A primer on treatment planning aspects for temporally modulated pulsed radiation therapy
Montefiore Medical Center（蒙特菲奥医疗中心）；Albert Einstein College of Medicine（阿尔伯特·爱因斯坦医学院）；University of Wisconsin（威斯康星大学）；Washington University（华盛顿大学）
本文介绍了时间调制脉冲放射治疗的治疗计划方法，强调了VMAT在优化剂量均匀性和适应性方面的优势，以及3D-CRT在提高治疗可及性方面的贡献。
2026-01-11 physics.med-ph
Automatic phase space generation for Monte Carlo calculations of Intensity Modulated Particle Therapy
蒙特卡罗（MC）被认为是粒子治疗中最精确的剂量计算工具。然而，束粒子运动学的正确描述是真实仿真的必要输入。这样的描述可以存储在用于不同射束能量的相空间（PS）文件中。PS文件包含运动信息，例如穿过垂直于射束方向的平面的粒子的能量、位置和行进方向。PS文件的准确性在MC方法剂量计算的性能中起着关键作用。PS文件可以用一组参数生成，这些参数解析地描述了梁运动学。然而，确定这样的参数可能是繁琐且耗时的。因此，我们开发了一种算法来自动有效地获得这些参数。在本文中，我们提出了这样一个算法，并比较使用PS自动生成的上海质子和重离子中心（SPHIC）的剂量计算与测量。用于将计算的深度剂量分布（DDD）与测量值进行比较的伽马指数高于96.0%，标准为0.6%/0.6 mm。对于每个单一能量，在5个不同深度处计算的横向光斑大小与测量值之间的平均差异百分比低于3.5%。
2019-10-29 physics.med-ph
Effect of the Collimator Angle on Dosimetric Verification of the Volumetric Modulated Arc Therapy
由于多叶准直器（MLC）叶片之间的辐射泄漏，在规划体积调制式弧形治疗（VMAT）时，通常需要旋转准直器角度。我们研究了准直器角度对头颈部患者VMAT计划剂量学验证结果的影响。我们研究了10名头颈部患者的VMAT计划。我们为每位患者制定了2套VMAT计划。每组由10个计划组成，准直器角度为0、5、10、15、20、25、30、35、40、45度。第一组中的计划单独优化，第二组中的计划共享30度准直器角度优化。使用2维离子室阵列MatriXX（IBA Dosimetry，Germany）验证了两组计划。通过$γ$指数分析比较计算值和测量值。$γ$指数（2%/2 mm）和（3%/3 mm）的通过率与准直器角度呈负相关。每例患者不同准直器角度的$γ$指数（3%/3 mm）通过率之间的最大差异范围为1.46%~ 5.60%，平均为3.67%。不同准直器角度的通过率有显著性差异（最大为5.6%）。结果表明，准直器角度的大小决定了剂量的准确性。在VMAT计划中选择准直器角度时，这些发现可提供信息。
2015-03-12 physics.med-ph
Deep learning for accelerating Monte Carlo radiation transport simulation in intensity-modulated radiation therapy
癌症是世界范围内发病率和死亡率的主要原因。放射治疗在肿瘤治疗中发挥着越来越重要的作用。在放射治疗中，为了达到杀死肿瘤和保护健康组织的目的，需要计算和评价患者体内的剂量分布图。蒙特卡罗（MC）辐射输运计算能够考虑三维非均匀介质（如人体）中辐射物理的各个方面，并准确地生成剂量分布图。然而，放射治疗剂量的MC计算通常需要花费大量的时间来达到可接受的统计不确定度，这阻碍了MC方法的更广泛的临床应用。在这里，我们引入了一个卷积神经网络（CNN），称为蒙特卡罗去噪网络（MCDNet），以实现加速放射治疗中的MC剂量计算，它被训练成直接从低光子（噪声多）剂量图预测高光子（无噪声）剂量图。30例直肠癌术后接受调强放射治疗（IMRT）的患者入选本研究。3D伽马指数通过率（GIPR）用于评价预测剂量图的性能。实验结果表明，MCDNet可以提高1x107光子的剂量图的GIPR超过1x108光子，产生超过10倍的加速在MC模拟IMRT中使用的光子数。这是一个很大的潜力，以研究这种方法对其他肿瘤部位和治疗方式的性能。
2019-10-17 physics.med-ph
Deep Reinforcement Learning for Beam Angle Optimization of Intensity-Modulated Radiation Therapy
目的：调强放射治疗（IMRT）射束角度优化（BAO）是一个具有挑战性的组合优化问题，是NP难的。在这项研究中，我们的目标是开发一个个性化的BAO算法调强放射治疗，提高最终治疗的质量。方法：为了提高IMRT治疗计划的质量，我们提出了一种基于深度强化学习（DRL）的IMRT BAO方法。我们认为任务作为一个顺序决策问题，并制定它作为一个马尔可夫决策过程。为了便于训练过程，设计了3D-Unet来预测不同数量的射束角度（范围从1到9）的剂量分布，以模拟IMRT环境。通过利用仿真模型，双深Q网络（DDQN）和邻近策略优化（PPO）被用来训练代理选择个性化的波束角度在几秒钟内顺序。结果：由DRL选择射束角度的治疗计划优于临床使用的均匀分布射束角度的治疗计划。对于DDQN，对于5、7和9个光束角度，CI的总体平均改善分别为0.027、0.032和0.03。对于PPO，对于5、7和9个光束角度，CI的总体平均改善分别为0.045、0.051和0.025。结论：所提出的基于DRL的射束角度选择策略可以在几秒钟内生成个性化的射束角度，并且所得到的治疗计划优于使用均匀分布的角度获得的治疗计划。意义：提出了一种快速、自动化的IMRT BAO个性化射束角度选择方法。
2023-03-07 physics.med-ph
Ultra-fast treatment plan optimization for volumetric modulated arc therapy (VMAT)
目的：研究一种新的基于孔径的VMAT治疗计划优化算法，实现高质量、高效率的VMAT治疗计划优化。方法：将VMAT优化问题转化为一个大规模的凸规划问题，采用列生成方法求解。我们考虑一个成本函数，包括两个方面，第一个强制执行所需的剂量分布，而第二个保证连续的机架角度之间的平滑剂量率变化。在列生成方法的每次迭代中，首先求解子问题以生成多个可交付MLC孔径，这可能最有效地降低成本函数。随后的主问题，然后解决，以确定在所有当前生成的孔径的剂量率通过最小化的成本函数。这种算法的迭代在所有机架角度处产生一组可递送孔径以及剂量率。结果如下：该算法在5个前列腺和5个头颈部临床病例上进行了初步测试，每个病例都有一个完整的机架旋转，没有任何治疗床/准直器旋转。与相应的共面IMRT治疗计划（前列腺病例9个射野，头颈部病例5个射野）相比，VMAT计划向关键结构输送的剂量要低得多，向靶区输送的剂量更适形。此外，在我们的算法中已经实现了极高的效率。在CPU上仅需5~8分钟（Intel Xeon 2.27 GHz CPU上的MATLAB代码），在GPU上仅需18~31秒（NVIDIA Tesla C1060 GPU卡上的CUDA代码）即可生成此类计划。结论：我们开发了一种基于孔径的VMAT优化算法，该算法可以以非常高的效率生成临床可交付的高质量治疗计划。
