Efficient Proton Transport Modelling for Proton Beam Therapy and Biological Quantification
本研究提出了专为质子束治疗（PBT）设计的质子输运基础数学模型，该模型计算高效且稳健，可用于探索PBT多方面应用，有望成为临床现有复杂模拟技术的补充工具。
2024-11-23 physics.med-ph
Using thymine-18 for enhancing dose delivery and localizing the Bragg peak in proton-beam therapy
作用于O 18-取代胸苷的治疗质子增加了抗辐射人类癌细胞的细胞毒性。我们认为在质子束治疗和诊断过程中使用O 18-富集胸腺嘧啶的DNA，注意胸腺嘧啶-18的存在对癌细胞死亡的影响背后的物理学。
2021-02-18 physics.bio-ph physics.med-ph
Recent Progress in Pencil Beam Scanning FLASH Proton Therapy: A Narrative Review
背景和目的：最近使用超高剂量率放射治疗（FLASH-RT）的实验研究表明，与传统剂量率RT相比，改善了正常组织的保护和可比的肿瘤控制。具有优越剂量学特性的双束扫描（PBS）质子治疗已开始引起人们对临床前研究的适形FLASH-RT的关注。方法：本文综述的信息基于PubMed等数据库和Google Scholar等搜索引擎的搜索结果，关键词包括铅笔束扫描、质子治疗、质子FLASH、布拉格峰FLASH等，从2014年到2022年的英语文章。内容和结果：本文综述了PBS FLASH质子治疗（FLASH-PT）的最新进展，包括PBS剂量率特性，电流传输限制，治疗计划和生物学研究。结论：由于PBS FLASH传输已成功实现了使用传输光束的生物学研究，PBS布拉格峰FLASH技术的进一步改进将导致与潜在改善结果相关的更先进的治疗计划。
2022-06-23 physics.med-ph
Neutron Production in The Scattering S250 Mevion Proton-Therapy System
放射治疗环境中的二次辐射被认为是治疗后副作用（包括二次致癌作用）的原因。在质子治疗装置中，中子向患者提供相当大的额外剂量。中子剂量的各种测量和计算表明这个量的值范围很广。本文提供了以前公布的值之间的比较，并分析了蒙特卡罗计算的中子剂量从目前的工作使用的中子截面数据。其目的是提供一个收敛的范围内的几个中子吸收剂量数据点（例如，3.94 mSv/Gy的Bonner球测量和0.4 mSv/Gy的SWENDI测量）在其他作者以前的作品。
2022-11-15 physics.med-ph
Characterization of pixelated silicon detectors for daily quality assurance measurements in proton therapy
质子治疗中先进的成像和输送技术允许使用笔形射束扫描或射束成形孔径以高精度对靶体积进行适形高剂量照射。这些照射方法越来越多地包括具有大剂量梯度的小辐射场，这需要具有高空间分辨率的检测器系统以保证质量。此外，仅用一个质子场和一个简单的探测器系统测量用于日常质量保证的所有成功参数将在临床使用中节省大量时间。基于其良好的空间分辨率和高速率兼容性，像素化硅探测器可以满足新的要求。为了评估它们在质子治疗中的适用性，ATLAS像素化硅探测器用于测量具有高空间分辨率的横向束轮廓。此外，剂量相关的检测器校准，以允许所要求的输出恒定性的测量。正在研究在日常质量保证期间核实质子能量的战略。在位于德国埃森的西德质子治疗中心进行的原理验证测量已经获得了令人满意的结果。
2022-04-05 physics.med-ph
Estimating Particle Size for Therapeutic Application of Boron in Proton Therapy using the Finite Element Method
先前的测量显示了11 B（p，$α$）8Be反应和硼从H+离子的K壳层电离的大截面。过去的出版物表明，这种反应可能会增加质子治疗的疗效。本研究探讨了质子治疗中最佳治疗增强的硼颗粒的大小。质子通过不同尺寸的硼粒子的模拟开发比较α粒子和低能电子的能量输出。本文以图形形式给出了产生最大辐射输出的硼粒子半径的结果。产生最大俄歇输出的半径被确定为1.3 nm。结果表明，最大剂量增强将取决于生物系统的限制因素方面的适当大小的粒子。研究可能应用于强子疗法的不同反应可以使研究人员和医生更有选择性地靶向肿瘤部位。
2022-06-05 physics.med-ph
Proton Pencil-Beam Scanning Stereotactic Body Radiation Therapy and Hypofractionated Radiation Therapy for Thoracic Malignancies: Patterns of Practice Survey and Recommendations for Future Development from NRG Oncology and PTCOG
本研究由NRG肿瘤学组与PTCOG胸部小组委员会开展，调查美国质子中心胸部PBSPT SBRT/大分割治疗的实践模式，提出技术发展建议，以应对高剂量分割下的不确定性挑战，提升胸部恶性肿瘤治疗效果。
