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Estimating the stopping power distribution during proton therapy: A proof of concept

Titel in Übersetzung: Abschätzung der Bremsvermögensverteilung während der Partikeltherapie: eine Machbarkeitsstudie

V. Ferrero* (Geteilte Erstautorenschaft), Julius Friedemann Werner (Geteilte Erstautorenschaft), Piergiorgio Cerello, Elisa Fiorina, Anna Vignati, F. Pennazio (Geteilte Letztautorenschaft), Magdalena Rafecas (Geteilte Letztautorenschaft)

*Korrespondierende/r Autor/-in für diese Arbeit

Abstract

Objective: We introduce a new treatment verification technique to estimate the primary particle’s stopping power from prompt gamma timing measurements in proton therapy.

Approach: The starting point is the Spatio-temporal Emission Recostruction technique, which provides the time-depth distribution of the emitted prompt photons with a multiple Prompt-Gamma Timing detector setup based on Lanthanum Bromide crystals. A dedicated formalism based on an analytical approximation of the stopping power is developed to obtain the desired information. Its performance is evaluated in a proof of concept configuration via Monte Carlo simulations of monochromatic proton beams impinging on a homogeneous PMMA phantom.

Main Results: Results indicate stopping power estimations as good as 3.8% with respect to NIST values, and range estimations within 0.3 cm (standard deviation), when considering 250 ps FWHM timing resolution.

Significance: The current study shows, for the first time, the feasibility of evaluating the stopping power of primary beams with a technique that can be performed in-vivo, opening up new possibilities in the field of treatment verification and therapy optimization.
Titel in ÜbersetzungAbschätzung der Bremsvermögensverteilung während der Partikeltherapie: eine Machbarkeitsstudie
OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer971767
ZeitschriftFrontiers in Physics
Jahrgang10
ISSN2296-424X
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 28.09.2022

UN SDGs

Dieser Output leistet einen Beitrag zu folgendem(n) Ziel(en) für nachhaltige Entwicklung

  1. SDG 3 – Gesundheit und Wohlergehen
    SDG 3 – Gesundheit und Wohlergehen
  2. SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur
    SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur

Strategische Forschungsbereiche und Zentren

  • Forschungsschwerpunkt: Biomedizintechnik
  • Zentren: Center of Imaging Sciences (CIS)

DFG-Fachsystematik

  • 2.22-32 Medizinische Physik, Biomedizinische Technik

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