2010-05-24 physics.med-ph
Dose Verification of Volumetric Modulated Arc Therapy using One and Two Dimensional Dosimeters
目的：验证头颈部肿瘤体积调制式弧形治疗（VMAT）的剂量输送和质量保证。方法：使用计算机断层成像扫描对带有热发光剂量计（TLD）和胶片的成像和放射肿瘤学中心休斯顿（IROC-H）头颈部体模进行成像，并将重建图像传输至pinnacle治疗计划系统（TPS）。在TPS上手动勾画计划靶体积（PTV）、次级靶体积（STV）和危及器官（OAR），制定治疗计划。根据IROC-H处方确定相关器官的剂量限制。采用自适应卷积算法优化治疗计划，提高剂量均匀性和符合性。使用C. C卷积算法进行剂量计算，并使用Varian True Beam直线加速器将治疗计划输送至头颈部体模。通过TLD和GafChromic EBT 2胶片测量体模的辐射剂量。通过分析TPS计算剂量和直线加速器输送剂量的百分比剂量差、等剂量线轮廓和伽马分析，研究了VMAT输送的剂量学性能。测试结果：在TLD的计划剂量和测量剂量之间观察到3.8%的剂量差异百分比，并且通过比较等剂量线轮廓观察到1.5mm的一致距离（DTA）。通过伽马标准3%/3 mm的百分比为良好。结论：VMAT递送用于具有挑战性的头部和颈部放射治疗的剂量测定性能可以使用嵌入在拟人H\&N体模中的TLD和胶片来验证。
2018-05-17 physics.med-ph
Statistical quality control for volumetric modulated arc therapy (VMAT) delivery using machine log data
本研究的目的是使用机器日志数据建立用于监测体积调制弧治疗（VMAT）输送误差的统计质量控制。Eclipse和Clinac iX直线加速器与RapidArc系统（Varian Medical Systems，Palo Alto，USA）用于交付VMAT计划。在输送RapidArc射野期间，机器确定输送的电机单位（MU）和机架角度位置精度，并在完成RapidArc输送后在控制台监视器上显示MU（sigma_MU;剂量测定误差）和机架角度（sigma_GA;几何误差）的标准偏差。在本研究中，首先分析日志数据以确认其有效性和可用性;然后，应用统计过程控制（SPC）及时监测所有RapidArc射野的sigma_MU和sigma_GA：99名患者共195个弧射野。所有射野的sigma_MU和sigma_GA测定两次，即首先在患者特定计划QA期间测定，然后在首次治疗期间再次测定。无论治疗部位如何，sigma_MU和sigma_GA时间序列都非常稳定;然而，sigma_GA强烈依赖于机架旋转速度。立体定向体部放射治疗（SBRT）的RapidArc输送的sigma_GA小于典型VMAT。因此，SPC分别适用于SBRT病例和一般病例。此外，机架旋转的电位计的精度是重要的，因为sigma_GA可以由于其条件而显著改变。通过将SPC应用于sigma_MU和sigma_GA，可以有效地监控交货错误。然而，S…
2015-03-13 physics.med-ph
On tradeoffs between treatment time and plan quality of volumetric-modulated arc therapy with sliding-window delivery
本研究的目的是给出一个精确的公式优化的容积调制弧治疗（VMAT）与滑动窗口交付，并调查计划质量的影响，减少滑动窗口扫描的数量上的360度弧更快的VMAT治疗。根据确切的配方，我们解释了以前在文献中提出的算法作为一种启发式方法来解决这个优化问题。通过首先进行推广，我们建议修改此算法，以更好地处理计划与较少的扫描。在涉及一个前列腺和一个肺部病例的数值研究中，生成了具有不同治疗时间和扫描次数的计划。据观察，随着治疗时间限制变得更严格，更少的扫描可能导致更好的计划质量。的原始和修改后的版本的算法的性能进行评估并行。应用修改后的版本的结果在更好的目标函数值和更少的剂量之间的差异优化和准确的剂量，和优势是明显的扫描次数减少。
2018-10-19 math.OC physics.med-ph
Monte-Carlo-based 4D robust optimization using physical and temporal uncertainties for intensity-modulated proton therapy
目的：呼吸运动和相互作用效应导致点扫描质子治疗输送给患者的剂量与优化期间计划的剂量不同。开发了一种新的4D鲁棒优化方法，该方法将患者呼吸和相互作用效应以及它们的不确定性纳入优化过程中。研究方法：4D鲁棒优化器使用4DCT图像集来获得关于患者呼吸的信息，并包括射束输送模拟以合并相互作用效应。使用蒙特卡罗模拟计算所有呼吸相位上来自潜在点的剂量，使用可变形图像配准将其变形为参考相位，然后添加加权和。不同阶段的权重基于波束传输模拟。通过将范围和设置不确定性视为物理不确定性场景，将患者呼吸和治疗输送的不确定性视为时间不确定性场景，将稳健性添加到优化中……结果如下：4D稳健优化计划显示出改善的靶区覆盖率，平均剂量增加到靶区体积的98%，平均剂量增加4.9%，均匀性改善，均匀性指数平均降低6.0%，稳健性改善，所有不确定性场景中的覆盖率和均匀性范围平均分别降低35.0%和52.5%。结论：一个4D鲁棒优化器的开发，其中包括相互作用的影响，并不依赖于呼吸和交付的同步。
2019-07-30 physics.med-ph
Nonlinear 3-D simulation of high-intensity focused ultrasound therapy in the kidney
肾癌是一种严重的疾病，可以使用高强度聚焦超声（HIFU）治疗进行非侵入性治疗。然而，换能器前方的组织和肾脏的深部位置可能导致治疗效率的显著损失。利用非线性超声仿真模型研究了不同组织类型对HIFU治疗肾脏的衰减、折射和反射的影响。该组织的几何形状源自患者的计算机断层成像（CT）数据集，该数据集已经针对水、骨、软组织、脂肪和肾进行了分割。发现不均匀衰减和声速的组合效应导致肾脏中的空间峰时平均（SPTA）强度与纯水相比下降11.0 dB。没有折射效应的模拟显示出6.3 dB的降低，表明衰减和折射都对焦点强度的损失有贡献。由于软组织界面处的反射引起的损耗小于0.1 dB。由于折射效应引起的焦点移位分别导致在x、y和z方向上的-1.3、2.6和1.3 mm位移。此外，观察到焦点分裂成几个较小的子体积。次级焦点的总体积约为最大初级焦点的46%。这可能会导致目标位置以外的非预期加热和更长的治疗时间。
2016-08-31 physics.med-ph