2024-02-01 physics.med-ph
Assessment of the proton boron fusion reaction for practical radiation therapy applications using MCNP6
用MCNP 6研究了质子硼聚变反应11B（p，3α），以评估其在放射治疗中的潜在应用。11 B（p，3α）在理论上是理想的，因为它可以将局部剂量递送质子表现出的（布拉格峰）与在肿瘤区域局部沉积能量的三个高LET α粒子的产生相结合。使用MCNP 6对入射到水模型和轴向区域也包含硼的水模型上的质子笔形束进行简单模拟，以确定硼对计算的能量沉积的影响程度。进行的MCNP模拟表明，在临床相关硼浓度下的质子硼聚变反应速率太小，无法对吸收剂量产生任何可测量的影响。已确定在MCNPX/6中使用的11 B（p，3α）反应没有得到良好的评价，应在截面评价中进行进一步的工作，以明确评价质子硼聚变反应用于放射治疗应用的可行性。
2022-09-29 physics.med-ph
AI in Proton Therapy Treatment Planning: A Review
本综述梳理了AI在质子治疗计划多环节的应用研究，指出其可提升效率、支持个性化及自适应计划，同时点明数据稀缺等局限，强调解决相关挑战对临床转化的重要性。
2025-10-22 physics.med-ph
First tests for an online treatment monitoring system with in-beam PET for proton therapy
PET成像是质子治疗中用于粒子范围验证的非侵入性技术。它基于测量由患者体内质子的核相互作用引起的β +湮灭。在这项工作中，我们提出了测量的质子范围验证幻影，进行了在CNAO粒子治疗中心帕维亚，意大利，与我们的10 × 10平方厘米的平面PET原型DoPET。用单能质子束和临床治疗计划照射PMMA体模，在质子照射期间和照射后不久采集PET数据。我们创建了1-D配置文件的β +活动沿质子束轴，并评估近端上升和远端下降的活动分布的位置之间的差异。与FLUKA Monte Carlo预测得到了很好的一致性。我们还评估了当PMMA体模包含空气腔时的系统响应。该系统能够在照射后快速检测这些空腔。
2014-11-26 physics.med-ph
The NOVO project neutron detection for real-time range verification in proton therapy, A Monte Carlo feasibility study
质子治疗过程中组织中质子范围的不稳定性限制了治疗递送的精度。这些不确定性导致治疗范围扩大，从而增加了对健康组织的辐射剂量。实时范围验证技术旨在减少这些不确定性，以充分利用初级质子的有限范围。在本文中，我们提出了一个新的概念，实时范围验证的基础上检测次级中子产生的核相互作用在质子治疗。所提出的探测器概念很简单;由富氢转换器材料和两个带电粒子跟踪探测器组成，模仿质子反冲望远镜的布置。入射到转换器材料上的中子通过弹性和非弹性（n，p）相互作用转换成质子。质子随后在跟踪检测器中被检测到。这些质子的方向和位置上的信息，然后利用在一个新的重建算法来估计由质子束，这反过来又与初级质子范围的中子生产的深度分布。在本文中，我们提出的Monte Carlo可行性研究的结果表明，所提出的概念可用于实时范围验证毫米精度的质子治疗。
2018-10-16 physics.ins-det physics.med-ph
Proton-CAT: a Novel Strategy for Enhanced Proton Therapy
本研究提出新型质子治疗策略Proton-CAT，通过质子与氮-15的核反应生成碳-12和α粒子，经蒙特卡罗模拟验证可提升肿瘤区域剂量，增强质子治疗效果。
2024-04-17 physics.app-ph physics.med-ph
Comment on `Linear energy transfer incorporated intensity modulated proton therapy optimization'
Cao等人（2018）发表了一篇关于基于剂量平均线性能量转移（LET）的逆向计划的文章。他们声称这个问题可以被转换为线性优化模型，这依赖于Charnes-Cooper变换的不正确应用。在这篇评论中，我们表明，他们的线性模型是类似的剂量平均LET乘以剂量，解释为什么他们的模型仍然能够改善LET分布。
2021-01-04 physics.med-ph
Investigations on physical and biological range uncertainties in Krakow proton beam therapy centre
物理和生物学范围的不确定性限制了质子束治疗（PBT）的临床潜力。在这篇论文中，我们报告了两个研究项目，我们正在平行进行，这两个项目都解决了范围不确定性的问题。一个旨在开发软件工具，另一个旨在开发探测器仪器。关于第一个，我们报告我们的开发和临床前应用的GPU加速蒙特卡罗（MC）模拟工具包弗雷德。关于这封信，我们报告了我们对基于塑料闪烁体的PET探测器用于粒子治疗输送监测的研究。我们研究的可行性Jagiellonian-PET探测器技术的质子束治疗范围监测的MC模拟的$β^+$活动在一个幻影中引起的质子束和PET图像重建的初步结果。使用GPU加速的蒙特卡罗模拟工具包Fred和基于塑料闪烁体的PET探测器，我们的目标是提高患者的质子治疗质量。
