Programa Nacional de Formação

em Radioterapia

Dosimetria Termoluminescente

Dra. Luciana Tourinho Campos

Mestrado Profissional em Física Médica

Instrumentação Nuclear II

O que é termoluminescência?

Materiais quando aquecidos.

Exposição à radiação ionizante.

São capazes de emitir luz.

Materiais termoluminescentes (TL)

Fenômeno conhecido como termoluminescência.

Histórico

Homens das cavernas e alquimistas

Alguns minerais luminescem quando aquecidos no

escuro.

Robert Boyle (1663)

luz de diamantes aquecidos

Elsholtz (1676)

luz no mineral fluorspar, quando aquecido

Oldenburg (1705)

luminescência da fluorita

Pensavam que a luz era proveniente do próprio fogo.

Histórico

Röntgen (1895)

descoberta dos raios X:

chapas fotográficas (primeira técnica usada em

dosimetria), mas apresentava baixa sensibilidade.

Em 1928 foi utilizada em monitoração individual.

Wiedelmahn e Schmidt (1895)

raios catódicos induzindo termoluminescência

Trowbridge e Burbank (1898)

aquece fluorita, retirando sua TL natural

e re-excita com raios X.

Medidas TL como hoje

Marie Curie (1904)

TL induzida por radiação

Morse (1905)

espectro de emissão TL

Urbach (1930)

TL para medir distribuição de profundidade de

armadilhas de elétrons (temperatura do máximo de

emissão TL)

Outros Desenvolvimentos

Teoria:

Randall e Wilkins (1945)

Garlick e Gibson (1948)

Instrumentação:

Daniels (1950): dosimetria TL (materiais e

equipamentos)

Houtermans (1957): aparelho para quantificar as

curvas de emissão TL, com taxa de aquecimento de

40 a 80 K/s.

Primeiras Aplicações Dosimétricas

Daniels - University of Wisconsin (anos 50)

LiF para medir radiação após um teste com bomba

com Brucer em Oak Ridge: dosimetria “in vivo” em

paciente após dose terapêutica de 131I.

A partir de 1960, aumentou rapidíssimo o uso de TL para

dosimetria, devido a vantagens da técnica e a

disponibilidade de materiais e instrumentação.

50% dos hospitais e 90% das instituições utilizam

dosimetria termoluminescente para dosimetria in vivo.

Dosimetria Termoluminescente

Qualidades únicas

Física presente no fenômeno TL.

Materiais TL mais comuns

Algumas aplicações da dosimetria TL em física

médica.

Termoluminescência e Dosimetria Termoluminescente

Termoluminescência = processo em dois

estágios:

exposição à radiação ionizantearmazenamento

de energia;

o material é aquecido relaxação termo-

estimulada, com emissão de luz.

Dosimetria TL = determinação da dose, usando

material TL:

medida da intensidade de luz emitida;

correlação da intensidade de luz emitida com a

dose, através de calibração.

Termoluminescência

Modelo de bandas para os níveis de energia.

Cristais iônicos.

Termoluminescência

Dosímetro Termoluminescente – TLD

Resposta linear para um amplo intervalo de doses.

Apresentar sensibilidade mesmo para doses muito

pequenas (0,05x10-1 e 2x10-1 mSv)

Resposta estável

Resposta reprodutível

Curva de Emissão TL simples.

