Föreläsning om dosimetrar



Relevanta dokument
Medicinsk strålningsfysik KAROLINSKA INSTITUTET STOCKHOLMS UNIVERSITET

De nya dosgränserna för ögats lins

Absorberad dos. Hur mäter man stråldoser vid röntgenundersökningar? SK kurs 7 December Absorberad strålningsenergi

Röntgensjuksköterskerutbildningen Kurs RSJD16 Kursmål, instuderingsfrågor, exempel på tentamensfrågor

Utvärdering av OSL-system - nanodot

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Röntgenteknik. Vad är röntgenstrålning? - Joniserande strålning - Vad behövs för att få till denna bild? Vad behövs för att få till en röntgenbild?

Kvalitetssäkring av extern strålterapi

Strålbehandling och radiologi i samverkan

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Grunderna i. Digital kamerateknik. SM3GDT Hans Sodenkamp SK3BG

Föreläsning 4 Acceleration och detektion av partiklar

Strålsäkerhetsmyndighetens ISSN:

Begränsningar i programvarans noggrannhet för mycket små Multi-Leaf-Collimator (flerbladskollimator, MLC)-fältstorlekar.

Joniserande strålnings växelverkan Hur alstras röntgenstrålning och vad händer när den når och passerar människa?

Föreläggande efter inspektion

Patientstrålskydd. Röntgenveckan 2013 Uppsala. Alexander Englund Sjukhusfysiker

Innehåll. 1. Bakgrund 2. Grundläggande dosimetri 3. Radiobiologi 4. Radioterapiprocessen 5. Klinisk dosimetri 6. Behandlingsoptimering

Salta mätningar i skuggan av Tjernobyl

Fotoelektriska effekten

Riktlinjer från Region Skånes Centrala strålskyddsråd angående kategoriindelning av arbetstagare och arbetsställen, övervakning av

Hjälpmedel: Kungakrona, bägare, vatten, dynamometer, linjal, våg, snören och skjutmått

1. Mätning av gammaspektra

SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse

Produktmanual Purezone 3-i-1 Plasma

Sensorer i digitalkameror

4-1 Hur lyder Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig i det tredimensionella

Strålskyddsutbildning T8 Teknik på BoF

Miljöfysik. Föreläsning 5. Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion

SPECT Fysik. Sigrid Leide-Svegborn Strålningsfysik Skånes universitetssjukhus SVENSK FÖRENING FÖR NUKLEARMEDICIN SWEDISH SOCIETY OF NUCLEAR MEDICINE

Kursens namn: Medicin, Radiografi Strålningsfysik, teknik och projektionslära

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

PRODUKTION OCH SÖNDERFALL

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

Signaler och system, IT3

Lecture 6 Atomer och Material

OBS! Ange svaren till respektive lärare på separata skrivningspapper om inget annat anges

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

GAMMASPEKTRUM Inledning

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Projekt 5 Michelsoninterferometer Fredrik Olsen Roger Persson

ABSORPTION AV GAMMASTRÅLNING

KEMA00. Magnus Ullner. Föreläsningsanteckningar och säkerhetskompendium kan laddas ner från

Detektorer för strålningsmätning

Fredrik Jonasson Björn Sparresäter

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

Nuklearmedicin, vad är det? Hur fungerar en gammakamera? Anna Olsson Sjukhusfysiker Nuklearmedicin

1. Elektromagnetisk strålning

CT bilddata, bildbearbetning och bildkvalitet Brus & Upplösning

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

M = den svängande fjäderns massa K = den svängande fjäderns fjäderkonstant A = dimensionslös konstant

Fysiska institutionen, UDIF. Laboration 7 Neutronaktivering och Halveringstidsbestämning

MÄTMETODER FÖR BESTÄMNING AV STRÅLDOSER TILL ÖGATS LINS

Föreläsning 2 - Halvledare

Serie 300. Datablad SDF00055SE Version /11/2013. Konventionella optiska rök- och värmedetektorer. Serie 300

2010:26. In vivo-dosimetri inom strålbehandling i Sverige. Jacob Eriksson Michael Blomquist. Författare:

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Laboration: Optokomponenter

1. 2. a. b. c a. b. c. d a. b. c. d a. b. c.

