Estimation of tissue‐water linear stopping power ratio of the proton beam from proton density‐weighted MRI

The relationship between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi> <mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>water</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:annotation>${{H}_{tissue,\ {\mathrm{water}}}}$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi> <mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>water</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:annotation>${{S}_{tissue,\ {\mathrm{water}}}}$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> remained consistent despite variability in tissue composition and treatment energies. The D₂O-H₂O phantom, which is simple and reproducible, proved effective for accurately calibrating proton density-weighted MRI against <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi> <mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>water</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:annotation>${{H}_{tissue,\ {\mathrm{water}}}}$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> . These findings demonstrate the potential of proton density-weighted MRI to directly estimate <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi> <mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>water</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:annotation>${{S}_{tissue,\ {\mathrm{water}}}}$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> . A separate method to identify adipose through lipid concentration measurement may further improve accuracy in soft tissues.