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电离室探测器因其优异的耐辐照特性在放疗领域得到广泛应用。《Physica Medica》杂志发表的一项创新研究介绍了中国科学院上海高等研究院粒子束应用技术部的最新成果。该团队研发了一套基于条带电离室的高性能测量设备，用于质子治疗装置的调试和QA工作中。该设备可替代传统的闪烁成像系统，实现质子束斑位置和尺寸的高精度测量。
为满足位于瑞金医院的国产首台质子示范装置的使用需求，研究团队开发的电离室具有42cm×32cm的灵敏面积，可完全覆盖治疗头的最大照射野（图1）。电离室由240条垂直条带和180条水平条带组成，条带间距为1.75 mm。为获得最佳信噪比，研究人员将基于FPGA和多通道ADC的高速读出电子学集成在探测器内部。研究团队采用17种能量介于70 MeV至235 MeV的质子束对电离室进行了全面的性能刻度。他们将电离室测得的束斑尺寸和位置与EBT3胶片的测量结果进行了对比分析。此外研究人员还评估了设备的灵敏度和短期稳定性，以确保其在临床应用中的可靠性。
图1.大面积条带电离室 如图2所示，电离室和EBT3胶片测量的束流剖面结果展现出很好的一致性。通过对比分析研究团队发现两种探测器在测量束斑尺寸和位置的结果也能很好的符合，其中尺寸测量的偏差在±0.18 mm以内，位置测量的偏差在±0.17 mm以内，这体现了条带电离室优异的测量精度。此外电离室也在测试中展现了良好的短期测量稳定性、重复性。该电离室灵敏度高，相比传统的二维阵列电离室具备更高的空间分辨率。
图2.条带电离室和EBT3胶片测量82.4 MeV质子束流剖面结果对比 高性能条带电离室的研制为质子放疗装置的调试和QA工作提供了一种快速测量的新方法，它有效克服了传统测量技术的一些局限性。该设备的大灵敏面积和高空间分辨率特性使其能够快速、准确地测量整个治疗野的束斑特性。这项创新性工作不仅为提高质子治疗的测量工作提供了一种高精度和高效率的有力工具，电离室的耐辐照的特性还使其有望在超高剂量率（UHDR）质子治疗中具有广阔的应用前景。
图3.条带电离室和EBT3 图3.条带电离室和EBT3胶片测量质子束斑尺寸结果对比。（a）垂直方向结果；（b）水平方向结果。（来源：Physica Medica 123 (2024) 103411） |
