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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
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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
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Fotografias do Protótipo de Dosímetro de Fibra Óptica Cintilante
8 de Janeiro de 2010
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-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
8 de Janeiro de 2010
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Diferentes tipos de dosímetros
8 de Janeiro de 2010
Dosímetro mais utilizado Câmara de ionização
Dosímetros com cintiladores
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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
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Desvantagens dos cintiladores plásticos como dosimetros
8 de Janeiro de 2010
- 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)
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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
8 de Janeiro de 2010
Estas fibras são denominadas de “Wavelength shifters”, transformam a luz de cintilação ultravioleta azul em luz visível.
WLS
Cintilação
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Fotodiodos testados
Curva de fotosensibilidade do S9195 ( adaptado da Hamamatsu).
8 de Janeiro de 2010
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
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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
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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
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ESQUEMA EXPERIMENTAL
Electrómetro
Tubo de raios -X
Caixa para fibras e fotodíodo
8 de Janeiro de 2010
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MESA DE TESTES/FCUL
8 de Janeiro de 2010
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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
8 de Janeiro de 2010
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Sensibilidade do sistema fibra WLS + fotodetector em função da diferença de potencial
8 de Janeiro de 2010
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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
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Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do potencial
A dependência na energia de 5% para 40 - 100kVp.
8 de Janeiro de 2010
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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
8 de Janeiro de 2010
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Sensibilidade do sistema fibra cintilante + fotodetector em função do potencial
8 de Janeiro de 2010
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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
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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
8 de Janeiro de 2010
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Comparação do sinal fornecido pelas fibras de cintilação com o sinal da fibra não cintilante
8 de Janeiro de 2010
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Influência da luz de fluorescência na sensibilidade do sistema
8 de Janeiro de 2010
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Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro
5 mm de fibra óptica cintilante + 300 mm de fibra óptica não cintilante
8 de Janeiro de 2010
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Resultados obtidos com Protótipo de Dosímetro
10 mm de fibra óptica cintilante + 300 mm de fibra óptica não cintilante
8 de Janeiro de 2010
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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.
8 de Janeiro de 2010
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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)
8 de Janeiro de 2010
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Testes no Hospital de Santa MariaTestes no Hospital de Santa Maria
Afterloader
http://www.saopellegrino.com.br/arquivos/imagens/39CB8_Nova_Fonte.jpg
8 de Janeiro de 2010
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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
8 de Janeiro de 2010