2019-10-25 physics.med-ph
The Proton Therapy Nozzles at Samsung Medical Center: A Monte Carlo Simulation Study using TOPAS
为了加快三星医疗中心（SMC）质子治疗系统的调试过程，我们使用TOPAS开发了质子治疗喷嘴的蒙特卡罗模拟模型。在SMC质子治疗中心，我们有两个机架室，配有不同类型的喷嘴;一个多功能喷嘴和一个专用扫描喷嘴。根据制造商住友重工业株式会社提供的几何信息，对每个喷嘴进行了详细建模。为此，使用了TOPAS的新功能，例如时间功能或脊过滤器类。确定了适合质子喷管模拟的物理模型。剂量学特性，如百分深度剂量曲线，扩展布拉格峰（SOBP），束斑尺寸，已被模拟和验证对测量的束流数据。除了蒙特卡罗喷嘴建模，我们还开发了TOPAS和治疗计划系统（TPS）RayStation之间的接口。从TPS导出的RT计划数据已由界面解释，然后转换为TOPAS输入文本。发展的蒙特卡罗喷嘴模型可以用来估计非束流性能的喷嘴，如中子本底。此外，喷嘴模型可用于研究喷嘴设计中的力学优化。
2015-05-29 physics.med-ph
Fast Monte Carlo Dose Calculation in Proton Therapy
本文综述了快速Monte Carlo剂量计算在质子治疗中的关键作用，探讨了提升计算速度对实现高精度定制化治疗的重要性，并介绍了包括AI技术在内的最新进展及其在当前和新兴质子治疗策略中的应用。
2024-04-22 physics.med-ph
An ion-independent phenomenological relative biological effectiveness (RBE) model for proton therapy
背景：质子治疗的相对生物学效应（RBE）为1.1，尽管有临床证据表明RBE不同。关于RBE变异性的临床研究已经进行了几十年的碳辐射，这可以促进对临床质子RBE的理解，给出了一个离子无关的RBE模型。在这项工作中，这样一个模型，线性和简单的，使用的束流量Q = Z^2/E（Z =离子电荷，E =动能每核子）进行了测试和比较常用的，质子特异性和线性能量转移（LET）的Wedenberg RBE模型。材料和方法：Wedenberg和Q模型，均预测RBEmax和RBEmin（即，RBE消失和非常高的剂量，分别），进行了比较的离子依赖性和预测能力。使用涵盖115篇各种离子出版物的实验性体外数据集合作为数据集。结果：Q模型的模型参数对于不同离子是相似的（与LET相反）。在没有任何质子数据的先验知识的情况下训练Q模型。对于质子RBE，实验数据和Wedenberg或Q模型的相应预测之间的差异是高度可比的。结论：提出了一种使用Q而不是LET的简单线性RBE模型，并进行了测试，以便能够使用仅基于临床质子能量范围内其他粒子的RBE数据训练的模型参数来预测质子RBE。因此，添加来自碳离子疗法的（前）临床知识可以减少质子RBE建模中的主要生物不确定性。这将转化为质子治疗计划中与RBE相关的不确定性降低。
2022-06-14 physics.med-ph
Clinical Commissioning of the First Ultra-Compact Gantry-less Upright Proton Therapy System
Stanford University School of Medicine（斯坦福大学医学院）；Mevion Medical Systems（美维恩医疗系统）；Leo Cancer Care（利奥癌症护理）
本文报道了首台超紧凑无机架直立式质子治疗系统的全面临床调试与基准测试，验证其性能与临床适用性。
2026-09-23 physics.med-ph
Proton CT -- a novel diagnostic tool in cancer therapy
放射治疗是成功治疗癌症的主要方法之一。用光子或带电粒子（例如质子）照射肿瘤，并且在大量带电粒子的情况下，治疗导致肿瘤外部的不必要剂量较少，因此对患者的副作用较少，恢复更快。然而，强子治疗的剂量规划是根据光子CT测量计算的，这导致规划中存在很大的不确定性，因此需要扩大治疗区域。这种不确定性可以通过使用质子执行CT扫描来降低。目前的贡献显示了质子CT测量的采样量热计的发展，并介绍了该项目的状态。
2019-03-18 physics.ins-det physics.med-ph
$β^+$ radioactive nuclei created during proton therapy
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）；Institute of Nuclear Physics PAS（波兰科学院核物理研究所）；National Center for Nuclear Research（国家核研究中心）
本研究测量了质子治疗中质子与固态靶相互作用产生β+发射体的截面，探讨了不同靶材对核反应的影响。
2025-11-12 nucl-ex physics.med-ph
A Monte Carlo Study of the Relationship between the Time Structures of Prompt Gammas and in vivo Radiation Dose in Proton Therapy
