刘美琪，刘子豪，卢晓明，张红雁,3，杨益东,3*

(1.中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026；2.中国科学技术大学附属第一医院合肥离子医学中心，安徽 合肥 231283；3.中国科学技术大学附属第一医院放疗科，安徽 合肥 230001)

近年来，随着传统[1-4]及超高剂量FLASH质子治疗[5-6]不断发展，质子CT获得更多关注。相比传统光子CT，质子CT(proton CT, PCT)可直接反映组织的相对阻止本领(relative stopping power, RSP)分布[7]、减少CT转化RSP的误差；而影响PCT成像质量的两大因素，即多重库伦散射(multiple Coulomb scattering, MCS)[8-9]和质子能量损失歧离，均与射束能量密切相关。本研究基于蒙特卡罗模拟建立小动物PCT平台，筛选其成像最优质子能量。

1 材料与方法

1.1 蒙特卡罗模拟

1.1.1 体模 2个圆柱形水体模，直径3 cm、高4 cm，体积近似于小鼠。根据小鼠组织的RSP值设计体模1，其内包含4个直径0.5 cm、高4 cm的圆柱形插件，分别由空气(air)、骨骼等效材料(Bone-100)、特氟龙(Teflon)及聚丙烯(polypropylene)组成，用以模拟小鼠不同组织(图1A)。根据美国国家标准技术研究院(National Institution of Standards and Technology, NIST)数据库，得出不同质子能量下4个插件材料RSP参考值(表1)。体模2包含4个高4 cm，直径分别为0.2、0.4、0.8和1.6 mm的圆柱形铝插件，用于分析图像空间分辨率(图1B)。

图1 体模结构图 A.体模1； B.体模2

表1 不同质子能量下体模1插件的RSP参考值、重建值及误差

1.1.2 PCT系统 采用蒙特卡罗工具GEANT4 10.06模拟笔形束PCT系统(图2)，使质子源与体模中心(即成像旋转中心)处于相同高度，质子源距体模中心10 cm、距剩余能量探测器(规格6 cm×6 cm)20 cm；沿z轴正方向发射单能质子，以探测器记录质子出射时的能量。

图2 蒙特卡罗模拟中PCT系统结构示意图

1.1.3 数据采集 采用质子束，从x轴-3 cm至3 cm(以体模中心为坐标原点)分别对体模1(实验1)和2(实验2)进行扫描，步长0.5 mm；……