Dosímetros de Fibras Ópticas Florbela Rêgo Luís Peralta Mafalda Gomes Jornadas do L I P 2010...

Dosímetros de Fibras ÓpticasDosímetros de Fibras Ópticas

Florbela Rêgo

Luís Peralta

Mafalda Gomes

Jornadas do L I P 2010 LABORATÓRIO DE INSTRUMENTAÇÃO E FÍSICA EXPERIMENTAL DE PARTÍCULAS

Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante

1 – 5 ou 10 mm de fibra óptica cintilante (verde ou azul)

2 –300 mm de fibra não cintilante

3 – Fotodiodo S9195

8 de Janeiro de 2010

Fotografias do Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante


-Estudo da dependência da resposta do dosimetro em energia (20 a 100

keV).

-- Estudo da estabilidade do dosimetro em função da:

b) dose recebida pelo ao dosimetro (envelhecimento com a

radiação)

c) dependência da resposta com a distância à fonte de raios-X

-Estudo da reprodutibilidade dos resultados obtidos

- Estudo da resposta do dosimetro em ar e num fantoma de acrílico

-Futuro imediato : Testes no Hospital de Santa Maria com fonte de Ir -192

(energias até 500 keV)

Dosímetros de Fibras ÓpticasDosímetros de Fibras Ópticas


Diferentes tipos de dosímetros


Dosímetro mais utilizado Câmara de ionização

Dosímetros com cintiladores

Vantagens dos cintiladores plásticos como dosimetros

- O plástico é equivalente à água

- Resposta linear com o dose

- São independentes da taxa de dose

- São razoavelmente independentes da energia

- São independentes da temperatura e da pressão

- Têm elevada resolução espacial

- Medir dose em tempo real nos feixes de radioterapia


Desvantagens dos cintiladores plásticos como dosimetros


- O sinal lido é dependente do sistema de leitura

- É muito difícil a sua utilização como um dosimetro primário

- Dependência do sinal na luz Cherenkov (altas energias, ~ 200 keV)

-Dependência do sinal na luz de Fluorescência (baixas energias, < 40 keV)

Fibras testadasI N D U S T R I A L FI B E R O P T I C S, INC

SAINT-GOBAIN

Cor Diâmetro(mm)

Pico de emissão

(nm)

Tipo

Azul 1 435 IF-810084

Verde 1 490 IF- 810082

Verde 2 490 IF-810094

Vermelha 1 635 IF-810087

Vermelha 2 635 IF- 810093

Cor Diâmetro Pico de emissão

(nm)

Tipo

Azul 2 432 BCF-10

Verde 2 530 BCF-60


Estas fibras são denominadas de “Wavelength shifters”, transformam a luz de cintilação ultravioleta azul em luz visível.

WLS

Cintilação

Fotodiodos testados

Curva de fotosensibilidade do S9195 ( adaptado da Hamamatsu).


Fotodíodo Tipo Área efectiva (mm^2) Gama De temperatura (°C)

Hamamatsu

S9195 5,0

(-20 ) a (+60)

S1722 13.2

S6344 7,0

33BQ 5.7

66BQ 33,0

Detection Technology PDA 33.6

PDC 5.76

Vantagens da utilização de fotodiodos

- Fácil leitura, utilizando um electrómetro (picoamperimetro)

-Boa Sensibilidade na zona do visível

- São pequenos e robustos

-Não necessitam de alimentação (ao contrário dos PMT)



Caixa para fotodíodos e fibras

Vista lateral da caixa com revestimento de chumbo

Zona de irradiação das fibras

Suporte para fotodíodos e fibras

ESQUEMA EXPERIMENTAL

Electrómetro

Tubo de raios -X

Caixa para fibras e fotodíodo


MESA DE TESTES/FCUL


Resposta do sistema fibra WLS + fotodetector em função da resposta da câmara de ionização

0 100 200 300 400 500 6000

200

400

600

800

1000

1200

Fibra azul+fotodiodo S9195

40 kV50 kV60 kV70 kV80 kV90 kV100 kV

Kerma (mGy )