在质子治疗的体内范围验证中，已经尝试测量由质子诱导相互作用产生的瞬发γ的空间分布，其与质子剂量分布密切相关。然而，高能量的瞬发γ和背景γ仍然是测量分布的问题。在这项研究中，我们提出了一种新的方法来确定在体内范围通过利用瞬发γ的时间结构形成的被动散射质子治疗的范围调制轮（RMW）的旋转。为了验证蒙特卡罗程序模拟质子束喷嘴，轴向深度剂量百分比（PDD）进行了比较与测量的PDD与不同的束范围为4.73-24.01厘米。并在水模体中评价和比较了质子剂量率与瞬发γ时间结构的关系。PDD的结果显示，在远端范围内的相对误差为1.1%，调制宽度为2.9%的范围内，PDD的结果显示出准确的一致性。通过与测量值进行比较，将调制中的平均剂量差异评估为小于1.3%。瞬发γ射线的时间结构与质子剂量率在0.39 ms内匹配良好，这可以准确预测体内范围。
2015-03-12 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
A Positivity-Preserving Finite Element Framework for Accurate Dose Computation in Proton Therapy
本文提出一种结合非弹性能量损失与弹性散射的稳定有限元方法，通过保正公式在粗网格上保证非负通量与剂量，实现质子治疗中临床相关量的可靠计算，并经先验误差估计与数值基准验证其最优收敛速率。
2025-06-01 cs.NA math.NA physics.med-ph
Characterization of specific nuclear reaction channels by deconvolution in the energy space of the total nuclear cross-section of protons - applications to proton therapy and technical problems (transmutations)
由质子与核相互作用产生的总核截面Qtot（E）被分解为3种不同的贡献：1.在完整核处的弹性散射，它吸收了质子的一部分动能; 2.在原子核处的非弹性散射，其通过振动、旋转、过渡到高度激发态而改变原子核的量子数; 3.适当的核反应与质量和/或电荷数的变化。然后不同的粒子离开被击中的原子核（中子、质子等），现在被称为重反冲核根据点1和2的Qtot（E）的散射部分可以通过在能量空间中作用于Qtot（E）的去卷积来去除。典型的核反应通道主要由约化截面函数Qred（E）的共振表征。该程序适用于治疗质子的横截面，也适用于Cs55137作为具有技术相关性的示例（以大幅减少其半衰期为目标的嬗变）。
2016-05-06 physics.med-ph
Beamlet-free optimization for Monte Carlo based treatment planning in proton therapy
本文提出无子束算法，将蒙特卡罗剂量计算与优化融合，省去剂量影响矩阵，在保持计划质量的同时使质子治疗计划的计算时间减少70%、峰值内存减少95%。
2023-04-17 physics.med-ph
Distributions of positron-emitting nuclei in proton and carbon-ion therapy studied with GEANT4
基于GEANT 4工具包（8.0版），在重离子治疗的蒙特卡罗模型（MCHIT）内计算了PMMA体模中正电子发射核的深度分布。计算得到的$^{11}$ C、$^{10}$ C和$^{15}$ O核的总生成率与实验数据以及FLUKA和POSGEN程序的相应结果进行了比较。通过模拟不稳定核的放射性衰变和正电子在周围介质中的输运，得到了e $^+$湮没点的分布。以简化的方式考虑了正电子发射断层成像（PET）的有限空间分辨率。计算PET扫描仪观察到的$β^+$活性的深度分布，并与PMMA体模的可用数据进行比较。计算的$β^+$ -活性曲线与质子和$^{12}$ C束在适合于粒子治疗的能量下的PET数据非常一致。证明了MCHIT预测不同化学组成的组织样材料中的$β^+$活性和剂量分布的能力。
2006-10-06 physics.med-ph
Fast silicon detectors as proton therapy beam monitors
本文研究低增益雪崩探测器在60 MeV质子束中的响应，首次观测到AIC-144回旋加速器脉冲结构特征，并证明其在约7.5 Gy/s瞬时剂量率内可实现精确通量测量，为质子治疗束流诊断提供可行替代方案。
2025-08-17 physics.ins-det physics.med-ph
Physics-driven innovations toward the democratization of proton therapy
Stanford University School of Medicine（斯坦福大学医学院）；Mayo Clinic（梅奥诊所）
本文提出将质子治疗普及视为物理问题，分析成本与运动控制两大瓶颈，并展示紧凑架构如何降低设施规模，经济框架表明提升交付速度比降低资本成本更有效，同时新兴方向推动全球普及。
2026-04-27 physics.med-ph
A Proton Treatment Planning Method for Combining FLASH and Spatially Fractionated Radiation Therapy to Enhance Normal Tissue Protection
