基于蒙特卡罗模拟的离子CT图像重建及相对阻止本领误差研究?

离子束放射治疗(放疗)越来越广泛地被运用于肿瘤治疗。目前使用传统X射线计算机断层扫描(CT)来制定离子放疗治疗计划时存在相对阻止本领(RSP)具有较大误差的问题，理想的方式是直接使用高能离子束对患者成像，生成离子放疗治疗计划设计时所需的医学图像，避免RSP转换从而减小RSP的误差。本研究使用蒙特卡罗程序Geant4/Gate搭建了离子CT模拟平台，设计了理想与现实两种离子CT成像系统探测器，利用最大似然法和ASD-POCS算法实现了图像重建，研究了理想与现实两种设置、多种能量以及不同离子种类对模体内硫、磷、碳和钙四种材料插件重建RSP误差的影响。结果表明，330 MeV质子在理想与现实设置两种情况下的RSP相对误差都小于1.547%，理想设置下的RSP相对误差远小于现实设置，现实设置下各材料的RSP重建误差接近理想设置下的3倍；质子的RSP相对误差随着能量的增加而减小，在230 MeV时的RSP相对误差最大，在硫、磷、碳、钙四种材料中分别为2.855%、2.468%、1.653%、2.553%。在330 MeV时的RSP相对误差达到最小，在硫、磷、碳、钙四种材料中分别为0.181%、0.351%、0.250%、0.245%；在能量330 MeV/u下，碳离子在硫、磷、碳、钙四种材料中的RSP相对误差分别为0.060%、0.281%、0.150%、0.082%，误差均在0.281%以内，RSP相对误差小于330 MeV的质子。因此，与质子CT相比，碳离子CT应能为离子放疗治疗计划设计提供更为精确的RSP数据。