Föreläsning 4 Acceleration och detektion av partiklar

Strategier vid kvalitetssäkring av intensitetsmodulerad strålbehandling

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Dosmätning med hjälp av ett integrerat bildtagningssystem

Elektron-absorbtionspektroskopi för biomolekyler i UV-VIS-området

för gymnasiet Polarisation

8 Röntgenfluorescens. 8.1 Laborationens syfte. 8.2 Materiel. 8.3 Teori Comptonspridning

Statens strålskyddsinstituts föreskrifter om mätning och rapportering av persondoser;


Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Kategoriindelning av arbetstagare och arbetsställen, övervakning av arbetsställen och persondosmätningar

SSI FS 2000:4. Statens strålskyddsinstituts föreskrifter om medicinsk strålbehandling; beslutade den 28 april 2000.

Sammanfattning: Fysik A Del 2

3.7 Energiprincipen i elfältet

Arbete A3 Bestämning av syrakoefficienten för metylrött

Organisationsnummer:

Aneurysm (olika patienter) RSJE10 Radiografi I Delkurs 2 Strålning och teknik I

Statens strålskyddsinstituts föreskrifter om kategoriindelning av arbetstagare och arbetsställen vid verksamhet med joniserande strålning;

Mäta ljudnivåer och beräkna vägt reduktionstal för skiljevägg i byggnad

Fysikaliska modeller

GRUNDERNA FÖR MOLEKYLÄR SPEKTROMETRI

EN METOD FÖR ATT MÄTA GAMMASTRALNING I BOSTÄDER MED CaS0 4 -Dy TL-DOSIMETRAR

Strålsäkerhetskontroll av panoramaröntgen och cephalostat

Konventionell röntgen - teori och fall

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

Lösningsanvisningar till tentamen i SI1161 Statistisk fysik, 6 hp, för F3 Onsdagen den 2 juni 2010 kl

Kalibrering. Dagens föreläsning. När behöver man inte kalibrera? Varför kalibrera? Ex på kalibrering. Linjär regression (komp 5)

Lateral upplösning 0,2um som i LOM som i LOM 1Å 20 Å 1nm >0,3um >0,3um 20nm 10nm (bra) 1Å 1Å >10um >30um flera mm? 0,1um (ToF) <2um >1um >15um

BANDGAP Inledning

SAM 4-20 ma markdetektor för luftfuktighet Användarmanual

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Guidelines för radiojodbehandling. Cecilia Hindorf Strålningsfysik, Isotopterapi SUS Lund

Kvantmekanik och kemisk bindning I 1KB501

Laborationer i miljöfysik Gammaspektrometri

Kommentarerna kan ses som ett komplement till de allmänna råden och lämnar i fylligare text bl.a. bakgrund till dessa.

Föreläsning 1: Introduktion, Mikro och makrotillstånd, Multiplicitet, Entropi

Isotoper. Isotoper. 1. Grundläggande (strålnings)( strålnings)-fysik 2. Detektorer & dosimetrar 3. Nuklearmedicin & gammakameran 4.

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Physics to Go! Part 1. 2:a på Android

Theory Swedish (Sweden)

Transkript:

Föreläsning om dosimetrar Peter Björk, Fil.dr, Inspektör Strålsäkerhetsmyndigheten Stockholm

Varför behöver vi bestämma absorberad dos så exakt? Absorberad dos är en fundamental parameter som på ett bra sätt kan relateras till strålningens biologiska effekter För patienter som får strålbehandling krävs en dosnoggrannhet på 3-5% för att kunna uppnå ett tillfredsställande behandlingsresultat Probability 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 Tumour Control Probability (TCP ) and Normal Tissue Complication Probability (NTCP ) Tumörkontroll 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dose (Gy) Normalvävnadskompl.

Problemets kärna Vad är det för typ av partiklar som deponerar sin energi i detektormaterialet? Hur beräknas dosen till det omgivande mediet utifrån detektordosen? s col - och en / -kvoter mellan mediet och detektormaterialet är viktiga parametrar.