本文提出SFRT-FLASH质子治疗计划方法，将深部FLASH效应与浅中层高PVDR空间分割相结合，在四个临床病例中验证其增强正常组织保护的效果。
2025-05-09 physics.med-ph
A Comparative Dosimetric Study of Proton and Photon Therapy in Stereotactic Arrhythmia Radioablation for Ventricular Tachycardia
本研究比较了质子与光子疗法在室性心动过速立体定向心律失常放射消融中的剂量学，发现质子疗法在保持同等靶区覆盖的同时，显著降低了心脏等关键器官的辐射剂量。
2025-02-04 physics.med-ph
Numerical Simulations to Evaluate and Compare the Performances of Existing and Novel Degrader Materials for Proton Therapy
降能器在束流特性方面的性能直接影响基于回旋加速器的质子治疗中心的设计和成本。本研究的目的是评估不同的现有和新型降解材料的性能。定量估计是基于详细的GEANT4模拟，分析的束物质的相互作用，并提供了一个确定的束流发射度增加和传输。现有的（铝，石墨，铍）和新的（碳化硼和金刚石）降解材料之间的比较，并对多库仑散射的半解析模型进行评估。结果显示出潜在的新型材料的发射度降低，并详细讨论。
2018-04-28 physics.acc-ph physics.med-ph
A Comparison of Proton Stopping Power Measured with Proton CT and x-ray CT in Fresh Post-Mortem Porcine Structures
目的：目前，质子治疗患者中质子范围的计算是基于患者组织的CT亨氏单位到质子相对阻止能力的转换。在这种转换中，需要更大的近端和远端计划靶体积边界。质子CT可以通过直接测量质子阻止本领来降低这些不确定性。我们的目的是证明质子CT成像与复杂的猪样本，详细分析三维感兴趣的区域，并比较质子CT直接测量的质子阻止功率从X射线CT扫描确定。研究方法：我们已经使用了一个原型质子成像系统与单质子跟踪获取质子射线照相和质子CT图像的猪胸带和肋骨的样本，和猪的头部。我们还获得了相同样本的时间接近的X射线CT扫描，并比较了两种模式的质子阻止本领测量值。在猪头的情况下，我们从两个不同的扫描仪获得了X射线CT扫描，并比较了高剂量和低剂量设置的结果。结果如下：将我们重建的质子CT图像与来自X射线CT扫描的图像进行比较，我们发现软组织的一致性在1%至2%之间，而密质骨的差异高达6%。我们还观察到了大的差异，高达40%，与混合内容物的空气，软组织和骨，如窦腔或鼓泡空化区。结论：我们的图像和结果，从一个临床上现实的质子CT扫描仪证明质子CT的潜力，用于低剂量治疗计划，减少利润。
2021-10-29 physics.med-ph
High-speed proton therapy within a short breath-hold
本研究提出一种无需硬件改动的优化方法，在商用同步回旋加速器上实现5至10秒每野的高速质子照射，结合穿透束与布拉格峰、优化扫描序列及双脉冲剂量调节，在8例肺癌中实现短屏气内全野照射，兼顾适形性与剂量准确性，为运动肿瘤的质子治疗提供了实用路径。
2025-10-08 physics.med-ph
Optimizing the Traversal Time for Gantry Trajectories for Proton Arc Therapy Treatment Plans
引入ATOM算法，通过离散化机架速度并结合A*与Ruckig库优化质子弧治疗的机架速度曲线，在确保动态运动可行性的前提下快速生成最短实施时间轨迹。
2023-10-19 physics.med-ph
Response to the authors of 'On the (un)effectiveness of Proton Boron Capture in Proton Therapy'
这份手稿提供了对Mazzone等人最近在arXiv上在线发表的一份报告的回应，该报告的目的是证明质子硼捕获在hadrotherapy中的无效性。我们澄清，Mazzone等人没有对Cirrone等人在原始手稿中广泛讨论的观点添加任何科学或技术见解，和/或在一系列的迭代与restaurant，这最终导致我们的原始和开创性的实验工作的出版。在这里，我们总结了Cirrone等人的论文审查过程中长期科学辩论的一些关键点，这与Mazzone等人提出的考虑非常相似。总之，在Cirrone等人的研究中，Mazzone等人没有提供对我们稳健实验成果的定量解释。
2018-03-09 physics.med-ph
Adaptive Proton Therapy Using CBCT-Guided Digital Twins
本研究提出基于CBGT引导数字孪生的框架，利用患者特定CTV摆位不确定性优化自适应质子SBRT计划，以应对分次间解剖变异，提升前列腺癌治疗质量与个性化水平。
2024-05-17 physics.med-ph
A Machine-learning Based Initialization for Joint Statistical Iterative Dual-energy CT with Application to Proton Therapy