Dosímetro Termoluminescente – TLD

Dosímetro Termoluminescente – TLD

ANALISADOR

MULTICANALCOMPUTADOR

TUBO

PM

ALTA

TENSÃO

AMPLIFICADOR

DISCRIMINADOR

SISTEMA ÓTICO

TERMOPAR

CONTROLADOR

DE

AQUECIMENTO

BANDEJADOSÍMETRO

TUBO

PM

AMPLIFICADOR

REGISTRADOR

MEDIDOR DE TAXA

ESCALAR

Esquema da Leitora de TLD

Leitora de TLD

• Leitor TL Fimel PCL3

Acessórios

Leitora de TLD

Leitora Manual Harshaw 4500

Leitora de TLD

Leitora Automática Harshaw 5500

Curva de Emissão Termoluminescente

A curva de intensidade da luz emitida, em função da

temperatura, é denominada curva TL

Temperatura

Inte

ns

ida

de

TL

Curva de Emissão Termoluminescente

Tratamento Térmico

Pré-tratamento térmico

Sinais residuais TL

Sensibilidade

Baixa temperatura

Desvanecimento

Pós-tratamento térmico

Eliminar picos indesejáveis

Tratamento Térmico

Material TL Tratamento Térmico

Pré Pós

LiF:Mg, Ti 400°C/1h+10°C/2h 100°C/15 min

CaF2:Dy 400°C/1 h+10°C/2 h 100°C/15 min

CaSO4:Dy 300°C/3 h 100°C/15 min

CaF2:Mn 400°C/1 h

LiF:Mg,P,Cu 240°C/10 min

Li2B4O7:Mn 300°C/15 min 100°C/15 min

• Forno PTW• Forno EDG

• Forno Bicron

Características de Resposta do TLD

Função da dose

Desvanecimento

Dose Mínima Detectável

Sensibilidade

Reprodutibilidade

Dependência Energética

Resposta Termoluminescente em função da dose

Região linear

Supralinear

Saturação

Dosimetria

Proporcionalidade entre a termoluminescência e a

dose de radiação.

Resposta Termoluminescente em Função da Dose

Resposta Termoluminescente em Função da Dose

Material TL Região Linear (cGy)

LiF:Mg,Ti 10-2 – 102

Li2B4O7:Mn 10-2 – 102

CaF2:Mn 10-4 – 103

CaF2:Dy 10-5 – 103

BeO 10-2 – 102

Desvanecimento

Desvanecimento Térmico

Escape de elétrons e buracos é um fenômenoestatístico.

Probabilidade depende da temperatura.

Liberação espontânea dos elétrons das suasarmadilhas, e consequente emissão de luz.

Fatores de correção devem se utilizados para o

desvanecimento.

Desvanecimento Ótico

Induzido pela luz solar ou artificial (UV).

Transições eletrônicas.

Criação de sinal espúrio.

Perda de informação latente do material.

Desvanecimento

Material TLDesvanecimento

Térmico (25°C)

Desvanecimento

Ótico

LiF:Mg,Ti 5% em 1 ano Fraco

Li2B4O7:Mn 10% em 2 meses Fraco

CaF2:Mn 1% em 1 dia –

CaF2:Dy 13% em um mês Forte

BeO 8% em 3 meses Forte

CaSO4:Mn 50 – 85% em dias –

Desvanecimento

Dose Mínima Detectável

Leitura de Dose Zero

Características do tubo fotomultiplicador.

Propriedades do material TL.

Tratamento Térmico.

Irradiações anteriores.

n

TL

TL

n

1ii

0

Sensibilidade

É a resposta média de um TLD em relação à

resposta média de todos os componentes de um

determinado grupo de TLD’s.

Minimizar as diferenças de sensibilidade.

Fatores de calibração individuais.

n

1ii

ii

TLn

1

TLS

Sensibilidade

Estabilidade e Reprodutibilidade

Estabilidade físico-química.

Quantidade de termoluminescência não semodifica.

Utilização em dosimetria.

Reprodutibilidade.

Cálculo do desvio padrão.

Dependência Energética da Resposta TL

Medida absorvida pelo material TL em

comparação com um material de referência

(ar).

Coeficientes absorção de energia em

massa.

Aren

TLenD

/

/

Dependência Energética da Resposta TL

Método A

Pastilhas com fatores de calibração fora de um

determinado intervalo de aceitação são rejeitadas.

Calibrações são executadas considerando-se que todas

as pastilhas restantes possuem a mesma sensibilidade.

Este método é o que oferece menos precisão.

Métodos de Calibração

Método B

Pastilhas são ordenadas por sensibilidade.

Agrupadas par a par de modo que cada par

contenha uma pastilha mais sensível e uma menos

sensível.

A sensibilidade média de cada par de pastilhas será

a mesma.

Métodos de Calibração

Método C

Cada pastilha é identificada.

Para cada uma delas é determinado um fator de

sensibilidade.

