Desenvolvimento de um dosímetro gama para braquiterapia

Universidade de Aveiro

Ano 2010 Departamento de Engenharia Cerâmica e do Vidro

LUÍS MIGUEL DA

CONCEIÇÃO

MOUTINHO

DESENVOLVIMENTO DE UM DOSÍMETRO GAMA

PARA BRAQUITERAPIA

Universidade de Aveiro

Ano 2010 Departamento de Engenharia Cerâmica e do Vidro

LUÍS MIGUEL DA

CONCEIÇÃO

MOUTINHO

DESENVOLVIMENTO DE UM DOSÍMETRO GAMA

PARA BRAQUITERAPIA

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Materiais e Dispositivos Biomédicos, realizada sob a orientação científica do Doutor João Filipe Calapez de Albuquerque Veloso, Professor auxiliar do Departamento de Física da Universidade de Aveiro.

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o júri

presidente Prof. Doutora Maria Helena Figueira Vaz Fernandes

professora associada do Departamento de Engenharia Cerâmica e Vidro da Universidade de Aveiro

Prof. Doutor Joaquim Marques Ferreira dos Santos

professor associado com agregação do Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Prof. Doutor João Filipe Calapez de Albuquerque Veloso professor auxiliar do Departamento de Física da Universidade de Aveiro

agradecimentos

Ao meu orientador, Prof. Doutor João Veloso por me ter acolhido no seu laboratório e pela oportunidade de integrar a sua equipa, traçando assim o rumo para a esta dissertação. Agradeço assim pela atenção e orientação, pelas excelentes condições que o laboratório oferece e pelo bom ambiente de trabalho e amizade que é cultivado.

Não sendo mais a investigação científica um trabalho solitário, quero agradecer a todos que comigo colaboraram de forma mais ou menos directa:

à equipa do DRIM lab, nomeadamento aos Mestres Ana Silva, Lara Carramate, Filipe Castro, Carlos Azevedo, Carlos Oliveira, Carlos Santos, Marco Peres, Doutor Daniel Covita e Lic. Fábio Pereira;

aos responsáveis pelas oficinas do Departamento de Física, Sr.!s Ivo, Miguel e Júlio;

à directora do Mestrado em Materiais e Dispositivos Biomédios, Prof. Doutora Maria Helena Fernandes;

à minha família pelo apoio, em especial ao meu irmão Tiago pela ajuda e paciência na realização de algumas das ilustrações;

palavras-chave

Dosímetro, dosimetria, cintiladores, fibra óptica cintilante, cintilação, SiPM, MPPC, radiação gama, braquiterapia

resumo

A braquiterapia é um método radioterapêutico minimamente invasivo, onde são implantadas pequenas "sementes radioactivas" (com o tamanho de um grão de arroz) junto ao tumor ou no seu interior, minimizando assim a interação com os tecidos saudáveis adjacentes. Este tipo de intervenção permite reduzir o desconforto e os efeitos colaterais associados a outras técnicas. Usualmente, a dose absorvida é determinada por um dosímetro. Um dosímetro é um dispositivo capaz de fornecer uma leitura correspondente à dose depositada num volume sensível pela radiação ionizante. Os dosímetros mais básicos são detectores a 1D (1 dimensão) frequentemente baseados em propriedades radioluminescentes (RL), luminescência estimulada opticamente (OSL) e termoluminescentes (TLD). Os dosímetros disponíveis comercialmente são geralmente demasiado volumosos e têm propriedades radiológicas distintas dos tecidos biológicos, implicando o recurso a factores de correcção para correspondência da dose na água/tecido.

Os trabalhos desenvolvidos visam avaliar a viabilidade das fibras ópticas cintilantes na medição da dose absorvida, em especial em registos de baixa taxa de dose, como é o caso de algumas modalidades em braquiterapia. Para isso, numa situação de baixo nível de luz é necessário um fotodetector de elevado ganho e capacidade de detecção de fotão único. Nesse sentido, pretende-se avaliar os recentes fotomultiplicadores de estado sólido (SiPM), sendo os MPPCs (Multi-Pixel Photon Counter) um destes fotodíodos de avalanche operando em modo Geiger.

Foi desenvolvido um protótipo inicial de um dosímetro com características interessantes. São apresentados os resultados preliminares.

keywords

Dosimeter, dosimetry, scintillators, scintillating fiber, SiPM, MPPC, gamma radiation, brachytherapy

abstract

Brachytherapy is a minimally invasive method for radiation therapy, by which small radioactive "seeds" (by the size of a grain of rice) are deployed near the tumor, minimizing the interaction with surrounding healthy tissues and reducing the intervention discomfort and side effects. Dosimeters are usually used for local absorbed dose determination. Some of the most common dosimeters, such as ionization chambers, silicon diodes, LiF (Thermo Luminiscent Dosimeters), film or diamond dosimeters, are usually bulky and have radiological properties distinct from biological tissues, implying correction factors for measured dose correspondence in water/tissue.

Usually, the absorbed dose is determined with an dosimeter, which is a device capable of providing a reading corresponding to the dose deposited in the sensitive volume by ionizing radiation. The dosimeters commercially available are generally too bulky and have different radiological properties of biological tissues, implying the use of correction factors to match the dose in water/ tissue.

Current work aimed to evaluate the feasibility of scintillating optical fibers in the measurement of absorbed dose, especially in low dose rates, as is the case in some brachytherapy procedures. To quantify the low light level is required a photodetector with high gain single photon detection capability.

Accordingly, were evaluated the latest solid-state photomultiplier (SiPM), as the MPPCs (Multi-Pixel Photon Counter) which are avalanche photodiodes operating in Geiger mode.

An initial prototype of a dosimeter was developed showing some interesting features. Preliminary results are presented.

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Capítulo 1

2

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Introdução

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Capítulo 1

4

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Introdução

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Capítulo 1

6

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Introdução

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Capítulo 2

10

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Radiação e sua interacção com a matéria

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Capítulo 2

12

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Radiação e sua interacção com a matéria

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Capítulo 2

14

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Radiação e sua interacção com a matéria

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Capítulo 2

16

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Radiação e sua interacção com a matéria

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Capítulo 2

18

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Capítulo 3

20

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