Washington University in St. Louis（圣路易斯华盛顿大学）；Mallinckrodt Institute of Radiology（马林克罗特放射研究所）
在过去的几十年里，双能量CT（DECT）已经被广泛研究，以产生更丰富和更准确的图像。例如，双能量交替最小化（DEAM）算法在根据实验性3 mm准直体模数据估计质子阻止功率映射时实现了子百分比不确定性。然而，迭代DECT算法的运行时间在临床上是不可接受的，这是由于它们的低收敛率和现代螺旋CT扫描仪的巨大几何形状。为了减少迭代DECT算法的计算时间，提出了一种基于CNN的初始化方法。DEAM被用作迭代DECT算法在这项工作中的一个例子。仿真结果表明，我们的方法产生的去噪图像，大大提高了估计精度的脂肪，扁桃体和肌肉组织。此外，它减少了约5倍的DEAM达到相同的目标函数值的模拟和真实数据的时间。
2021-07-30 cs.LG eess.IV physics.med-ph
Guaranteed $ε$-optimal solutions with the linear optimizer ART3+O
Chen等人（2010）提出的线性优化算法ART 3 +O可以通过迭代投影有效地解决放射治疗中遇到的大规模逆规划问题。它的主要缺点是，它不能保证$ε$ -最优的最终解决方案，由于一个任意的停止标准。我们提出了一个改进ART 3 +O的停止准则是基于法卡斯引理。同样的理论也可以用于检测其他投影方法中的不一致性。该算法保证在有限时间内找到一个$ε$ -最优解。该算法在放射治疗中的数值例子证明。
2021-01-04 physics.med-ph
OpenTPS -- Open-source treatment planning system for research in proton therapy
导论.治疗计划系统（TPS）是在将放射治疗施用于患者之前模拟和优化放射治疗的重要组成部分。它确保肿瘤被很好地覆盖，并将健康组织的剂量降至最低。然而，商业公司提供的TPS通常带有大量工具，每个工具都以黑盒的形式实现，这使得研究人员很难使用它们来实现和测试新的想法。为了解决这个问题，我们开发了一个开源的TPS。Approach.我们开发了一个开源软件平台OpenTPS（opentps.org），用于生成外部射束放射治疗的治疗计划，特别是质子治疗。它被设计成一个灵活且用户友好的平台（使用免费使用的Python语言编码），可供医学物理学家，放射肿瘤学家和放射治疗社区的其他成员用于创建用于教育和研究目的的定制治疗计划。结果. OpenTPS包括一系列工具和功能，可用于分析患者解剖结构，模拟放射束的输送，并优化治疗计划以实现所需的剂量分布。它可用于创建各种癌症类型的治疗计划，并被设计为扩展到其他治疗方式。意义一个新的开源治疗计划系统已经建立了质子治疗的研究。其灵活性允许轻松集成新技术和定制治疗计划。它免费提供使用，并定期更新，并得到用户和开发人员社区的支持，他们为软件的持续开发和改进做出了贡献。
2023-03-01 physics.med-ph
Optimal Configuration of Proton Therapy Accelerators for Proton Computed Tomography RSP Resolution
通过患者的质子计算机断层成像（pCT）确定相对阻止本领（RSP）部分取决于对入射质子动能的了解;这些能量的不确定性又由质子源（通常是回旋加速器）确定。在这里，我们表明，减少入射质子束的能量扩散可以显着提高RSP确定pCT。我们证明，减少束流能量扩散从典型的1.0%（在70 MeV）下降到0.2%，可以实现在保罗谢勒研究所230 MeV回旋加速器成像所需的质子电流。通过模拟的pCT成像系统，我们发现这种效应导致RSP分辨率低至0.2%的材料，如皮质骨，高达1%的肺组织。当还选择射束（剩余）能量使得所使用的检测机制提供最佳RSP分辨率时，几种材料提供进一步的改进。
2021-11-04 physics.acc-ph physics.med-ph
Dosimetric Comparison of Passive Scattering and Active Scanning Proton Therapy Techniques Using GATE Simulation
在这项研究中，两个质子束输送设计，被动散射质子治疗（PSPT）和笔形束扫描（PBS），定量比较剂量学指标。GATE蒙特卡罗代码被用来模拟质子束系统和开发的模拟引擎进行基准测试的实验测量。使用120-235 MeV能量范围内的一组深度-剂量数据，使用水模型模拟系统能量参数。为了比较PSPT与PBS的性能，在相同条件下分析了多个剂量学参数，包括FWHM、峰位置、范围、峰入射剂量比和剂量体积直方图。此外，在两种射束输送模式下模拟AAPM TG-119引入的临床测试用例，以比较从DVH分析获得的相关临床值。两种技术在水模中的参数比较显示，PSPT中的峰入射剂量比的值比PBS高出8%。此外，在PSPT中的横向光束轮廓的半高宽增加了7%的因子相比，从PBS模型获得的相应值。TG-119体模模拟结果表明，PBS和PSPT技术的PTV平均剂量相差2.9%，而危及器官的最大剂量（OARs）相差超过33%。结果表明，与PSPT设计相比，PBS质子治疗系统在适应靶区体积、更好的剂量绘制和更低的野外剂量方面更优越。
