超高剂量率质子束（20-230 Gy/s）集成参考剂量学与监测系统的设计与验证：推动pFLASH放疗临床转化的关键技术突破

　　本文设计并验证了一套集成参考剂量学与监测系统，针对超高剂量率（UHDR）质子束（20–230 Gy/s）的实时剂量监测难题，创新性地整合了法拉第杯（FC）、双间隙电离室（DGIC）和二次发射监测器（SEM），实现了在极端束流条件下高精度（不确定度<3%）、高重复性的剂量测量，为质子FLASH放疗（pFLASH-RT）的临床转化和放射生物学研究提供了关键技术支持。

　　

Highlight

Purpose:

本研究旨在设计、开发和测试一套集成参考剂量学与束流监测系统，专为剂量率范围在20 Gy/s至230 Gy/s的质子束量身定制。主要目标是为诊断和剂量测定建立一个稳健的系统，以应对与超高剂量率（UHDR）放射治疗相关的挑战。拟议的探测器链旨在确保精确的剂量测量，为FLASH质子治疗（pFLASH-RT）的未来临床应用和放射生物学实验提供支持。

Methods:

该系统集成了三个探测器：一个二次发射监测器（SEM）、一个双间隙电离室（DGIC）和一个法拉第杯（FC），共同提供剂量测量。SEM和DGIC持续运行以监测剂量率，而采用创新几何和电子设计的FC则确保剂量校准。实验验证在INFN-LNS使用62 MeV质子束进行，覆盖了多种剂量率。应用了包括Boag–Wilson理论在内的校准程序和校正算法，以确保剂量学和监测系统的可靠性。

Results:

实验结果表明，整个系统具有高度的可重复性和准确性。FC的平均相对剂量不确定度为2%，在不同剂量率（甚至最高测试剂量率230 Gy/s）下均无显著响应变化。同样，SEM表现出稳定的性能，与FC测量的平均一致性在1.4%以内。此外，基于收集效率参数的校正因子应用将DGIC的测量不确定度降低至3%以下。

Conclusion:

所提出的系统为UHDR质子束的剂量测定提供了一个可靠的解决方案。其在极端束流条件下提供准确、实时剂量测量的能力，支持了pFLASH-RT融入临床实践。虽然本工作中使用的单个探测器（法拉第杯、DGIC、SEM）基于成熟技术，但本研究的创新之处在于将这些组件集成并交叉校准在一个单一的实时剂量学架构中，并在宽剂量率范围内进行了实验验证。此外，该系统的稳健性和可重复性使其成为推进放射生物学研究和确保UHDR质子治疗安全应用的宝贵工具。