Timepix探测器用于粒子识别与质子重离子放疗应用
我们传统使用的放疗方式大多是基于 X 射线或者伽马射线的光子放疗，而由于其被物质吸收过程的基本特性，光子放疗的剂量在人体表面达到最大值然后逐渐减少。
相较而言，基于质子和重离子的粒子放疗，由于其存在布拉格峰（Bragg peak），可控制剂量集中于肿瘤组织，以减少放疗对健康细胞的伤害。
（图片来自Advanced Oncotherapy）
（图片来自ProTom International）
作为一种先进的治疗方式，其发展与优化过程必然伴随着多种科学手段的应用。特别是对其进行更精准的探测和模拟，必将有利于其治疗方案的规划与实施。
我们之前介绍过不同粒子在通过Timepix系列芯片时形成的不同可视化轨迹：
波兰科学院核物理研究所与捷克 Advacam s.r.o. 合作，进行了对不同粒子轨迹的 AI 识别，并模拟质子放疗过程，对其剂量，能量转换分布进行了模拟与测量（Paulina Stasica et al 2023 Phys. Med. Biol. 68 104001）。
以 Timepix 采集不同粒子轨迹并训练 AI 识别。第一阶段，使用确定粒子种类的单一辐射场下 Timepix 的测试数据，训练预设的 AI 模型。第二阶段，使用放疗质子束在水模体中产生的混合辐射场中 Timepix 的测试数据，训练后的 AI 对其进行识别并输出质子图像。如下图所示：
图1. 基于 AI 的粒子识别过程示意图
以线性能量转化率(LET, linear energy transfer)可作为放疗过程中电离密度的量化模式。该工作测量比较了不同质子能量不同入射角度的质子束进入探测器感光材料（Si）的LET 谱。
图2. 以不同能量质子束从不同入射角射入 Timepix 芯片感光层，形成粒子轨迹，并计算其 LET 谱
该工作，使用 Timepix，在 AI 算法的辅助下，探测质子束获得LET谱。
Advacam S.R.O.源至捷克技术大学实验及应用物理研究所，致力在多学科交叉业务领域提供硅传感器制造、微电子封装、辐射成像相机和X射线成像解决方案。Advacam最核心的技术特点是其X射线探制器（基于CERN Timepix、Medipix芯片），没有拼接缝隙（No Gap），因此在无损检测、生物医学、地质采矿、空间探测、艺术品鉴定及中子成像方面有极其突出的表现。Advacam与NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持长期良好的项目合作关系。2021年，spin off子公司Advascope专为电子显微镜EM应用提供定制化粒子探测系统。
北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司中国区的总代理，也在积极推广Timex / Medipix芯片技术，并探索和推广光子计数X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功应用于空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。同时我们也有数台搭载Timpix、Timepix3芯片的MiniPIX探测器样机、Medipix3 芯片的WidePIX 1*5 CdTe探测器样机，我们也非常期待对我们探测器感兴趣或基于探测器应用有新的idea的老师联系我们，我们可以一起尝试做更多的事情。
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下期梗概
海德堡德国癌症研究中心与捷克Advacam s.r.o.合作，以基于Timepix 的探测器组合，对He4离子束进行探测与轨迹重构，实现对人体模型的实时成像以及对放疗部位的监控。