2021-07-23 physics.med-ph
Medipix3 for dosimetry and real-time beam monitoring: first tests at a 60 MeV proton therapy facility
带电粒子治疗（CPT）是一种先进的放射治疗方式，在技术和输送方法的最新发展的推动下，在全球范围内迅速发展。为了确保安全和高质量的治疗，各种仪器用于一系列不同的测量，例如质量保证，监测和剂量测定目的。随着新的和增强的交付技术的出现，需要具有改进能力的系统来超越传统工具的现有性能限制。Medipix 3是一种混合像素探测器，能够以毫秒级时间分辨率对单个质子进行计数，临床通量接近即时读数和计数率线性。该系统先前已被证明可用于医疗和其他应用，显示出广泛的通用性和粒子治疗的潜力。在这项工作中，我们提出了测量的Medipix 3探测器在60 MeV的眼质子治疗光束线在Clatterbridge癌症中心，英国。在治疗线的多个位置处评估射束电流和横向射束轮廓，并与EBT 3 Gafchromic胶片进行比较。使用Medipix 3在整个可用射束强度范围内（高达$3.12 \times 10^{10}$质子/s）测量记录的计数率线性和射束结构的时间分析。我们探讨Medipix 3提供非参考测量的能力及其作为CPT剂量测定和射束监测工具的适用性。这是首次在临床高质子通量环境中测试Medipix 3探测器技术的性能。
2021-09-16 physics.ins-det physics.med-ph
Clinical use and future requirements of relative biological effectiveness: survey among all european proton therapy centres
背景和目的：相对生物学效应（RBE）随治疗野而变化。然而，在临床实践中，假设恒定RBE为1.1，这可能导致不良副作用。这项研究提供了一个准确的概述，目前的临床实践考虑质子RBE在欧洲。材料和方法：设计了一项调查，并发送到欧洲所有治疗患者的质子治疗中心。在线问卷包括39个问题，涉及临床实践中RBE考虑的各个方面，包括治疗计划，患者随访和未来需求。结果：所有25个质子治疗中心都有反应。所有中心都规定了1.1的恒定RBE，但也采取了措施（一家眼科治疗中心除外）来抵消可变RBE效应，例如避免光束在危险器官内部或前面停止，并限制某些治疗部位的入射光束的最小数量和开口角度。对于未来，大多数中心（16）要求进行更多的回顾性或前瞻性结局研究，调查可变RBE效应的潜在影响。为了进行此类研究，18个中心要求使用治疗计划系统供应商开发的LET和RBE计算和可视化工具。结论：所有欧洲质子中心都知道RBE的变异性，但符合规定恒定RBE的现行指南。然而，他们通过在治疗计划期间采取措施和限制，积极缓解RBE增加导致的不确定性和副作用风险。为了在未来改变RBE相关的临床指南，明确要求更多关于RBE的临床数据。
2022-05-30 physics.med-ph
Optimization of pencil beam scanning pattern for FLASH proton therapy
本文提出基于图论的近似算法优化FLASH质子治疗笔形束扫描轨迹，相比传统蛇形模式使中位剂量率翻倍，且比遗传算法更高效。
2023-04-12 physics.med-ph
First experimental test of a coded-mask gamma camera for proton therapy monitoring
本文首次在临床条件下实验验证了编码掩模伽马相机用于质子治疗实时射程监测的可行性，实现了1.7 mm的远端下降沿定位精度，为现有监测方法提供了有竞争力的替代方案。
2024-12-31 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
Artificial Intelligence-Facilitated Online Adaptive Proton Therapy Using Pencil Beam Scanning Proton Therapy
提出集成 AI 自动勾画、vCT 再优化与 LET 评估的 oAPT 工作流程，并在 11 例前列腺 PBSPT 患者中验证其可快速生成高质量、剂量准确且鲁棒的再计划。
2023-11-01 physics.med-ph
Design, construction and tests of a 3 GHz proton linac booster (LIBO) for cancer therapy
在过去的十年中，质子束在放射治疗中的使用已经成为治疗深部肿瘤的临床工具。LIBO是一种用于强子治疗的小型、低成本的射频质子直线加速器（SCL型）。它被TERA基金会设想为3 GHz直线加速器助推器，安装在现有回旋加速器的下游，以将质子束的能量提高到200 MeV，这是人体深度治疗（约25 cm）所需的。有了这种解决方案，就有可能将通常用于眼黑色素瘤治疗、同位素生产和核物理研究的低能商用回旋加速器改造成用于深层肿瘤的加速器。在TERA基金会、CERN、米兰和那不勒斯的大学和INFN集团之间的国际合作下，LIBO的原型模块已经在CERN和卡塔尼亚的INFN Nazionali del Sud（LNS）建立并成功测试了全射频功率和质子束。该项目的中期目标是将积累的专门知识转让给一个公司财团，并将这种新的医疗工具带到医院。详细介绍了LIBO样机的设计、建造和试验。