Intensity modulated proton arc therapy via geometry-based energy selection for ependymoma
我们开发了一种创建调强质子弧治疗（IMPAT）计划的新方法，该计划有效地利用了计算资源，并可为室管膜瘤或类似肿瘤几何形状的患者提供剂量学益处。我们的IMPAT规划方法包括一个基于几何的能量选择步骤与主要的扫描光斑贡献作为输入计算使用射线跟踪和单高斯近似的横向光斑轮廓。基于扫描点和剂量体素的几何关系，我们的能量选择模块在每个机架角度处选择最小能量层集合，使得每个目标体素被规划者指定的足够的扫描点覆盖，并且剂量贡献高于指定阈值。最后，通过使用商业质子治疗计划系统稳健地优化所选能量层的扫描点来生成IMPAT计划。IMPAT计划的质量进行了评估4室管膜瘤患者。参考三场IMPT计划创建类似的规划目标函数，并与IMPAT计划进行比较。在所有计划中，处方剂量覆盖95%的临床靶体积（CTV），同时保持脑干的最大剂量相似。虽然IMPAT和IMPT实现了类似的计划稳健性，IMPAT计划比IMPT计划实现了更好的同质性和一致性。IMPAT计划也表现出更高的相对生物学有效性（RBE）的增强比相应的参考IMPT计划的CTV在所有四名患者和脑干中的三个。所提出的方法证明了作为IMPAT计划的有效技术的潜力，并且可以为室管膜瘤或靠近关键器官的肿瘤患者提供剂量学益处。使用这种方法创建的IMPAT计划具有与增加的线性能量转移相关的RBE增强。
2022-11-24 physics.med-ph
Comprehensive feature selection for classifying the treatment outcome of high-intensity ultrasound therapy in uterine fibroids
本研究旨在利用多种特征选择方法，从临床患者数据中选择最重要的参数，用于子宫肌瘤的高强度聚焦超声（HIFU）治疗结局分类。该研究是回顾性的，使用了89例子宫肌瘤的66次HIFU治疗的患者数据。从患者数据中提取了总共39个特征，并使用14种不同的基于过滤器的特征选择方法来选择信息量最大的特征。选择的功能，然后使用支持向量分类（SVC）模型，以评估这些参数在预测HIFU治疗结果的性能。治疗结果被定义为非灌注体积（NPV）比率的三个等级：<30%、30-80%或> 80%。前10位的特征依次为：肌瘤直径、皮下脂肪厚度、肌瘤体积、肌瘤距离、Funaki I型、眼底位置、妊娠、Funaki III型、粘膜下肌瘤类型和泌尿系统症状。最大的F1-微分类得分为0.63，使用前十名的功能，从互信息最大化（MIM）和联合互信息（JMI）的功能选择方法。子宫肌瘤HIFU治疗结果预测的分类性能高度依赖于所选择的特征集，这些特征集应使用不同的分类器事先确定。
2019-09-29 physics.med-ph
A dosimetric and robustness analysis of Proton Arc Therapy (PAT) with Early Energy Layer and Spot Assignment (ELSA) for lung cancer versus conventional Intensity modulated therapy (IMPT)
本研究比较了ELSA-PAT与IMPT在肺癌治疗中的剂量学与鲁棒性，发现两者靶区覆盖相当，PAT适形度更好但心脏毒性增加且对相互作用效应鲁棒性较低。
2024-09-25 physics.med-ph
Direct leaf trajectory optimization for volumetric modulated arc therapy planning with sliding window delivery
我们提出了一种新的优化模型的体积调制弧治疗（VMAT）规划，直接优化可交付的叶轨迹的治疗计划优化问题，并消除了需要一个单独的弧排序步骤。在这个模型中，一个360度的弧被分成给定数量的弧段，叶片在这些弧段中单向移动。这有助于确定每个弧段的最佳分段线性叶轨迹的算法，其在给定的治疗时间内可递送。多叶准直器（MLC）的约束，包括最大叶速度和交错，明确占。该算法经过定制，允许使用恒定机架速度和剂量率进行VMAT输送，但是，如果有益，该算法可推广到可变机架速度。我们展示了三个不同的肿瘤部位的方法：头颈部的情况下，前列腺的情况下，和脊柱旁的情况下。为此目的，我们首先获得一个参考计划的调强放疗（IMRT）使用注量图优化和20个等距束方向。随后，通过将360度弧划分为20个对应的弧段来优化VMAT计划。假设典型的机器参数（剂量率为600 MU/min，最大叶片速度为3 cm/sec），证明了优化的VMAT计划的质量接近IMRT基准计划的质量，输送时间为3至4分钟。
2013-06-17 math.OC physics.med-ph
Impact of limited temporal resolution on 4D Monte Carlo dose calculation for intensity modulated proton therapy
本研究提出基于配准插值提高4DCT时间分辨率的方法，以解决调强质子治疗中4D剂量计算的有限时间分辨率问题，并在肺癌患者中验证其能有效提高剂量计算精度。
2023-10-12 physics.med-ph
Sparsity constrained split feasibility for dose-volume constraints in inverse planning of intensity-modulated photon or proton therapy
提出了一种在计划算法中包含剂量体积约束的调强放射治疗（IMRT）治疗计划逆问题的分裂可行性公式。它涉及一种新类型的稀疏性约束，使得在模型问题中包含一个违反约束，并通过连续（而不是整数）方法对其进行处理。我们提出了一个迭代算法框架来解决这样的问题，通过应用可行性寻求CQ算法的伯恩结合自动松弛法（ARM），使用循环投影。提供了详细的实施说明。通过为简单的2D C形几何形状和现实的颅底脉络膜治疗部位创建强度调制质子治疗计划，证明了该算法的功能。对不同能量的质子笔形束进行了蒙特卡罗模拟，以获得2D测试情况下的剂量分布。Pinnacle 3质子治疗计划系统的研究版本用于提取临床颅底脉络膜病例的笔形射束剂量。在这两种情况下，根据我们的新算法计算细束剂量以满足剂量体积约束。使用我们的算法进行逆向计划后的剂量-体积直方图检查表明其按预期执行。我们提出的算法的应用剂量-体积约束的逆规划成功地证明。与Pinnacle 3治疗计划系统研究发布的优化剂量分布进行比较，结果表明该算法可以获得等效或更优的结果。
2017-02-25 math.OC physics.med-ph
Assessment of different head tilt angles in volumetric modulated arc therapy for hippocampus-avoidance whole-brain radiotherapy
本研究评估了VMAT海马回避全脑放疗中不同头部倾斜角度对剂量分布的影响，发现[40,45]度倾斜角度能改善靶区均匀性并降低危及器官剂量。
2024-05-31 physics.med-ph
