利用宇宙线缪子对物体成像需要确定缪子的径迹,而对缪子的击中点进行精确定位是缪子径迹重建的关键。当前主流的缪子径迹探测系统需要搭配多路电子学通道才能对缪子的击中点进行精确定位,此类探测系统的构造复杂且成本高昂。为实现简便、低成本且高精度的缪子径迹探测系统设计,本研究基于Geant4软件,对无切割式的方形和圆形塑料闪烁体耦合硅光电倍增器(Silicon Photonmultipliers,SiPMs)的探测器进行模拟研究,使用SiPM收集的光子数和触发SiPM响应的时间作为特征参数,采用人工智能回归算法作为缪子定位的方法。模拟结果表明:以光子数作为特征参数的回归算法中,长短时间记忆(Long Short Term Memory,LSTM)算法在三种回归算法中的精度最高;在LSTM算法下,探测器上表面耦合12个SiPM的位置分辨率可达到厘米级别;当使用光子数和触发时间作为特征参数时,在探测器侧边仅耦合6个SiPM的位置分辨率同样能达到厘米级别,且与大面积塑料闪烁体四角耦合光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)的探测器在实验中对缪子定位得到的结果吻合。本研究使用LSTM回归算法作为缪子定位算法,提出的在塑料闪烁体侧边耦合6个SiPM的探测器系统结构简便、制造成本低且定位精度达到厘米级别。
硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是一种新兴的放射治疗技术,而呼吸运动是BNCT治疗肺癌影响剂量准确度的关键问题。为了量化呼吸运动对BNCT治疗肺癌的剂量学影响,采用蒙特卡罗模拟方法构建肺癌治疗中肿瘤及器官随呼吸运动时空变化的动态模型,并开展BNCT蒙特卡罗剂量计算。本文基于多功能数智化蒙特卡罗程序平台(Multi-function and Generalized Intelligent Code-bench based on Monte Carlo method,MagicMC),结合描述呼吸运动的高阶余弦函数,建立动态剂量计算模型,采用MagicMC计算呼吸运动三维空间不同运动方向造成的肿瘤及器官剂量误差。结果表明:在一个呼吸周期中,三个运动方向上肿瘤均在50%时相剂量百分差异最大,左右方向(Lateral,LR)为0.310%,前后方向(Anterior-posterior,AP)为5.830%,头脚方向(Superior-inferior,SI)为-2.852%。健康组织器官距照射野距离越近,器官受照剂量率越高,LR方向心脏剂量百分差异最大为2.070%,AP、SI方向右肺剂量百分差异最大分别为4.128%、-11.962%。在BNCT治疗照射时间下,器官AP方向运动对肿瘤剂量影响最大,剂量误差为1.644%。对于健康组织器官,三个运动方向造成的剂量误差均不超过±4%。研究表明,BNCT治疗肺癌时器官呼吸运动会对肿瘤及健康器官所受剂量产生影响,计算结果可为BNCT治疗肺癌剂量精准计算与临床照射剂量修正提供参考。
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