Todas as pastilhas são utilizadas para determinar o

fator de calibração.

Métodos de Calibração

D = L/Fc.fE.fl.fD

D = Dose ou grandeza de interesse;

L = Resposta do dosímetro TL;

Fc = Fator de calibração1;

fE = Fator de dependência energética;

fl = Fator de linearidade;

fD = Fator de desvanecimento.

1Obtido para uma determinada energia.

Avaliação da Dose com TLD

Aplicações da Dosimetria

Termoluminescente na Física

Médica

Aplicação da Dosimetria TL

Individual

extremidade corpo inteiro tecido

Ambiental

espacialterrestre

Clínica

radiologia diagnóstica radioterapia

Alta Dose

esterilização

de alimentos

reator

teste de

materiais

Vantagens

Dimensões diminutas.

Equivalência ao tecido.

Integração da dose.

Não necessidade de cabos.

Detetores reutilizáveis e baratos.

Formas variadas disponíveis.

Independente de condições ambientais.

Grande variedade de materiais TL.

Desvantagens

Dosimetria absoluta.

Leitura não imediata.

Instrumentação necessária à avaliação cara.

Ausência de registro permanente de dose no

detetor.

Precisão e acurácia.

Monitoração Ambiental

monitorestação

Monitoração Individual

Monitoração Individual

Monitoração Individual

Radiodiagnóstico - Controle em Odontologia

O kit dosimétrico

Cadastro informatizado

Recebimento do Kit pelo

dentista

Entrada de dados eemissão de relatórioDevolução

ao IRD

Avaliação do Kitno laboratório

Solicitação deinspeção/preenchimento

da OS e CadastroEnvio do Kitodontológico

Envio do relatóriofinal

Irradiarconformeinstruções

O Kit Postal com TLD

Instruções

Filme

TLD C

TLD D

Indicação do localde Irradiação

Filme

TLD A

TLD B

Medidas:• Dose na pele• Filtração total• Diâmetro de irradiação

FILTRO

Radioterapia

Avaliação postal

Controle de Qualidade

Medidas in vivo

Aferição de fontes terapêuticas

Radioterapia

Avaliação postal

Em radioterapia o objetivo da dosimetria é a

certificação da dose no volume alvo.

Recomendação de ±5%. (ICRU 24).

D<5% - Nível de Aceitação

5% <D<10% - Fora do Nível de Aceitação

Telefonema ao SR

Envio de segundo Kit postal

Inspeção in loco se necessária

Radioterapia

Avaliação postal

Radioterapia

Avaliação postal

Tese de Mestrado de Alfredo Viamonte Marin “Desenvolvimento de um sistema dosimétrico postal

para uso em programas de qualidade em radioterapia com feixes de fótons em condições de não

referência”.

Radioterapia - Braquiterapia

Avaliação postal

Tese de Mestrado de Victor Gabriel “Estudo dosimétrico para caracterização para um sistema postal

de controle de qualidade em braquiterapia”.

Radioterapia

Avaliação postal

Tese de Doutorado de Roberto Salomon de Souza “Desenvolvimento de um sistema para controle de

qualidade em radioterapia de intensidade modulada (IMRT)”.

Objeto simulador para controle de

qualidade em IMRT.Placa com as cinco heterogeneidades: 2 de

PVC (laterais), 1 de polietileno (inferior), 1

de acrílico (centro) e 1 de nylon (superior).

Radioterapia

Medida in vivo

Tese de Mestrado de Cláudio Castelo Branco Viegas “Dosimetria In Vivo com Uso de Detectores

Semicondutores e Termoluminescentes Aplicada ao Tratamento de Câncer de Cabeça e Pescoço”.

Radioterapia

Tese de Mestrado de Jetro Pereira de Oliveira “MEDIDAS DE DOSES NO RETO EM PACIENTES

SUBMETIDAS À BRAQUITERAPIA DE ALTA TAXA DE DOSE DURANTE O TRATAMENTO

DO CÂNCER DO COLO UTERINO”.

Medida in vivo

Luciana Tourinho Campos

Professor Adjunto

tc_luciana@yahoo.com.br

Mestrado Profissional em Física Médica