Beam Orientation Optimization for Intensity Modulated Radiation Therapy using Adaptive l1 Minimization
射束方向优化（BOO）是调强放射治疗计划过程中的一个关键组成部分。它决定了在后续的计划优化过程中能够达到何种程度的良好治疗计划质量。在本文中，我们开发了一个BOO算法通过自适应l_1最小化。具体来说，我们引入了一个稀疏能量函数项到我们的模型，其中包含加权因子为每个波束角自适应调整过程中的优化。这样的能量项有利于少量的射束角度。通过优化包含剂量项和稀疏项的总能量函数，我们能够识别不重要的射束角度，并逐渐去除它们，而不会在很大程度上牺牲剂量目标。在一个典型的前列腺的情况下，我们的算法的收敛性，以及如何选择的波束角度在优化过程中，被证明。然后基于优化的射束角度执行注量图优化（FMO）。由此产生的计划质量，并发现是优于从未优化（等角）光束方向。我们已经进一步系统地验证了我们的算法的上下文中的5-9个共面波束的5个前列腺病例和1个头颈部病例。对于每种情况，最终的FMO目标函数值用于比较优化的波束方向和等角波束方向。结果表明，我们的BOO算法可以导致波束配置，达到更低的FMO目标函数值比相应的等角的情况下，表明我们的BOO算法的有效性。
2011-01-16 physics.med-ph
Effect of Electrode Array Position on Electric Field Intensity in Glioblastoma Patients Undergoing Electric Field Therapy
本研究通过优化电极阵列角度，提高了胶质母细胞瘤患者电场治疗的电场强度与覆盖范围，平均改善最小强度8.96%、覆盖指数17.84%。
2025-04-24 physics.med-ph
High-intensity focused ultrasound therapy in the uterine fibroid: a clinical case study of poor heating efficacy
摘要本研究以高强度聚焦超音波治疗子宫肌瘤为例。在治疗过程中，观察到加热效果较差，这可能归因于几个因素，例如局部灌注率、患者特定解剖结构或超声场声学参数的变化。为了确定发热减少的原因，使用治疗的磁共振成像（MRI）数据进行灌注分析和超声模拟。灌注分析显示，与周围子宫肌层（233.8 ± 16.2 mL/100 g/min）相比，肌瘤（301.0 ± 25.6 mL/100 g/min）的局部灌注率较高。当倾斜换能器时，超声模拟没有显示出焦点形状或声压（2.07 ± 0.06 MPa）的大的差异。然而，观察到焦点轴向位置的微小偏移（-2.2 +-1.3 mm）。加热减少的主要原因可能是由于肌瘤位置较深而导致的局部高灌注和超声衰减。
2019-10-27 physics.med-ph
Two Effective Heuristics for Beam Angle Optimization in Radiation Therapy
在放射治疗中，数学方法已被用于优化治疗计划，以向癌细胞递送足够的剂量，同时保持对关键周围结构的剂量最小。该优化问题可以使用混合整数规划（MIP）来建模，其解决方案给出最佳射束取向以及最佳射束强度。然而，挑战在于这种大规模MIP的计算时间。我们提出并研究了两种新的启发式方法，以大大减少计算时间，同时获得高质量的解决方案。我们引入了一个家庭的启发式切割的基础上的概念，“相邻的光束”和一个光束消除计划的基础上，每个光束的贡献，以提供剂量的肿瘤在理想的计划中，所有潜在的光束可以同时使用。我们展示了这些方法在调强放射治疗（IMRT）和立体定向体部放射治疗（SBRT）的临床肝脏病例中的有效性。
2013-05-21 physics.med-ph
A volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) combined with deep inspiration breath hold (DIBH) technique for adjuvant irradiation for left sided breast cancer
背景资料：深吸气屏气技术（DIBH）被广泛用于左侧乳腺放疗（RT），以减少心脏剂量和心脏毒性风险。容积弧形治疗（VMAT）技术增加了计划靶体积（PTV）的剂量符合性。我们在此描述了在没有专用设备的情况下结合VMAT和DIBH的程序，并报告了与我们实施的技术相关的剂量测定研究。方法：DIBH技术是基于患者的自主屏气，由纹身标记上的激光控制。根据患者屏气25 s的能力选择患者，并优化VMAT计划，安排4个弧线，每个弧线的最大输送时间为20 s。对30例采用该技术治疗的患者进行了回顾性剂量学研究：10例接受局部（全乳房）RT（L-RT）与同步积分加强（SIB），10例局部（LR）RT的胸壁，10例LR RT的全乳房与SIB。对于这些患者，将他们的DIBH-VMAT治疗计划与自由呼吸（FB）VMAT计划进行比较，并评价PTV和危及器官（OAR）的剂量特征。结果：DIBH和FB计划的PTV覆盖率相同。对于局部RT，平均心脏剂量从FB的2.8 +/-0.9Gy降至DIBH的1.8 +/-0.6Gy，对于LR-RT，平均心脏剂量从FB的3.4 +/-1.3Gy降至DIBH的2.2 +/-0.5Gy。对于LR-RT，同侧平均肺剂量降低了12%，但与FB治疗相比，使用DIBH-VMAT的L-RT保持不变。DIBH或FB VMAT技术对侧器官的平均剂量无显著差异。结论：VMAT-DIBH技术在没有专用…
2019-03-13 physics.med-ph
Dynamic Modulated Arc Therapy (DMAT): A Time Aware, Modulation Steered Optimization Framework for Next Generation Radiotherapy Delivery
Varian Medical Systems Inc., a Siemens Healthineers company（瓦里安医疗系统公司，西门子健康技术旗下公司）
DMAT通过联合优化剂量质量、交付时间和调制复杂度，实现意图驱动的放疗交付。该方法结合机器仿真和动态调制控制，通过用户设定的调制水平优化叶轮运动、MU行为和CP密度，提升治疗计划的质量和效率。
2026-09-03 physics.med-ph
Protection Strategy of Sensitive Body Organs in Radiation Therapy
本文探讨了调强放射治疗中敏感人体解剖结构对癌性运动肿瘤的防护策略。在统计物理学和动力学系统中开发的优化技术的启发下，我们部署了一种基于变分原理的方法，并制定了一个有效的遗传算法，使我们能够搜索全局最小值在一个复杂的景观辐射剂量传递到辐射敏感器官的风险。我们利用放射治疗期间身体解剖结构的内部运动来减少对敏感器官的辐射的无意递送。我们表明，精确优化的控制参数，相比传统的调强放射治疗和广泛使用的基于静态解剖假设的交付，导致显着减少的剂量交付到有风险的器官。
2009-07-28 physics.med-ph
