探測器研究中心

        中心以多年高能物理實驗所累積能量,結合國內產學研及醫界,研發生醫技術相關探測器。現階段以研製質子治療品保相關之探測器為主。

        曾執行經濟部「質子治療之相關探測器研製3年計畫」,參與長庚CMRP「質子治療病患劑量模擬與測量」計畫,現參與中研院主題計畫「利用粒子物理研究的技術發展適用於離子束癌症治療的即時監控系統」,及輔仁大學附屬醫院光子放射醫療品保系統開發計畫。

 

        曾主持日本大阪大學RCNP計畫,利用該中心之質子或碳離子,從事探測器性能測試及相關研究,與KEK探測器中心多次合作。與國內核能所同位素組及國家游離輻射標準實驗室合作,從事探測器校正及基本性能測試。多項成果技轉廠商,開發產品之二維探測器銷售至國內長庚醫院(林口及高雄),台北榮總及日本國立癌症中心,都獲好評。此項產品曾獲第十二屆國家新創獎。

        近日衛福部有鑑於新型粒子治療帶來之優點,將適度開放原先限制,改為鼓勵國內醫院多加設置,這改變與中研院主題計畫進展恰巧吻合。中研院發展掌上型正子斷層照影系統(Positron Emission Tomography system),其中每個模組大小5cmx10cm, 512 ch,具有高時間(~1ns)及能量解析度(5%),讀出速度目前大於1MHz,未來可達10MHz,適合粒子治療中即時射程及劑量監測用,可提昇粒子治療精確度,特別是孩童及頭頸癌症病例。預定2021年底到林口長庚質子中心測試原型模組,爭取早日進入醫院臨床試驗。同一探測器也可偵測質子束與病患體內原子核作用產生之瞬時光子(prompt gamma),不同的原子核產生不同能量的瞬時光子,藉此不只偵測質子射程,同時可分辨其對象是氧或者是碳原子,未來可能發展成功能型醫學影像(functional PGI, Prompt Gamma Image);但這些需要更多正確的核反應資料,為此我們不只參考論文及相關資料庫,重要的是我們要有自己可靠的一手資料,所以另外與國內核能所同位素組合作,利用它們30 MeV質子設施,自行蒐集相關資料。同時我們正透過大量模擬優化探測器設計及演算法,如附表一所示,511KeV光子現有效率是23%,但加長晶體長度,改用不同演算法,效率立即提升到48%,增加兩倍;正子斷層照影需要成對光子,所以總效率可增加四倍;利用模擬對提升瞬時光子的偵測效率及影像重建也有同樣有效。

 

        在治療中即時偵測光子時,中子是主要而且令人困擾的背景。直到最近大量使用模擬之後,才發現至今我們對高能量中子瞭解甚少,造成不同模擬對中子產生的預測彼此相差十倍以上,然而我們卻無法判別何者正確,原因在於高能量中子很難利用探測器直接量測到。我們發現利用高能物理實驗使用的RPC(Resistive Plate Chamber)加上合適的材料(如PE),就可量測高能中子的能量和運動方向 (Figure 2)。預期將來會到醫院測量質子治療所產生的中子,同時也量測質子與不同物質作用所產生的中子截面積。

今年開始與輔仁大學附屬醫院合作光子放射醫療品保系統開發計畫,預定以大型二維探測器開發特定軟體及流程,增強光子放射醫療之每日品保項目以提昇醫療品質,並縮短所需時間,將對放射治療帶來大幅正面改變。

 

 

 

Figure 1 中研院掌上型正子斷層照影系統及模組

Table 1 不同探測器大小及演算法對光子偵測效率的影響

Figure 2 量測高能量中子能量和運動方向的方法

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