Förutsättningar Strålningen måste växelverka med detektormaterialet och ge en respons som kan relateras till den absorberade dosen i detektormaterialet När en detektor placeras i ett medium för att mäta den absorberade dosen från joniserande strålning så utgör detektorn en kavitet i det mediet Detektorn har oftast en annan atomär sammansättning (atomnummer och/eller densitet) än mediet

Viktiga dosimetriverktyg Monte Carlo-simuleringar Ger information om enskilda partiklars växelverkanshistorik Ger information om dosbidraget från olika komponenter i strålfältet Är ett komplement till kavitetsteorierna Kavitetsteorier Teoretisk hantering av dosimetriproblemet Experimentella metoder För att den verkliga mätsituationen är mycket mer komplex än den ideala situationen

Val av dosimeter Hur ser strålningsmiljön ut? Vilka typer av partiklar finns i strålfältet? Vilka energier har de? Vad är deras vinkelfördelning? Vad är intensiteten? Hur ser variationen ut över strålfältet? Hur ser mätgeometrin ut? Kan dosimetern placeras på ett lämpligt sätt i mätgeometrin?

Egenskaper hos dosimetrar Detektionsgränser Linjär respons Doshastighetsberoende Vattenekvivalens (Z eff och ) Energiberoende Riktningsberoende Tryck-, temperatur- och luftfuktighetsberoende Stabilitet (precision, reproducibilitet) Spatiell upplösning Effektiv mätpunkt Detektorgeometri (punkt, plan, volym) Utläsningsförfarande

Bestämning av absorberad dos Absorberad dos beror på följande parametrar Strålfältskarakteristiken Avståndet till strålkällan Mediets sammansättning Bestrålningstiden

Fundamentala ekvationer D detektor = M N D M är signalen från detektorn och skall korrigeras för diverse influence quantities N D En kopplingskonstant som överför detektorsignalen till absorberad dos i detektormaterialet Beror enbart på den inre fysikaliska karakteristiken hos detektorn Behöver inte explicit bestämmas vid relativdosimetri

Fundamentala ekvationer (forts.) D medium = D detektor f medium,detektor f överför absorberad dos i detektormaterialet till absorberad dos i mediet (kavitetsteori) f beror på följande parametrar Stråltyp Energi Vinkelfördelning Mediets sammansättning Detektormaterial Detektorgeometri

Små dosimetrar För ideala små detektorer gäller BG- (eller SA-) kavitetsteori f = s medium,detektor I realiteten gäller oftast f = s medium,detektor p Q

Parametern s medium,detektor s medium,detektor Spencer-Attix mass-restricted collision stoppingpower ratio Skall bestämmas för det elektronenergispektum som existerar i mätpunkten då detektorn inte är närvarande i mediet Beror på strålkvalitet, fältstorlek och djup Beräknas ofta med hjälp av Monte Carlo-teknik Är väldokumenterad

Parametern s medium,detektor (forts.)

Parametern s medium,detektor (forts.)

Parametern p Q p Q Kan betraktas som en generell perturbationsfaktor (störningsfaktor), eftersom den korrigerar för avvikelsen från perfekta SA-förhållanden Består egentligen av flera olika faktorer som var och en korrigerar för små perturbationseffekter, t.ex. fluensperturbationseffekten Beror på strålkvalitet, fältstorlek och djup Beräknas ofta med hjälp av Monte Carlo-teknik Är hyfsat väldokumenterad

Lite större dosimetrar f medium,detektor Bestäms med fördel med hjälp av Monte Carloberäkningar Obs! Det finns begränsningar i beräkningsalgoritmerna och i växelverkanstvärsnitten

Några tumregler Ju större storlek detektorn har desto större blir avvikelsen från ideala SA-förhållanden Ju större skillnaden är mellan den atomära sammansättning (Z eff och ) hos detektorn och mediet desto större energiberoende hos parametern f och f 1 Approximationer som ibland behöver göras måste grundas på kända detektoregenskaper och kunskap om strålfältskarakteristiken Det är viktigt att vara medveten om vilka osäkerheter som införs om approximationer måste göras

Klassificering av dosimetrar Dosimeter Mekanism Gasfylld jonkammare Vätskejonkammare Halvledardetektor TLD Scintillationsräknare Film, GEL, Fricke Kalorimeter Jonisation i gas Jonisation i vätska Jonisation i fasta ämnen Luminescens Fluorescens Kemiska reaktioner Uppvärmning