Explicit optimization of plan quality measures in intensity-modulated radiation therapy treatment planning
本研究针对调强放射治疗中传统规划目标对DVH曲线各点控制有限的问题，提出基于平均尾部剂量的显式凸优化目标，结合适配的标准优化方法降低计算成本，实验表明该方法能更优且高效地平衡DVH统计量。
2017-01-25 math.OC physics.med-ph
Reducing the set of considered scenarios in robust optimization of intensity-modulated proton therapy
针对IMPT鲁棒优化中场景过多导致求解成本高的问题，研究场景集缩减方法，通过最优子集验证、最大多样性启发式选择及对抗方法替代，结果表明最大多样性方法性能优于手动选择，对抗方法计算时间至少减半。
2025-04-19 math.OC physics.med-ph
Early in vivo Radiation Damage Quantification for Pediatric Craniospinal Irradiation Using Longitudinal MRI for Intensity Modulated Proton Therapy
本研究利用纵向MRI和多高斯拟合开发了一种非侵入性方法，用于在儿童质子颅脊髓照射中早期量化椎体骨髓辐射损伤，以评估椎体保留质量。
2022-10-28 physics.med-ph
Aspects of the physical principles of the proton therapy with inclusion of nuclear interactions
恶性肿瘤的放射治疗在过去的十年中取得了很大的进展。因此，调强放射治疗（IMRT）和VMAT（Rapidarc）现在属于临床实践中高能辐射肿瘤治疗的标准模式。最近，粒子治疗（质子和部分重碳离子）已经达到了这些模式的重要完成，对于一些合适的应用。尽管有这种浓缩，但在这一领域的基本特征需要进一步的研究活动和出版物：核反应和释放的中子的作用，在较低的射弹能量下（例如在布拉格峰的环境中和在粒子轨道的远端）带正电的核的电子捕获，通过考虑小束的横向散射的影响在扫描方法中的正确剂量递送。去卷积方法可以帮助克服这些问题，这些问题已经发生在非常小的光子束的放射治疗中[1 - 8]。
2016-11-12 physics.med-ph
Including robustness in multi-criteria optimization for intensity-modulated proton therapy
我们提出了一种方法，包括强度调制质子治疗（IMPT）的多标准优化（MCO）框架的鲁棒性。该方法允许同时探索不同目标之间的权衡以及鲁棒性和标称计划质量之间的权衡。在MCO中，预先计算每个计划强调不同治疗计划目标的计划数据库，以近似帕累托曲面。可以通过在帕累托表面上导航来选择在不同目标之间达到最佳平衡的IMPT治疗计划。在我们的方法中，鲁棒性集成到MCO通过添加鲁棒目标和约束的MCO问题。鲁棒性问题的不可预测性通过预先计算的标称场景和一些预定义的错误场景的剂量影响矩阵来建模。鲁棒目标表示对于任何错误场景可以实现的最差目标函数值。该优化方法是基于线性投影求解器，并能够处理大的问题尺寸所产生的精细剂量网格分辨率，许多情况下，和大量的质子笔形束。一个颅底的情况下，用于演示鲁棒优化方法。它表明，鲁棒optimizationmethod的设置和范围误差的治疗计划的敏感性降低到一定程度上，是没有实现的安全裕度的方法。脉络膜病例进行了更详细的分析，以证明所涉及的目标剂量不足和脑干保留以及鲁棒性和标称计划质量之间的权衡。后者说明了MCO在稳健规划方面的优势。对于所有的情况下，每个帕累托最优计划的鲁棒优化需要不到5分钟的标准计算机上，使计算友好的界面可能的规划。
2011-12-22 math.OC physics.med-ph
Attention U-net approach in predicting Intensity Modulated Radiation Therapy dose distribution in brain glioma tumor
本文提出基于注意力U-Net的深度学习方法预测脑胶质瘤IMRT剂量分布，比较仅PTV与PTV-OARs两种输入方式，均获高精度且快速，仅PTV法因无需OAR识别而更快。
2023-05-10 eess.SP physics.med-ph q-bio.QM
JulianA: An automatic treatment planning platform for intensity-modulated proton therapy and its application to intra- and extracerebral neoplasms
针对现有调强质子治疗自动计划系统的诸多局限，本研究开发了不依赖历史计划、易扩展的JulianA平台，在脑内外肿瘤病例验证中展现出接近人工的计划质量与较快的优化速度。
2023-12-15 physics.med-ph
Volumetric modulated arc therapy or step-shoot IMRT? A 4D dosimetry study of motion effect in lung SBRT using a dynamic virtual patient model
本研究利用动态虚拟患者模型评估肺SBRT中运动相互作用对IMRT和VMAT计划的影响，发现VMAT比IMRT更不易受运动相互作用影响，且计划参数选择对剂量差异具有显著作用。
2025-01-30 physics.med-ph
Dynamic fluence map sequencing using piecewise linear leaf position functions
在调强放射治疗（IMRT）和调强放射治疗的全连续版本（称为体积调强放射治疗（VMAT））的设置中，我们考虑了通过使用带有多叶准直器（MLC）的直线加速器（linac）在有限时间内尽可能匹配给定注量图的问题。我们引入了两种建模策略来管理这个问题的非凸性和相关的局部极小值。第一种是使用线性样条来将MLC叶位置建模为时间的函数。第二个是一个渐进的可控平滑模型（而不是一个阶梯函数）的叶片如何阻止通量辐射。我们提出了一个两部分的解决方案：一个外循环，优化剂量率模式随着时间的推移，和一个内循环，给定的剂量率模式优化叶轨迹。
2019-01-11 physics.med-ph
Using Deep Learning to Predict Beam-Tunable Pareto Optimal Dose Distribution for Intensity Modulated Radiation Therapy
UT Southwestern Medical Center（UT西南医学中心）
