Secondary radiation measurements for particle therapy applications: nuclear fragmentation produced by $^4$He ion beams in a PMMA target
M. Marafini, R. Paramatti, D. Pinci, G. Battistoni, F. Collamati, E. De Lucia, R. Faccini, P. M. Frallicciardi, C. Mancini-Terracciano, I. Mattei, S. Muraro, L.… 展开作者
M. Marafini, R. Paramatti, D. Pinci, G. Battistoni, F. Collamati, E. De Lucia, R. Faccini, P. M. Frallicciardi, C. Mancini-Terracciano, I. Mattei, S. Muraro, L. Piersanti, M. Rovituso, A. Rucinski, A. Russomando, A. Sarti, A. Sciubba, E. Solfaroli Camillocci, M. Toppi, G. Traini, C. Voena, V. Patera
Nowadays there is a growing interest in Particle Therapy treatments exploiting light ion beams against tumors due to their enhanced Relative Biological Effectiveness and high space selectivity. In particular promising results are obtained by the use of $^4$He projectiles. Unlike the treatments performed using protons, the beam ions can undergo a fragmentation process when interacting with the atomic nuclei in the patient body. In this paper the results of measurements performed at the Heidelberg Ion-Beam Therapy center are reported. For the first time the absolute fluxes and the energy spectra of the fragments - protons, deuterons, and tritons - produced by $^4$He ion beams of 102, 125 and 145 MeV/u energies on a poly-methyl methacrylate target were evaluated at different angles. The obtained results are particularly relevant in view of the necessary optimization and review of the Treatment Planning Software being developed for clinical use of $^4$He beams in clinical routine and the relative benchmarking of Monte Carlo algorithm predictions.
Secondary radiation measurements for particle therapy applications: Charged secondaries produced by 4He and 12C ion beams in a PMMA target at large angle
Secondary radiation measurements for particle therapy applications: prompt photons produced by $^{4}$He, $^{12}$C and $^{16}$O ion beams in a PMMA target
Nuclear fragmentation reactions in extended media studied with Geant4 toolkit
从大量的实验中可以知道，在能量超过100 A MeV的核-核碰撞中，核多重碎裂是产生中等质量碎片的主要机制。在本文中，我们调查的有效性和性能的费米分裂模型和统计多重碎片模型的Geant 4工具包的一部分。本文研究了剧烈核衰变反应对轻、中质量核束在扩展介质中传播的深度-剂量分布和次级碎片产额的影响。离子束癌症治疗和宇宙辐射屏蔽的影响进行了讨论。
Nuclear Emulsion Film Detectors for Proton Radiography: Design and Test of the First Prototype
质子治疗目前正在成为癌症治疗中广泛应用的临床实践，并且复杂的治疗计划系统通常用于最好地利用带电粒子的弹道特性。关于射束质量和质子范围的信息是优化治疗的关键问题。为此目的，质子射线照相术可用于质子治疗中，以获得关于质子范围、关于用于治疗计划优化的组织的平均密度的直接信息，并且以对患者的可忽略剂量执行成像。我们提出了一种创新的方法，基于核乳胶膜探测器的质子射线照相术，在该技术中，通过测量的位置和质子通过病人的身体的剩余范围来获得图像。核乳胶膜与组织等效吸收体之间的相互作用可以有效地用于高精度的质子径迹重建。基于核乳胶的探测器的第一个原型已经构思，建造和测试与治疗质子束在PSI。在伯尔尼的LHEP进行了乳剂的扫描，在那里为OPERA的中微子振荡实验开发了全自动显微镜扫描技术。轨道重建后，第一个有希望的实验结果已通过成像一个简单的幻影由PMMA制成的一个步骤为1厘米。还对第二个体模进行了成像，该体模含有5个5 x 5 mm^2截面的铝棒，位于不同距离处，并嵌入PMMA结构中。目前正在进行进一步的研究，以提高分辨率，并对更复杂的幻影成像。
Prompt Gamma Timing in Carbon Therapy: First Experimental Results with the TIARA Detector
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Grenoble INP（格勒诺布尔国立理工学院）；LPSC-IN2P3 UMR 5821（格勒诺布尔粒子物理与核物理实验室）；Aix-Marseille Univ（艾克斯-马赛大学）；CPPM（马赛粒子物理中心）；Centre Antoine Lacassagne (CAL)（安托万·拉卡萨涅中心）；Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO)（国家肿瘤重离子治疗中心）
Prompt Gamma Timing for range verification with carbon ion irradiation: first experimental measurements and comparison with Geant4 Monte Carlo simulations
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）；Università degli Studi di Torino（都灵大学）；Universidade Estadual de Santa Cruz（圣克鲁斯州立大学）；Fondazione Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica（国家肿瘤重离子治疗中心基金会）
Bragg-Curve Simulation of Carbon-Ion Beams for Particle-therapy Applications: a study with the GEANT4 toolkit
我们使用GEANT4 Monte Carlo MC Toolkit模拟碳离子束入射到水、组织和骨骼上，同时考虑到核碎裂反应。在增加初级射束的能量时，布拉格峰的位置转移到体模内部更深的位置。对于不同的材料，峰值位于沿束方向的较浅的深度处，并且随着电子密度NZ的增加而变得尖锐。随后，产生的深度剂量的布拉格曲线，然后基准与德国GSI的实验数据。计算结果与GSI实验数据具有较好的相关性，精度在0.02~0.08cm之间，为在重离子治疗计划中采用MC奠定了基础。Kolmogorov-Smirnov K-S检验从统计学的角度进一步确定了模拟数据与实验测量数据非常匹配。将入口处的二维等剂量线与峰值位置周围和超出峰值的尾部区域中的等剂量线进行比较，表明由于二次剂量，与水和组织相比，骨产生更多剂量。在水中，结果表明，每个碎片沉积的最大能量主要归因于次级碳离子，其次是次级硼和铍。此外，产生的质子数是最高的，从而对尾区的总剂量沉积做出最大贡献。最后分析了中子和光子的关联谱。平均中子能量值为16.29 MeV，次级γ射线为1.03 MeV。然而，中子剂量被认为是可以忽略不计的总剂量相比，由于其较长的范围。
