裸の光学繊維を使用したプロトン療法の線量測定の原因となる可視シグナルは、チェレンコフ放射線ではありません

目的：裸のプラスチック光ファイバーを使用したプロトンビーム線量測定は、プロトンビーム線量測定への単純なアプローチとして浮上しています。この方法の信号の原因は、チェレンコフ放射に起因しています。この研究の目的は、プロトン療法ビームの裸光光度線量測定のシグナルに関与する可視光の性質に関する現象学的研究でした。 方法：固体水ファントムに埋め込まれたプラスチック光ファイバープローブに、プロトン療法サイクロトロンによって生成されたエネルギー100、180、および225 MEVのプロトンビームを照射しました。発光分光法は、CCD共役分光計によって行われました。スペクトルは、ファントムのさまざまな深さで取得され、各ビームエネルギーの深さのパーセント用量（PDD）を測定しました。比較のために、標準の多層イオンチャンバーデバイスを使用してPDD曲線を取得しました。スペクトルにおけるチェレンコフ放射の寄与をさらに分析するために、Fluka Monte Carloコードを使用してモンテカルロシミュレーションを実行して、放射線輸送、電離放射線堆積、およびチェレンコフ放射の光学放出を確率的にシミュレートしました。 結果：裸繊維を使用した測定された深さ用量は、多層イオンチャンバーデバイスによって実行される測定と一致しており、プロトンビーム線量測定に裸繊維プローブを使用する可能性を示しています。プロトン照射された繊維の分光研究は、チェレンコフ放射とは異なる形状の連続スペクトルを示しました。モンテカルロシミュレーションは、生成されたチェレンコフ光の量が培地の放射線吸収用量に従わないことを確認しました。 結論：裸の光繊維を使用したプロトン用量測定の原因となる光信号の供給源は、チェレンコフ放射ではありません。繊維のプラスチック材料の蛍光です。

PURPOSE: Proton beam dosimetry using bare plastic optical fibers has emerged as a simple approach to proton beam dosimetry. The source of the signal in this method has been attributed to Čerenkov radiation. The aim of this work was a phenomenological study of the nature of the visible light responsible for the signal in bare fiber optic dosimetry of proton therapy beams. METHODS: Plastic fiber optic probes embedded in solid water phantoms were irradiated with proton beams of energies 100, 180, and 225 MeV produced by a proton therapy cyclotron. Luminescence spectroscopy was performed by a CCD-coupled spectrometer. The spectra were acquired at various depths in phantom to measure the percentage depth dose (PDD) for each beam energy. For comparison, the PDD curves were acquired using a standard multilayer ion chamber device. In order to further analyze the contribution of the Čerenkov radiation in the spectra, Monte Carlo simulation was performed using fluka Monte Carlo code to stochastically simulate radiation transport, ionizing radiation dose deposition, and optical emission of Čerenkov radiation. RESULTS: The measured depth doses using the bare fiber are in agreement with measurements performed by the multilayer ion chamber device, indicating the feasibility of using bare fiber probes for proton beam dosimetry. The spectroscopic study of proton-irradiated fibers showed a continuous spectrum with a shape different from that of Čerenkov radiation. The Monte Carlo simulations confirmed that the amount of the generated Čerenkov light does not follow the radiation absorbed dose in a medium. CONCLUSIONS: The source of the optical signal responsible for the proton dose measurement using bare optical fibers is not Čerenkov radiation. It is fluorescence of the plastic material of the fiber.