Jonkammare Litteratur Attix, kap. 12, 13 Knoll, kap. 5 Signaluppkomst Ett yttre elektriskt fält mellan två elektroder används för att samla upp laddningen som produceras av strålning i en luftkavitet

Jonkammare Kan vara absolut- eller relativmätande Oftast kalibreras de av standardlaboratorier (t.ex. SSM i Sverige) Finns i olika design De två vanligaste typerna är thimble-type och planparallella Luftvolym 0.02-3 cm 3 Högspänning <500 V

Jonkammare Oftast öppna via luftkanaler mot den atmosfäriska omgivningen, vilket medför tryck- och temperaturkorrektion (oftast <2%) Korrektion för luftfuktighet (max 0.3%) Korrektion för rekombination i pulsade strålfält (<1%, oftast <0.5%) Korrektion för polaritet (<0.5%, oftast <0.2%)

Jonkammare Fördelar Enormt väldokumenterad dosimeter (referensinstrument i dosimetriprotokoll från IAEA, AAPM, etc.) Nästan en Bragg-Gray-detektor Strålskadas ej Nackdelar Mindre bra spatiell upplösning (ganska stor mätvolym) s vatten,luft är beroende av elektronenergin (framförallt p.g.a. den stora densitetsskillnaden mellan de två materialen)

Jonkammare Typiska användningsområden Absolutdosmätning Scanning av djupdoser i fotonstrålfält Relativa punktmätningar i fotonstrålfält

Diod Litteratur Attix, kap. 15 IV Knoll, kap. 11 Signaluppkomst Laddningsbärare samlas upp av det interna elektriska fältet som existerar i diodens utarmningsområde

Diod s vatten,si nästan oberoende av elektronenergin Bör alltid kontrolleras mot jonkammare P-typ bättre än n-typ (de strålskadas mindre med tiden ej försämrat dosratsoberoende)

Diod Fördelar Bra känslighet (10 ggr > jonkammare) Högt signal till brus-förhållande Hög spatiell upplösning (väldigt liten mätvolym) Nackdelar Känslig för lågenergetiska fotoner (skärmas därför ibland med hög Z-material) Tappar något av sin känslighet med ackumulerad dos, vilket kräver korrektion vid långa mätserier

Diod Typiska användningsområden Scanning av djupdoser framför allt i elektronstrålfält men även i vissa fotonstrålfält Scanning av profiler i både foton- och elektronstrålfält In vivo-dosimetri

Diamant Litteratur Knoll, kap. 13 II. Signaluppkomst Ett yttre elektriskt fält används för att samla upp elektron-hål-paren som produceras av strålning i kristallen

Diamant s vatten,c oberoende av elektronenergin Kan absolutkalibreras mot jonkammare Dosratsberoendet kan beskrivas med ekvationen I = I 0 + R D där I 0 är mörkerströmmen, R är detektorresponsen, D är dosraten och är en individuell korrektionsterm 1

Diamant Fördelar Nästan vattenekvivalent (energioberoende) Bra känslighet Hög spatiell upplösning Strålskadas ej Nackdelar Doshastighetsberoende Fortfarande ganska ovanlig

Diamant Typiska användningsområden Scanning av djupdoser och profiler i både foton- och elektronstrålfält Relativa punktmätningar i både foton- och elektronstrålfält Kan kalibreras så att den blir absolutdosmätande

TLD Litteratur Attix, kap. 14 I. Knoll, kap. 19 VII. Signaluppkomst Elektroner fastnar i fällor då kristallen bestrålas. När kristallen sedan värms upp frigörs elektronerna och ljus utsänds när de faller tillbaka till sin ursprungliga energinivå

TLD Olika former och storlekar (stavar, chips, pulver) Olika material med små mängder spårämnen (LiF:Mg,Ti, LiF:Mg,Cu,P, CaF 2 :Mn, Li 2 B 4 O 7 :Mn, CaSO 4 :Mn) TLD-utläsare (värmefaser: preheat, read, anneal, cool) Används mycket inom persondosimetrin