我们建议开发深度学习模型，通过使用任何给定的射束角度集以及患者解剖结构作为训练深度神经网络的输入，来预测帕累托最优剂量分布。我们实现并比较了两个深度学习网络，它们使用两种不同的波束配置模式进行预测。我们为70名前列腺癌患者制定了帕累托最优计划。我们使用注量图优化生成500个IMRT计划，对每个患者的帕累托曲面进行采样，总共35，000个计划。我们研究和比较了两种不同的模型，模型I和模型II。模型I直接使用波束角作为二进制向量作为网络的第二输入。模型II将射束角度转换为与PTV共形的射束剂量。我们的深度学习模型预测的体素级剂量分布与地面真实剂量分布精确匹配。定量，模型I预测误差为0.043（确认），0.043模型Ⅱ的平均值为0.076，而模型Ⅱ的平均值为0.327（R50）、2.80%（D95）、3.90%（D98）、0.6%（D50）、1.10%（D2（确证）、0.058（均一性）、0.626（R50）、7.10%（D95）、6.50%（D98）、8.40%（D50）、6.30%（D2）。使用我们的模型的治疗规划者将能够使用深度学习来控制PTV和OAR权重之间的权衡，以及实时的波束数量和配置。我们的剂量预测方法为建立自动IMRT治疗计划提供了垫脚石。
2020-06-19 cs.LG physics.med-ph
GPU-based ultra-fast direct aperture optimization for online adaptive radiation therapy
在线自适应放射治疗（ART）具有很大的希望，可以通过基于当前患者解剖结构的实时治疗适应性来显著降低正常组织毒性和/或改善肿瘤控制。然而，在线ART临床实现的主要技术障碍，即无法实现治疗重新规划的实时效率，尚未得到解决。为了克服这一挑战，本文介绍了我们的工作，实现了调强放射治疗（IMRT）的直接孔径优化（DAO）算法的图形处理器（GPU）的基础上，我们以前的工作在CPU上。我们将DAO问题描述为一个大规模的凸规划问题，并使用一种称为列生成方法的精确方法在GPU上处理其极大的维数。5个9野前列腺和5个5野头颈部IMRT临床病例，5个\times 5 mm 2射束尺寸和2.5 \times 2.5 \times 2.5 mm 3体素尺寸用于评估我们的算法在GPU上。在NVIDIA Tesla C1060 GPU卡上使用50个MLC孔径生成最佳治疗计划仅需0.7~2.5秒。因此，我们的工作解决了一个主要问题，在开发超快速（重新）规划技术的在线艺术。
2010-03-28 physics.med-ph
Robust automated radiation therapy treatment planning using scenario-specific dose prediction and robust dose mimicking
目的：我们提出了一个使用机器学习的强大的自动化治疗计划的框架，包括特定的剂量预测和强大的剂量模拟。研究方法：场景剂量预测管道分为从输入图像预测标称剂量和从标称剂量预测场景剂量，每个都使用具有U-net架构的深度学习模型。通过使用专门开发的剂量体积直方图为基础的损失函数，预测的场景剂量确保足够的目标覆盖率，尽管可能的训练数据是非鲁棒的。然后，可以通过用预测作为特定于乳腺癌的参考剂量来解决稳健的剂量模拟问题来创建可验证的计划。结果：使用52个前列腺患者的强度调制质子治疗计划的数据集进行数值实验。我们表明，预测的情况下的剂量类似于各自的地面真相，特别是当有目标覆盖率相媲美的标称情况。通过随后的稳健剂量模拟产生的可交付计划被证明对预测考虑的相同情景集是稳健的。结论：我们证明了所提出的方法的可行性和优点，将鲁棒性自动治疗计划算法。
2022-02-16 physics.med-ph
Full modelling of high-intensity focused ultrasound and thermal heating in the kidney using realistic patient models
目的：高强度聚焦超声（HIFU）治疗可用于肾（肾）癌的非侵入性治疗，但临床结果一直存在差异。在这项研究中，肾HIFU治疗的疗效进行了研究，使用非线性声学和热模拟三名患者。研究方法：在有和没有折射的情况下进行了声学模拟，以研究其对焦点处的形状、尺寸和压力分布的影响。在报告的范围内改变肾脏的衰减、声速、灌注和热导率的值，以确定可变性对加热的影响。此外，相位畸变进行了研究，以量化的基础相移使用二阶多项式函数。结果：折射后，超声场强平均下降11.1dB，无折射时平均下降6.4dB。发现组织界面处的反射导致小于0.1 dB的损耗。由于折射引起的焦点分裂显著降低了加热功效。在短的超声处理持续时间内，灌注对加热没有很大的影响。随着衰减和热导率的变化，温度发生了微小的变化，但随着声速的变化，没有出现明显的变化。畸变研究揭示了相移空间分布的潜在趋势。结论：通过像差校正可以提高HIFU治疗肾脏的疗效。重要性：提出了一种方法，通过该方法可以使用患者特定的预处理计算来克服像差，从而使超声治疗成为可能。
2018-10-08 physics.med-ph
Retrospective Estimation of the Quality of Intensity-Modulated Radiotherapy Plans for Lung Cancer
本研究评估42例肺癌调强放射治疗的计划质量，为制定计划质量保证算法提供初步数据。选择胸腔内或附近的器官（同侧肺、对侧肺、心脏、肝脏、食管、脊髓和支气管）作为风险器官（OAR）。采用计划靶区（PTV）的符合性指数（CI）、覆盖指数（CVI）、均匀性指数（HI）、OAR-PTV距离、OAR-PTV重叠体积、OAR的V10 Gy、V20 Gy和等效均匀剂量（EUD）对放射治疗计划进行比较。PTV的CI、CVI和HI分别为0.54 - 0.89、0.90 - 1.00和0.11 - 0.41。平均EUD同侧肺、对侧肺、食管、脐带、肝脏、心脏和支气管的放射性（V10 Gy，V20 Gy）分别为8.07Gy（28.06，13.17），2.59 Gy（6.53，1.18）、7.02Gy（26.17，12.32）、3.56Gy（13.56，4.48）、0.72Gy（2.15，0.91）、5.14Gy（19.68，8.62）和10.56Gy（36.08，19.79）。随着OAR-PTV距离的增加和OAR-PTV重叠体积的减少，EUD有减小的趋势。由于本研究中的计划来自一个部门，因此参与治疗计划的人员相对较少。如果涉及多个部门，则特定患者的治疗结果差异将更加明显。
2015-03-10 physics.med-ph
New dosimetry planning strategy based on continuous dose gradient used to reduce dose estimation errors due to respiratory motion in breast radiation therapy
本研究阐述并评价了一种新的放射治疗剂量学计划（RTDP）策略，用于减少乳腺治疗中呼吸运动引起的剂量估计误差。在为乳腺治疗采集的CT数据集上，执行了六种不同的RTDP切线技术：（i）具有物理楔形的三维适形放射治疗（3DCRT），（ii）具有虚拟楔形的3DCRT，（iii）具有物理楔形的运动管理技术（MMT），（iv）具有虚拟楔形的MMT，（v）具有场中的3DCRT，以及（vi）具有直接孔径优化的调强放射治疗（IMRT）。这些抗运动技术被认为是产生连续剂量降级，以避免涉及射束边缘区域的输送剂量的急剧变化。在有和没有运动模拟的情况下，对输送剂量和模拟剂量进行了比较。本研究表明，无运动管理的技术可能受到运动的影响，运动可能导致射束准直器边缘附近点的输送剂量和计划剂量之间的差异等于19%，并且在多叶准直器（MLC）边缘上的差异高达3%（3%/3 mm的伽马通过率为87.9%）。当使用MMT时，这些差异降低至11%和小于3%（3%/3 mm的伽马通过率为100%）。总之，在切向技术中，运动会影响MLC和射束准直器边缘上的剂量估计。提出的MMT减少这种影响，以准确地估计递送剂量。
