Dosímetros 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
8 de Janeiro de 2010
Dosímetros de Fibras Ópticas
-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)
8 de Janeiro de 2010
Diferentes tipos de dosímetros
Dosímetro mais utilizado
Câmara de ionização
Dosímetros com cintiladores
8 de Janeiro de 2010
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
8 de Janeiro de 2010
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)
8 de Janeiro de 2010
Fibras testadas
WLS
I N D U S T R I A L FI B E R O P T I C S, INC
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
Estas fibras são denominadas de
“Wavelength shifters”, transformam
a luz de cintilação ultravioleta azul
em luz visível.
Cintilação
SAINT-GOBAIN
Cor
Diâmetro
Pico de
emissão
(nm)
Tipo
Azul
2
432
BCF-10
Verde
2
530
BCF-60
8 de Janeiro de 2010
Fotodiodos testados
Fotodíodo
Hamamatsu
Detection Technology
Tipo
Área efectiva (mm^2)
S9195
5,0
S1722
13.2
S6344
7,0
33BQ
5.7
66BQ
33,0
PDA
33.6
PDC
5.76
Gama De temperatura
(°C)
(-20 ) a (+60)
Curva de fotosensibilidade do S9195
( adaptado da Hamamatsu).
8 de Janeiro de 2010
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)
8 de Janeiro de 2010
Caixa para fotodíodos e
fibras
Vista lateral da caixa
com revestimento de
chumbo
Zona de irradiação das fibras
Suporte para fotodíodos e fibras
7 de Janeiro de 2010
ESQUEMA EXPERIMENTAL
Electrómetro
Caixa para fibras e fotodíodo
Tubo de raios -X
8 de Janeiro de 2010
MESA DE TESTES/FCUL
8 de Janeiro de 2010
Resposta do sistema fibra WLS + fotodetector em função da
resposta da câmara de ionização
Fibra verde + fotodiodo S9195
Fibra azul+fotodiodo S9195
Fibra vermelha +fotodiodo S9195
1200
300
1200
1000
250
1000
200
800
50 kV
60 kV
600
70 kV
80 kV
400
90 kV
100 kV
200
0
Carga (pC)
Carga (pC)
40 kV
40 kV
50 kV
60 kV
70 kV
80 kV
90 kV
100 kV
150
100
200
300
Kerma (mGy )
400
500
600
40 kV
50 kV
60 kV
70 kv
80 kV
90 kV
100 kV
600
100
400
50
200
0
0
0
Carga (pC)
800
0
100
200
300
kerma (mGy)
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
kerma (mGy)
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
8 de Janeiro de 2010
Sensibilidade do sistema fibra WLS + fotodetector em função da
diferença de potencial
8 de Janeiro de 2010
Resposta do sistema fibra cintilantes + fotodetector em função da
resposta da câmara de ionização
Sinal das fibras cintilantes 6 vezes superior às WLS
8 de Janeiro de 2010
Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do
potencial
A dependência na energia de 5% para 40 - 100kVp.
8 de Janeiro de 2010
Alteração do sistema de testes
-Situação real de aplicação
como dosimetro
-Teste à
manga
opacidade
da
Fibra óptica protegida por
uma manga de plástico
Caixa de isolamento do
fotodiodo
8 de Janeiro de 2010
Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do
potencial
8 de Janeiro de 2010
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
8 de Janeiro de 2010
A dose total dada ao dosimetro (envelhecimento com a radiação)
Fibra Verde
Fibra azul
d.d.p (kVp)
Média (nC)
Desvio
padrão
Diferença
(%)
30 kV
4,21
0,04
0,95
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
50 kV
9,97
0,05
0,50
70 kV
13,51
0,07
0,52
100 kV
16,83
0,06
0,36
8 de Janeiro de 2010
Comparação do sinal fornecido pelas fibras de cintilação com o
sinal da fibra não cintilante
8 de Janeiro de 2010
Influência da luz de fluorescência na sensibilidade do sistema
8 de Janeiro de 2010
Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro
5 mm de fibra óptica cintilante + 300 mm de fibra óptica não cintilante
8 de Janeiro de 2010
Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro
10 mm de fibra óptica cintilante + 300 mm de fibra óptica não cintilante
8 de Janeiro de 2010
Factores que influenciam muito a resposta do Protótipo de
Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante
Esquema ilustrativo da ligação entre
os diferentes componentes do sistema
 luz   recebida acoplamento1 transmitida acoplamento2
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.
8 de Janeiro de 2010
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)
* Cintilador já antes testado por J. F. Williamson et al (1998)
A ligação entre o “nosso” sistema e o desenvolvido por estes
autores faz-se através de testes com uma fonte Ir - 192
8 de Janeiro de 2010
Testes no Hospital de Santa Maria
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8 de Janeiro de 2010
Publicações
- 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
8 de Janeiro de 2010