基于像素传感器的新型图像设备可提高重离子治疗的准确度

发表在Nuclear Science and Techniques杂志上的研究展示了基于像素传感器的重离子CT(Hi'CT)系统。通过直接测量重离子的相对阻止本领(RSP)，基于像素传感器的多层结构Hi'CT降低了射程不确定性的风险，而射程不确定性是重离子治疗中剂量不精确的主要原因。

为了满足重离子治疗的临床需求，本研究提出了Hi'CT系统的技术设计，直接精确估计重离子射程，实现精确的图像引导以保护靶区周围的健康组织。Hi'CT是一种使用单片有源像素传感器的紧凑分段全数字断层扫描探测器。Hi'CT不使用传统的X射线、CT，不依赖HU值转换，而是直接使用重建的临床重离子轨迹进行成像，从而能够准确估计RSP。

此外，研究针对不同的临床目的提出了多种成像算法，Hi'CT系统采用相同的治疗束流进行成像，可在治疗时提供实时图像引导。

Hi'CT凭借增强的高精度成像能力和全数字化设计，可以集成到紧凑型治疗室中，确保高效的临床预扫描和定位验证。这种方法降低了安全边际，显著提高了治疗准确性，并最终提高了患者的生活质量。

Hi'CT系统采用全数字架构，长度约为10 cm，有助于无缝集成到空间受限的重离子治疗设备中。Hi'CT的核心是数字分段多层探测器，包括上游和下游探测器、补偿器块和采样层，该设计可准确测量布拉格峰附近的重离子射程端点，具有出色的检测效率。设计紧凑，具有更广泛的适应性，易于集成，可提高治疗质量。

测试模型位于图像空间中，探测器的概念组装方法如图。束流垂直于上游探测器入射到系统上，穿过模型，最终停在数字探测器的采样层中。通过对体模的各个角度进行水平笔形束扫描，获得构建Hi'CT图像所需的所有基本信息，并进一步处理以生成最终图像。

探测器的概念设计图

Hi'CT系统配备快速成像算法，无需跟踪过程，无需漫长的预扫描等待时间。快速采集重离子CT图像有助于快速验证患者定位。Hi'CT系统旨在实现重离子治疗过程中的实时图像引导。预计未来成像时间可缩短至3 min以内，大幅减少因器官运动和呼吸运动引起的脱靶现象。