Car

ga (

pC)

0 100 200 300 400 500 6000

50

100

150

200

250

300

Fibra verde + fotodiodo S9195

40 kV50 kV60 kV70 kV80 kV90 kV100 kV

kerma (mGy)

Car

ga (p

C)

0 100 200 300 400 500 6000

200

400

600

800

1000

1200

Fibra vermelha +fotodiodo S9195

40 kV50 kV60 kV70 kv80 kV90 kV100 kV

kerma (mGy)

Car

ga (p

C)

Para todas as fibras testadas verifica-se uma boa linearidade entre a resposta do sistema fibra + fotodetector e a resposta dada pela câmara de ionização


Sensibilidade do sistema fibra WLS + fotodetector em função da diferença de potencial


Resposta do sistema fibra cintilantes + fotodetector em função da resposta da câmara de ionização

Sinal das fibras cintilantes 6 vezes superior às WLS


Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do potencial

A dependência na energia de 5% para 40 - 100kVp.


Alteração do sistema de testes

Caixa de isolamento do fotodiodo

Fibra óptica protegida por uma manga de plástico

-Situação real de aplicação como dosimetro

-Teste à opacidade da manga


Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do potencial


Reprodutibilidade dos resultados obtidos, realizados com luz visível

Valor médio da carga (nC)

Desvio padrão Diferença percentual média (%)

Fibra Verde 1186,27 41,91 3,53

Fibra Azul 997,77 37,29 3,74

Fibra Branca 1114,48 38,18 3,43


A dose total dada ao dosimetro (envelhecimento com a radiação)

d.d.p (kVp)

Média (nC) Desvio padrão

Diferença (%)

30 kV 4,21 0,04 0,95

Fibra Verde 50 kV 8,34 0,08 0,96

70 kV 11,29 0,11 0,97

100 kV 14,08 0,09 0,64

30 kV 5,02 0,02 0,40

Fibra azul 50 kV 9,97 0,05 0,50

70 kV 13,51 0,07 0,52

100 kV 16,83 0,06 0,36


Comparação do sinal fornecido pelas fibras de cintilação com o sinal da fibra não cintilante


Influência da luz de fluorescência na sensibilidade do sistema


Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro

5 mm de fibra óptica cintilante + 300 mm de fibra óptica não cintilante


Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro

10 mm de fibra óptica cintilante + 300 mm de fibra óptica não cintilante


Esquema ilustrativo da ligação entreos diferentes componentes do sistema

21 oacoplamentatransmitidoacoplamentrecebidaluz

Factores que influenciam muito a resposta do Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante

Eficiência de acoplamento, para um bom acoplamento entre as interfaces, (fibra cintilante-fibra não cintilante e fibra não cintilante e fotodetector ) assume-se que cerca de 50% dos fotões são transmitidos através de cada interface.


Principais diferenças entre o “nosso” protótipo e o de J. Lambert et al (2006)

Protótipo de dosimetro Dosímetro de J. Lambert et al

Cintilador BCF-10 e BCF-60 Cintilador BC400*

Fotodiodo S9195 PMT

Testado para baixas energias(dezenas de keV)

Testado com energias mais elevadas (centenas de keV)

A ligação entre o “nosso” sistema e o desenvolvido por estes autores faz-se através de testes com uma fonte Ir - 192

* Cintilador já antes testado por J. F. Williamson et al (1998)


Testes no Hospital de Santa MariaTestes no Hospital de Santa Maria

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PublicaçõesPublicações- 16ª Conferência Nacional de Física e 17º Encontro Ibérico para o Ensino da Física (Poster)

- 2008 IEEE Nuclear Science Symposium,(NSS) Medical Imaging Conference and 16th Room Temperature Semiconductor Detector Workshop ( Poster)

- Physics for Health in Europe Workshop ( Towards a European roadmap for using physics tools in the development of diagnostics techniques and new cancer therapies) 2 – 4 February 2010 CERN

- Estão a ser elaborados três artigos para publicação


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