FLASH radiotherapy using high-energy X-rays: critical dosimetry design and characteristic of FLASH radiation platform based on compact LINAC

摘要: 与传统剂量率放射治疗（CONV-RT）相比，超高剂量率放射治疗（FLASH RT）能够减少对正常组织的损害，同时有效杀灭癌细胞。为了满足临床需求并适应大多数医院的安装条件，有必要开发一种室温紧凑型FLASH直线加速器。由中国工程物理研究院应用电子学研究所和中久大光医疗科技有限公司共同打造的FLASH-RT平台能够产生超高剂量率的X射线。本研究旨在测量实验平台的剂量并验证我们的设计。将EBT4胶片安装在固体水中，以测量不同射野大小下的百分深度剂量（PDD）曲线和剂量分布轮廓。基于实验平台和初始束流参数，使用MCNP6（蒙特卡罗N粒子输运代码，第6版）建立了蒙特卡罗模型，以优化转换靶厚度并测量PDD和束流轮廓。同时，为了满足用户对不同剂量率的要求，并实现同一台机器的实验，通过蒙特卡罗建模分析了几种剂量率调整方法的可能性。结果表明，在 X 射线 FLASH-RT 实验平台上，源皮距（SSD）为 50 厘米时，最大平均剂量率超过 330 Gy/s，脉冲内剂量率约为 7500 Gy/s，远高于触发 FLASH 效应所需的条件（≥40 Gy/s）。所有 PDD 曲线和轮廓的蒙特卡罗模拟结果与实验数据之间的差异均小于 3%。此外，伽马分析（2 毫米/2%标准）表明通过率超过 95%，证实结果完全在临床可接受的公差范围内。对于转换靶材料厚度的优化，结合最大转换效率原则所获得的平均剂量比连续减速近似（CSDA）范围增加了约 12.7%。建议仅调整平均剂量率的方法来改变脉冲频率，而同时改变平均剂量率和瞬时剂量率的方法是添加相应厚度的屏蔽。在次级准直器前使用该材料。此剂量率范围能够满足在同一台机器上进行 CONV-RT 和 FLASH-RT 的要求，最大程度地减少实验生物变异性。