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1 Dosímetros de Fibras Ópticas Florbela Rêgo Luís Peralta Mafalda Gomes Jornadas do L I P 2010 LABORATÓRIO DE INSTRUMENTAÇÃO E FÍSICA EXPERIMENTAL DE PARTÍCULAS

2 Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante 1 5 ou 10 mm de fibra óptica cintilante (verde ou azul) mm de fibra não cintilante 3 Fotodiodo S9195

3 Fotografias do Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante 8 de Janeiro de 2010

4 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)

5 Diferentes tipos de dosímetros Dosímetro mais utilizado Câmara de ionização Dosímetros com cintiladores

6 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

7 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 I N D U S T R I A L FI B E R O P T I C S, INC Fibras testadas WLS Cor Diâmetro (mm) Pico de emissão (nm) Tipo Azul IF Verde IF Verde IF Vermelha IF Vermelha IF Estas fibras são denominadas de Wavelength shifters, transformam a luz de cintilação ultravioleta azul em luz visível. SAINT-GOBAIN Cintilação Cor Diâmetro Pico de emissão (nm) Tipo Azul BCF-10 Verde BCF-60

9 Fotodiodos testados Fotodíodo Tipo Área efectiva (mm^2) Gama De temperatura ( C) Hamamatsu S9195 5,0 S S6344 7,0 33BQ BQ 33,0 Detection Technology PDA 33.6 PDC 5.76 (-20 ) a (+60) Curva de fotosensibilidade do S9195 ( adaptado da Hamamatsu). 8 de Janeiro de 2010

10 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)

11 7 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

12 ESQUEMA EXPERIMENTAL Electrómetro Caixa para fibras e fotodíodo Tubo de raios -X

13 MESA DE TESTES/FCUL 8 de Janeiro de 2010

14 Resposta do sistema fibra WLS + fotodetector em função da resposta da câmara de ionização 1200 Fibra azul+fotodiodo S Fibra verde + fotodiodo S Fibra vermelha +fotodiodo S Carga (pc) kv 50 kv 60 kv 70 kv 80 kv 90 kv 100 kv Carga (pc) kv 50 kv 60 kv 70 kv 80 kv 90 kv 100 kv Carga (pc) kv 50 kv 60 kv 70 kv 80 kv 90 kv 100 kv Kerma (mgy ) kerma (mgy) 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

15 Sensibilidade do sistema fibra WLS + fotodetector em função da diferença de potencial 8 de Janeiro de 2010

16 Resposta do sistema fibra cintilantes + fotodetector em função da resposta da câmara de ionização Sinal das fibras cintilantes 6 vezes superior às WLS

17 Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do potencial A dependência na energia de 5% para kVp.

18 Alteração do sistema de testes -Situação real de aplicação como dosimetro -Teste à opacidade da manga Fibra óptica protegida por uma manga de plástico Caixa de isolamento do fotodiodo

19 Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do potencial 8 de Janeiro de 2010

20 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

21 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, 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, kv 16,83 0,06 0,36 8 de Janeiro de 2010

22 Comparação do sinal fornecido pelas fibras de cintilação com o sinal da fibra não cintilante 8 de Janeiro de 2010

23 Influência da luz de fluorescência na sensibilidade do sistema 8 de Janeiro de 2010

24 Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro 5 mm de fibra óptica cintilante mm de fibra óptica não cintilante

25 Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro 10 mm de fibra óptica cintilante mm de fibra óptica não cintilante

26 Factores que influenciam muito a resposta do Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante Esquema ilustrativo da ligação entre os diferentes componentes do sistema ε =ε luz recebida ε ε ε acoplament o1 transmitid a acoplament o2 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.

27 Principais diferenças entre o nosso protótipo e o de J. Lambert et al (2006) Protótipo de dosimetro Cintilador BCF-10 e BCF-60 Fotodiodo S9195 Testado para baixas energias (dezenas de kev) Dosímetro de J. Lambert et al Cintilador BC400* PMT 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

28 Testes no Hospital de Santa Maria Afterloader 8 de Janeiro de 2010

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