2021-10-19 physics.med-ph
Percentile-based probabilistic optimization for systematic and random uncertainties in radiation therapy
RaySearch Laboratories（RaySearch实验室）；Erasmus MC Cancer Institute（伊拉斯姆斯大学医学中心癌症研究所）；HollandPTC（荷兰PTC）
本研究提出一种基于百分位的概率优化框架，用于提高放疗中目标覆盖与危及器官保护的平衡，通过显式控制临床目标满足概率，提升治疗效果。
2026-01-13 physics.med-ph
Simultaneous Reduction of Number of Spots and Energy Layers in Intensity Modulated Proton Therapy for Rapid Spot Scanning Delivery
本文提出一种自适应更新权重的 reweighted $l1$ 正则化凸优化算法，在保证剂量学计划质量的前提下同时促进点和能量层稀疏，显著减少点数和能量层数，从而提高质子治疗的照射效率。
2024-04-24 math.OC physics.med-ph
High-dimensional Automated Radiation Therapy Treatment Planning via Bayesian Optimization
放射治疗治疗计划可以被视为一个迭代的超参数调整过程，以平衡相互冲突的临床目标。在这项工作中，我们研究了现代贝叶斯优化（BO）方法在高维环境中的自动治疗计划问题的性能。回顾性选择20例接受调强放射治疗（IMRT）的局部晚期直肠癌患者作为测试病例。我们实现了一个自动化的治疗计划框架，同时调整剂量目标和权重，并测试了两种BO方法在治疗计划任务上的性能：一种标准BO方法（GPEI）和一种专用于高维问题的BO方法（SAAS-BO）。随机调谐方法也被包括作为基线。比较和分析了三种自动化方法的规划质量和规划效率，以及两种BO方法的不同搜索模式。对于靶结构，SAAS-BO计划实现了与临床计划相当的热点控制（$p=0.43$）和均匀性（$p=0.96$），显著优于GPEI和随机计划（$p<0.05$）。SAAS-BO和GPEI计划在一致性和剂量溢出（$p<0.05$）方面均显著优于临床计划。与临床计划相比，三种自动化方法生成的治疗计划均降低了股骨头和膀胱的剂量学评价指标。对潜在预测模型的分析表明，两种BO程序都确定了类似的重要规划参数。这项工作实现了一个基于BO的超参数调整框架，用于自动治疗计划。两种测试BO方法都能够产生高质量的治疗计划，模型分析也证实了测试治疗计划问题的内在低维性。
2023-02-14 physics.med-ph
A novel inverse algorithm to solve IPO-IMPT of proton FLASH therapy with sparse filters
本文提出基于分布式计算的逆向SIEMAC算法，联合优化稀疏射程补偿、调制与点强度，显著提升肺癌患者剂量率覆盖并降低LET，同时改善小型猪实验分布精度。
2023-04-19 physics.med-ph
A beam monitor using silicon pixel sensors for hadron therapy
我们报道了一个用于强子治疗在线监测的束流监测器的设计和测试结果。束流监视器使用八个硅像素传感器\textit{Topmetal-${II}^-$}作为阳极阵列。\textit{Topmetal-${II}^-$}是采用CMOS 0.35 $μ$ m技术设计的电荷传感器。每个\textit{Topmetal-${II}^-$}传感器都有$72\times72$像素，像素大小为$83\times83$ $μ$ m $^2$。在我们的设计中，束流穿过束流监测器而不撞击电极，使得束流监测器特别适合于监测重离子束。这种设计还减少了对射束监视器本身的辐射损伤。在兰州重离子加速器（HIRFL）上用碳离子束对束流监测器进行了测试。结果表明，该束流监测器可以测量束流的位置、入射角和强度，位置分辨率优于20 $μ$ m，角分辨率约为0.5 $^\circ$，强度统计精度优于2 $\%$。
2017-01-19 physics.ins-det physics.med-ph
An anthropomorphic multimodality (CT/MRI) phantom prototype for end-to-end tests in radiation therapy
随着体外射束治疗的复杂性日益增加，所谓的“端到端”测试旨在涵盖从治疗计划到随访的所有步骤，以满足对质量保证的高要求。由于磁共振成像（MRI）在治疗过程中的重要性日益增加，并且已建立的体模（如Alderson头）不能用于这些测试，因此必须开发新的多模态体模。在这里，我们提出了这样一个可定制的多模态头部模型的可行性研究。我们使用一组患者CT图像作为拟人头部形状的基础。容器-由环氧树脂组成-使用快速原型（3D打印）生产。体模受体包括鼻腔、两个软组织体积和颅骨。此外，将球形肿瘤体积定位在中心。用磷酸二钾基颅骨替代物、琼脂糖凝胶和蒸馏水填充体积。肿瘤体积填充有含氧量正常的剂量测定凝胶。放射治疗的整个工作流程（包括临床质子照射）可成功应用于体模。CT测量显示Hounsfield单位与所有替代品的参考值一致。MRI对比度与体模材料的预期一致，但骨替代物提供了不期望的高信号强度。通过聚合凝胶剂量计的T2加权读数进行的剂量验证可以成功显示颗粒范围方面的正确计划交付。
2015-07-08 physics.med-ph
A step towards treatment planning for microbeam radiation therapy: fast peak and valley dose predictions with 3D U-Nets
快速准确的剂量预测是微束放射治疗（MRT）治疗计划的瓶颈之一。在本文中，我们提出了一种基于3D U-网的机器学习（ML）模型。我们的方法分别预测窄高强度同步辐射微束的大剂量和它们之间的较低的谷剂量。为此，引入了宏观峰值剂量和宏观谷剂量的概念，其不是在微观水平上而是作为较大体素中的宏观量来描述相应的剂量。ML模型经过训练以模拟完整的Monte Carlo（MC）数据。因此，模型自动考虑了诸如偏振等复杂的物理效应。本研究中描述的宏剂量分布方法允许将单个微射束预测叠加到射束阵列场，使其成为治疗计划的有趣候选者。结果表明，所提出的方法可以克服一个主要的障碍，预测一个完整的微束照射场在不到一分钟的时间，同时保持合理的精度与微束剂量预测。
