贡秋平
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来自美国和德国的科研人员近期公布了最新研究成果，他们表示硅二极管探测器不仅成像速度快，且空间和能量分辨率都很高，可以用于质子成像。这种探测器可以用于质子治疗计划制定所需的质子阻止能量测量，成本低，且测量速度快。
X线CT是当前质子治疗计划制定中常用的成像设备，但亨氏单位转换成质子阻止能量以及CT扫描仪的离子束硬化效应（beam hardening effect）导致的不确定性让扩展Bragg峰两侧不得不增宽2.5-3.5%，这无疑影响了质子治疗的一个重要优势——通过确保质子束的Bragg峰能够刚好覆盖肿瘤体积，更好的保护肿瘤周围健康组织。
另外一个治疗计划制定方法是使用质子成像技术，如2D放射成像或3D质子CT，直接测量质子相对阻止能量的解剖学分布。随着医用质子治疗传输系统不断发展进步，相应的成像技术也在研发中，因此对可用于临床的高性价比质子成像探测器的研发需求也变得异常迫切。
目前正在研发的设备分为追踪型探测器和兼容型探测器。追踪成像设备使用2个探测器阵列和1个量热计来测量单个质子轨道和残余能量，但这种设备不能与被动散射质子束相匹配，且成像速度慢，因此无法在临床中应用。
相反，兼容性系统能够与笔形束扫描和被动散射质子束兼容，成像时间足够短，能够满足临床需求。尽管科研人员已经制造出了许多这类探测器，但所有的探测器都有一个很重要的缺陷——比如，塑料核子追踪探测器需要一个与其非常不相称的湿式化学流程，因此CCD相机和闪烁探测的能量分辨率相对非常低，堆线式CMOS感应器也有这一问题。
德州质子中心的Peng Wang和他的同事在他们的最新研究中汇报了一种使用1维硅二极管探测器设计制造的探测器原型机。该探测器由4个硅感应器模块组成，每个模块64mm长，有64个像素。将探测器沿着质子束中轴线摆放，就能采集到靶目标水当量厚度（water equivalent thickness，WET）相关的束流Bragg峰位置图像。
“由于二极管非常小，因此这一设计可以在X方向上获得很高的空间分辨率，在Z方向上获得很高的能量分辨率。”Wang表示。研究人员使用一个聚甲基丙烯酸甲酯板做的块状模型对探测器进行了测试，模型的WET已知，是专门为了测试模型机并获得其空间和对比度分辨率设计的。
通过将模型移动到质子束中心轴位置，研究人员获得了模型的质子放射线图像。WET测量的分辨率和最大误差分别为2.0mm和1.5mm。他们还使用滤波反投影技术重建了质子CT层面，合成的图像与模拟图像非常一致。
“在自适应质子治疗中，使用质子放射线成像和质子CT作为照射范围和剂量认证2D工具的想法越来越受关注。”Loma Linda大学医学物理师Reinhard Schulte对这项研究成果评价说。他还表示，由于新的设计成本非常低，因此相比较在单个质子束追踪和分析基础上研发出来的设备，能够更快的被应用于临床。
在证实了他们的设计有效后，Wang及他的同事们正在着手将探测器模型机标准化，为下一步设备商业化并投入临床使用做准备。
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