2007-12-02 physics.acc-ph physics.med-ph
Beam modelling of Hitachi PROBEAT proton therapy system for a GPU-based Fast Monte Carlo dose engine
University of Nebraska Omaha（内布拉斯加大学奥马哈分校）；Rice University（莱斯大学）；The University of Texas MD Anderson Cancer（德克萨斯大学安德森癌症中心）；Mevion Medical System（美维医疗系统）；Emory University（埃默里大学）
通过引入双高斯分布改进束流模型的空间和开角分布，获得更精确的相空间文件，以提升独立剂量引擎在临床和研究中的性能。
2026-06-12 physics.med-ph
A novel Boltzmann equation solver for calculation of dose and fluence spectra distributions for proton beam therapy
The University of Texas MD Anderson Cancer Center（德克萨斯大学安德森癌症中心）
本文提出了一种新的玻尔兹曼方程求解器，用于在质子束治疗中实现高精度的剂量和通量谱分布计算。
2026-03-11 physics.med-ph
The First Nozzle-Mounted Compton Camera Prompt Gamma Imaging System for In Vivo Proton Therapy Dose Verification
University of Maryland School of Medicine（马里兰大学医学院）；University of Cape Town（开普敦大学）；University of Wisconsin School of Medicine and Public Health（威斯康星大学医学院与公共卫生学院）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；H3D, Inc.（H3D公司）
本研究首次将喷嘴安装式康普顿相机瞬发伽马成像系统集成到临床质子治疗机头，通过实验验证了其在体内质子射程验证中的可行性，并展示了毫米级射程变化的检测能力。
2026-06-02 physics.med-ph
Five Years of Clinical Application of independent Monte Carlo-Based Patient-Specific Quality Assurance at the Maastro Proton Therapy Center
马斯特里赫特质子治疗中心用基于GPU加速蒙特卡罗代码Fred的自动化PSQA流程取代传统测量，五年验证超9500例，节省4090小时，能早期发现计划错误，是高效可靠的无测量QA方案。
2025-10-15 physics.med-ph
Bridging cone-beam CT and MRI to stopping power ratio maps: a modality-agnostic Brownian bridge approach to support robust adaptive proton therapy
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Henry Ford Health（亨利福特健康系统）；Wayne State University（韦恩州立大学）
本研究提出模态无关的正则化布朗桥（rBBrg）框架，从CBCT或MRI确定性预测阻止本领比（SPR）图，在骨MAE上优于ResNet，伽马通过率更高，支持高效灵活的自适应质子治疗。
2026-09-30 physics.med-ph
Large energy acceptance gantry for proton therapy utilizing superconducting technology
当在用于质子治疗的机架中使用超导（SC）磁体时，机架将受益于尺寸的一些减小和重量的大幅减小。在这方面的贡献，我们显示了一个重要的额外优势的SC磁铁在质子治疗。我们提出了一个扫描架的设计与SC弯曲部分和消色差束流光学具有非常大的光束动量接受$\pm15\%$。由于相关的非常大的能量接受，可以在不改变磁场的情况下执行大约70%的治疗，以与能量调制同步。在我们的设计中，这与2D横向扫描系统和安装在机架中的快速降能器相结合，使得该机架将能够在患者处以非常快速的能量变化执行笔形射束扫描，从而允许显著减少照射时间。我们描述的迭代过程中，我们已经应用到设计的磁铁和光束传输，我们已经使用不同的代码。COSY Infinity和OPAL已被用于设计束流传输光学系统和跟踪磁场中的粒子，该磁场由Opera中设计的磁体产生。与束流光学计算，我们已经推导出一个最佳的消色差束传输与大动量接受的质子笔形束，我们显示的协议与粒子跟踪计算的3D磁场地图。一个新的回旋加速器为基础的设施与这个机架将有一个显着更小的足迹，因为人们可以避免降能器和能量选择系统背后的回旋加速器。在治疗中，该机架将实现非常快的质子束递送序列，这对于移动组织中的治疗可能是有利的。
2019-01-07 physics.med-ph
