CHEMONO：一种仅用于切伦科夫辐射探测的整块式探测器，用于质子范围内伽马射线（PGI）的验证

《IEEE Transactions on Radar Systems》：CHEMONO: A Cherenkov-Only Monolithic Detector for PGI in Proton Range Verification

质子治疗中质子范围验证（PRV）的关键技术研究，采用单晶纯切伦科夫体探测器（PbF2晶体+8x8 SiPM阵列），通过三种算法（CoG、RTP、NN）重建测试，证实神经网络算法在3.7±0.9mm方向上具有最优空间分辨率，且单晶切伦科夫体首次实现多兆电子伏伽马成像的详细表征，具备高计数率、强背景抑制及低成本优势。

　　

摘要：

在质子治疗中，质子射程验证（PRV）是一个尚未得到满足的临床需求。使用厚准直器的瞬时伽马成像（PGI）是目前最为成功的PRV方法。该方法中的伽马探测器由闪烁晶体与光电探测器组成。在这项工作中，我们报告了开发并使用由单片纯切伦科夫发射体晶体制成的探测器来实现相同目的。我们首次证明了这种探测器配置能够通过来自准直狭缝的测量数据提供一个方向上的空间分辨率信息。该探测器由一块尺寸为25×25×10毫米3的PbF2晶体组成，该晶体与Hamamatsu公司的S13361-3050AE-08型SiPM（硅光电倍增管）阵列相连。SiPM阵列采用8×8通道的行列式读出方式，并通过列的总和来触发信号。测试了三种不同的事件重建算法：重心（CoG）、功率上升（RTP）和神经网络（NN）。神经网络（NN）获得了最佳的空间分辨率，所有位置的半高宽（FWHM）平均值为3.7±0.9毫米。重心（CoG）和功率上升（RTP）算法也显示出随着狭缝位置的变化而变化的趋势，尽管结果较为温和，所有位置的FWHM平均值在4到7毫米之间。这是首次对用于多MeV伽马成像的单片纯切伦科夫发射体进行特性分析。研究结果表明，这种探测器概念具有潜力，可以作为PRV中准直PGI的替代方案，能够承受高计数率，有效抑制背景噪声，并且基于晶体主要组件的成本，其制造成本较低。