TLD Fördelar Doshastighetsoberoende Stort dosintervall Kan placeras i svåra mätgeometrier Nackdelar Besvärlig kalibrering Fading och ljuskänslighet Strålskadas Supralinjäritet

TLD Typiska användningsområden Persondosimetri I besvärliga mätgeometrier i både foton- och elektronstrålfält In vivo-dosimetri

Film Litteratur Attix, kap. 14 II. Knoll, kap. 19 VI. Signaluppkomst Silverbaserade filmer (Ag + till Ag) Radiokromatiska filmer

Film D OD = log 10 (I 0 /I) D OD oftast ej linjär Slöja p.g.a. att oexponerad film också har en viss OD Emulsion (AgBr) påverkar känslighet Fotoelektrisk effekt hos AgBr (hög Z-material) gör film mer känslig för lågenergetiska fotoner Används mycket inom persondosimetrin

Film Fördelar Extremt bra spatiell upplösning Bra dosratsoberoende Nackdelar Framkallningsprocessen för Ag-film Kalibrering nödvändig vid varje mättillfälle ( en / ) vatten,ag-film beroende av fotonenergin Har en övre detektionsgräns (filmen blir svart) Måste känna till scanning-karakteristiken (t.ex. använda olika färgrespons för att minska brus vid radiokromatisk film)

Film Typiska användningsområden Persondosimetri 2D-mätning i både foton- och elektronstrålfält Dosmätningar i väldigt små strålfält

Icke-konventionella dosimetrar inom strålterapiområdet Dagens avancerade och komplexa behandlingstekniker ställer mycket höga krav på säker dosimetri Konform behandling Användning av MLC (multi leaf collimator) Användning av icke-planara fält IMRT (intensity modulated radiation therapy) SRS/SRT (stereotactic radiosurgery/therapy) Tomoterapi Brachyterapi Många av de konventionella dosimetrarna är inte helt adekvata i dessa mätsituationer!

Tre olika typer av dosimeterform Punktdosimetrar Plandosimetrar Volymdosimetrar

Punktdosimetrar MOSFET Mikrojonkammare Strålningsinducerad fluorescens Optiskt stimulerad luminescens Radiokromatisk filmpunktdetektor EPR

MOSFET 0.04 mm 2 detektorstorlek Oberoende av doshastighet, energi, strålslag Linjär Ingen perturbation Reproducibilitet 0.4% Riktningsberoende

Mikrojonkammare/pinpoint 0.009 cm 3 detektorvolym Passar till SRS/SRT, IMRT och brachyterapi

Strålningsinducerad fluorescens Vissa organiska plaster och många oorganiska föreningar sänder ut ljus vid bestrålning

Optiskt stimulerad luminescens Oorganiska föreningar absorberar energi under bestrålning som sedan frigörs med hjälp av optisk stimulering

Radiokromatisk filmpunktdetektor Utläsning kan göras direkt under själva bestrålningen Är inte helt linjär och har visst temperaturberoende

EPR - electron paramagnetic resonance Utläses med EPR-spektrometer för att kvantifiera antalet radikaler (molekyler med en oparad elektron) som produceras i det bestrålade materialet och fångas i kristallstrukturens fällor Olika material, t.ex. lithium formate (HCO2 Li H2O) och alanine Linjär response 0.2-1000 Gy Effektivt atomnummer nära vatten (HCO2 Li H2O) Data sparas pemanent (utläsningen förstör ej signalen) Passar till mätningar i strålfält för IMRT, SRT, brachyterapi

Plandosimetrar Plastscintillatorer Detektormatriser TLD-plattor EPID (electronic portal imaging device)

Detektormatriser Baserade på jonkammare eller dioder för snabb utläsning

EPID Baseras på vätskejonkammare eller amorft kisel Kan detektera fältstorlekar 30 30 cm 2

Volymdosimetrar 3D-fantom kan skapas för t.ex. film och TLD Fricke GEL Polymer GEL Radiokromatisk polymer

GEL-dosimetrins fördelar Kan formas i kliniskt relevant 3D-geometri Integrerar absorberad dos vid multipla bestrålningar Energioberoende Data sparas permanent Hög precision

Radiokromatisk polymer Ingen behållare behövs Optiskt klar