению качества сканирования тонким пучком при протонной терапии для конкретного пациента с использованием интегрированной детекторной системы и трёхмерной реконструкции дозы

Цель: Современные методы обеспечения качества протонной лучевой терапии для конкретного пациента (PSQA) основаны на трудоёмких измерениях с фантомами или параметрах, предоставляемых аппаратом, без независимой верификации. В данной работе представлена интегрированная детекторная система для проведения PSQA при сканировании тонким пучком (PBS) без фантома, обеспечивающая независимые поточечные измерения всех критически важных параметров пучка и трёхмерную реконструкцию дозы. Методы: Интегрированный детектор объединяет три отдельные системы: сцинтилляционный телескоп пробега для измерения пробега и энергии; пиксельный КМОП-сенсор для проверки положения и размера пятна; и трансмиссионный калориметр (TC) для измерения интенсивности пучка. Измеренные параметры использовались в моделировании методом Монте-Карло для реконструкции трёхмерных распределений дозы и их сравнения с прогнозами системы планирования лечения. Валидация проводилась в UCLH с использованием конфигураций поля с одиночным пятном, расширенным пиком Брэгга (SOBP) и коробчатого поля размером 5×5×10 пятен. Результаты: Значения энергии, полученные по измерениям пробега, демонстрировали сильную корреляцию со значениями DICOM (R² > 0.998), а точность для различных режимов облучения составляла от 2.17 до 1.23 мм. Измерения пиксельного КМОП-сенсора были успешными для полей с одиночным пятном, однако при более высоких интенсивностях наблюдалось насыщение, а для поля большего коробчатого размера — неполное покрытие. TC продемонстрировал отличную линейность по дозе (R² = 1.000). Реконструкции методом Монте-Карло хорошо согласовывались с эталонными симуляциями для продольных профилей, хотя реконструкция поперечных профилей оказалась сложной: для коробчатого поля показатель прохождения гамма-критерия (2%/2 мм) составил 77%. Обсуждение: Это доказательство концепции демонстрирует принципиальную осуществимость независимой верификации параметров пучка для PBS PSQA при сохранении геометрии пациента. Предлагаемый подход имеет преимущества по сравнению с существующими методами, однако до клинического внедрения необходимо устранить смещения калибровки энергии и ограничения детекторов. В дальнейшей работе будут решаться эти задачи и расширяться валидация на клинические планы лечения.