Dosimetria Termoluminescente

Transcrição

1 Instrumentação Nuclear II Dosimetria Termoluminescente Dra. Luciana Tourinho Campos Programa Nacional de Formação em Radioterapia Mestrado Profissional em Física Médica

2 O que é termoluminescência? Materiais quando aquecidos. Exposição à radiação ionizante. São capazes de emitir luz. Materiais termoluminescentes (TL) Fenômeno conhecido como termoluminescência.

3 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.

4 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.

5 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)

6 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.

7 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 131 I. 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.

8 Dosimetria Termoluminescente Qualidades únicas Física presente no fenômeno TL. Materiais TL mais comuns Algumas aplicações da dosimetria TL em física médica.

9 Termoluminescência e Dosimetria Termoluminescente Termoluminescência = processo em dois estágios: exposição à radiação ionizante armazenamento de energia; o material é aquecido relaxação termoestimulada, 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.

10 Termoluminescência Modelo de bandas para os níveis de energia. Cristais iônicos.

11 Termoluminescência

12 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.

13 Dosímetro Termoluminescente TLD

14 Dosímetro Termoluminescente TLD

15

16 Esquema da Leitora de TLD AMPLIFICADOR DISCRIMINADOR ANALISADOR MULTICANAL COMPUTADOR ALTA TENSÃO DOSÍMETRO BANDEJA TUBO PM SISTEMA ÓTICO TERMOPAR TUBO PM AMPLIFICADOR ESCALAR MEDIDOR DE TAXA REGISTRADOR CONTROLADOR DE AQUECIMENTO

17 Leitora de TLD Leitor TL Fimel PCL3

18 Acessórios

19 Leitora de TLD Leitora Manual Harshaw 4500

20 Leitora de TLD Leitora Automática Harshaw 5500

21 Intensidade TL Curva de Emissão Termoluminescente Temperatura A curva de intensidade da luz emitida, em função da temperatura, é denominada curva TL

22 Curva de Emissão Termoluminescente

23 Tratamento Térmico Pré-tratamento térmico Sinais residuais TL Sensibilidade Baixa temperatura Desvanecimento Pós-tratamento térmico Eliminar picos indesejáveis

24 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

25 Forno PTW Forno EDG Forno Bicron

26 Características de Resposta do TLD Função da dose Desvanecimento Dose Mínima Detectável Sensibilidade Reprodutibilidade Dependência Energética

27 Resposta Termoluminescente em função da dose Região linear Supralinear Saturação Dosimetria Proporcionalidade entre a termoluminescência e a dose de radiação.

28 Resposta Termoluminescente em Função da Dose

29 Resposta Termoluminescente em Função da Dose Material TL Região Linear (cgy) LiF:Mg,Ti Li2B4O7:Mn CaF2:Mn CaF2:Dy BeO

30 Desvanecimento Desvanecimento Térmico Escape de elétrons e buracos é um fenômeno estatístico. Probabilidade depende da temperatura. Liberação espontânea dos elétrons das suas armadilhas, e consequente emissão de luz. Fatores de correção devem se utilizados para o desvanecimento.

31 Desvanecimento Desvanecimento Ótico Induzido pela luz solar ou artificial (UV). Transições eletrônicas. Criação de sinal espúrio. Perda de informação latente do material.

32 Desvanecimento Material TL Desvanecimento Térmico (25 C) Desvanecimento Ótico LiF:Mg,Ti 5% em 1 ano Fraco Li 2 B 4 O 7 :Mn 10% em 2 meses Fraco CaF 2 :Mn 1% em 1 dia CaF 2 :Dy 13% em um mês Forte BeO 8% em 3 meses Forte CaSO 4 :Mn 50 85% em dias

33 Dose Mínima Detectável Leitura de Dose Zero Características do tubo fotomultiplicador. Propriedades do material TL. Tratamento Térmico. Irradiações anteriores. TL 0 n i 1 TL n i

34 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.

35 Sensibilidade S i 1 n TL n i 1 i TL i

36 Estabilidade e Reprodutibilidade Estabilidade físico-química. Quantidade de termoluminescência não se modifica. Utilização em dosimetria. Reprodutibilidade. Cálculo do desvio padrão.

37 Dependência Energética da Resposta TL Medida absorvida pelo material TL em comparação com um material de referência (ar). Coeficientes absorção de energia em massa. D en en / / TL Ar

38 Dependência Energética da Resposta TL

39 Métodos de Calibração 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.

40 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.

41 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.

42 Avaliação da Dose com TLD D = L/F c.f E.f l.f D D = Dose ou grandeza de interesse; L = Resposta do dosímetro TL; F c = Fator de calibração 1 ; f E = Fator de dependência energética; f l = Fator de linearidade; f D = Fator de desvanecimento. 1 Obtido para uma determinada energia.

43 Aplicações da Dosimetria Termoluminescente na Física Médica

44 Aplicação da Dosimetria TL Individual Ambiental extremidade corpo inteiro tecido terrestre espacial Clínica Alta Dose radiologia diagnóstica radioterapia esterilização de alimentos teste de materiais reator

45 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.

46 Desvantagens Dosimetria absoluta. Leitura não imediata. Instrumentação necessária à avaliação cara. Ausência de registro permanente de dose no detetor. Precisão e acurácia.

47 Monitoração Ambiental monitor estação

48 Monitoração Individual

49 Monitoração Individual

50 Monitoração Individual

51 Radiodiagnóstico - Controle em Odontologia O kit dosimétrico Solicitação de inspeção/preenchimento da OS e Cadastro Cadastro informatizado Envio do Kit odontológico Irradiar conforme instruções Recebimento do Kit pelo dentista Devolução ao IRD Avaliação do Kit no laboratório Entrada de dados e emissão de relatório Envio do relatório final

52 O Kit Postal com TLD Indicação do local de Irradiação Filme FILTRO TLD A TLD B Instruções Filme Medidas: Dose na pele Filtração total Diâmetro de irradiação TLD C TLD D

53 Radioterapia Avaliação postal Controle de Qualidade Medidas in vivo Aferição de fontes terapêuticas

54 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

55 Radioterapia Avaliação postal

56 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.

57 Radioterapia - Braquiterapia Avaliação postal Tese de Mestrado de Victor Gabriel Estudo dosimétrico para caracterização para um sistema postal de controle de qualidade em braquiterapia.

58 Radioterapia Avaliação postal 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). Tese de Doutorado de Roberto Salomon de Souza Desenvolvimento de um sistema para controle de qualidade em radioterapia de intensidade modulada (IMRT).

59 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.

60 Radioterapia Medida in vivo 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.

61 Luciana Tourinho Campos Professor Adjunto Mestrado Profissional em Física Médica