2022-11-21 physics.med-ph
Feasibility-Seeking and Superiorization Algorithms Applied to Inverse Treatment Planning in Radiation Therapy
我们应用最近提出的优越化方法（SM）的逆规划问题的放射治疗。逆规划问题在这里表示为一个大的线性双边不等式系统的强度向量的全变差（TV）的约束最小化问题。SM在概念上可以被视为介于可行性寻求的约束和完全成熟的约束最小化的目标函数受到这些约束。它是基于这样的发现，即许多可行性搜索算法（投影方法的品种）是扰动弹性，并可以主动转向一个可行解的约束减少，因此优越，但不一定是最小的，目标函数值。
2014-02-06 math.OC physics.med-ph
Technical Preparations for the First Carbon-Ion Therapy Facility in the United States
Department of Radiation Oncology, Mayo Clinic（梅奥诊所放射肿瘤科）
针对美国首个碳离子治疗设施的运动剂量模拟难题，提出含真实轨迹、时变强度及波动模型的方法，经TOPAS验证可准确建模，为临床CIRT的MC剂量计算提供实用框架。
2026-10-09 physics.comp-ph physics.med-ph
Neutron Therapy in the 21st Century
中子治疗是否有效的问题已经得到了回答。这是一个合格的是，就像所有的放射治疗一样。但是，中子治疗在射束输送技术方面没有跟上其余放射治疗的步伐。现代光子和质子体外放射治疗常规地实现图像引导、射束强度调制和三维治疗计划。目前迭代的快中子放射治疗没有。然而，解决这些缺陷不是技术或理解的问题，而是资源的问题。中子治疗的未来在于更好地理解辐射与活组织的相互作用过程。为了优化中子治疗的使用，需要放射生物学和计算机模拟的结合。需要回答的问题是：我们能把宏观和微观联系起来吗？什么是最佳能量？什么是最佳能谱？我们能否绘制出人体各种组织的敏感度，并利用这些知识为我们服务？一旦我们对上述放射生物学问题有了更好的理解，我们是否能够利用这种理解，以与现在光子和质子相媲美的方式精确而准确地输送快速中子？本报告将回顾迄今取得的成就。然后，它将列出中子治疗真正成为21世纪治疗所需要回答的问题。
2014-09-05 physics.acc-ph physics.med-ph
Developments in Mathematical Algorithms and Computational Tools for Proton CT and Particle Therapy Treatment Planning
我们总结了质子计算机断层成像（pCT）和调强粒子治疗（IMPT）治疗计划相关的数学算法和计算机科学方法的最新结果和正在进行的活动。质子治疗需要高水平的输送精度，以利用布拉格峰赋予的选择性靶向。为此，pCT利用质子束本身来创建图像。该技术的工作原理是通过向患者发送低强度质子束，并测量每个退出质子的位置，方向和能量损失。pCT技术允许重建患者组织的相对阻止本领（RSP）的体积分布，用于治疗计划和治疗前范围验证。我们已经研究了新的方法，使重建既有效又准确。RSP的更高精度还使得能够实现IMPT的更鲁棒的逆方法。对于IMPT，我们开发了一个框架进行强度调制的质子笔形束。我们预计，这些发展将导致更多的项目工作在未来几年，这需要在数学，计算机科学和医学物理领域的专家之间的定期交流。我们通过组织有关pCT和IMPT算法和技术开发的年度研讨会发起了这样的交流。诚然，这份报告倾向于我们的跨学科工作和方法。我们提供的结果，问题和挑战的pCT和IMPT的目的，使其他科学家希望解决这些问题，并通过汇集医学，计算机科学，物理学和数学的尖端技术来加强他们的跨学科合作，承担手头的医学物理问题的全面概述。
2021-08-21 cs.CE math.OC physics.med-ph
Characterisation of the HollandPTC R&D proton beamline for physics and radiobiology studies
HollandPTC是一个独立的质子治疗，科学研究和教育门诊中心。患有不同类型癌症的患者接受强度调制质子治疗（IMPT）。此外，HollandPTC研发联盟还对质子治疗的附加值和改进进行科学研究。为此，HollandPTC创建了临床和临床前研究设施，包括用于各种生物和技术研究的多功能研发质子束线。在这项工作中，我们介绍了荷兰PTC的R&D质子束线的特性。其笔形束模仿用于临床IMPT的笔形束，能量范围从70 MeV到240 MeV，其特征在于形状，大小和强度。对于需要在深度和横向方向上的均匀场的实验，已经设计、建造并表征了双环被动散射系统。使用该系统，可以产生2x2 cm 2至20 x20 cm 2的射野，均匀度为98%，剂量率范围为0.5 Gy/min至9 Gy/min。独特的定制双环系统支持以非常简单和快速的方式在笔形射束和大射野之间切换，使HollandPTC R&D质子射束能够支持广泛的不同应用。
2023-02-20 physics.med-ph
A Prototype Scintillating Fibre Beam Profile Monitor for Ion Therapy Beams
2016年，海德堡离子治疗中心/ \textit{Heidelberg Ionenstrahl Therapiezentrum}（HIT）对基于塑料反射纤维的束流轮廓监测器原型进行了测试，以确定其束流特性重建性能以及进一步开发扩展系统的可行性。在HIT质子，氦，碳和氧离子可用于治疗和实验。可以使用快速偏转磁体在两个维度上扫描射束。一个跟踪系统被用来监测电子束的位置，并在线调整扫描器电流。一种新的检测器系统，具有更细的粒度，没有当前的MWPC系统的漂移时间延迟，具有类似量的材料沿光束线将证明在患者治疗的价值。原型探测器中的敏感探测器组件是直径为0.250 mm的双包层Kuraray SCSF-78 MJ双包层光纤，缠绕成薄的多层带。用间距为0.8mm的Hamamatsu S11865-64光电二极管阵列在带的末端探测闪烁光。本文给出的结果包括相对于光束强度的线性度、由两个平面测量的光束强度的RMS、平均位置的RMS以及测量的光束宽度RMS。当前系统的信噪比也被测量为潜在性能的指标。此外，由光电二极管阵列测量的非线性光输出的反射纤维进行比较，两个模型描述的光输出的离子阻止功率和洛伦兹$β$的函数。
2018-04-27 physics.ins-det physics.med-ph
Dosimetry for Proton Therapy Using a β-Ga$_2$O$_3$ Metal-Semiconductor-Metal Detector with Low-Noise Amplification
The University of Utah（犹他大学）
本文研究了基于β-氧化镓的MSM探测器在质子治疗中的剂量学性能，证明其在单点照射和不同能量下的线性响应，为IMPT提供可靠检测方案。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
