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Programa Nacional de Formação
em Radioterapia
Dosimetria Termoluminescente
Dra. Luciana Tourinho Campos
Mestrado Profissional em Física Médica
Instrumentação Nuclear II
O que é termoluminescência?
Materiais quando aquecidos.
Exposição à radiação ionizante.
São capazes de emitir luz.
Materiais termoluminescentes (TL)
Fenômeno conhecido como termoluminescência.
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.
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.
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)
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.
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 131I.
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.
Dosimetria Termoluminescente
Qualidades únicas
Física presente no fenômeno TL.
Materiais TL mais comuns
Algumas aplicações da dosimetria TL em física
médica.
Termoluminescência e Dosimetria Termoluminescente
Termoluminescência = processo em dois
estágios:
exposição à radiação ionizantearmazenamento
de energia;
o material é aquecido relaxação termo-
estimulada, 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.
Termoluminescência
Modelo de bandas para os níveis de energia.
Cristais iônicos.
Termoluminescência
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.
Dosímetro Termoluminescente – TLD
Dosímetro Termoluminescente – TLD
ANALISADOR
MULTICANALCOMPUTADOR
TUBO
PM
ALTA
TENSÃO
AMPLIFICADOR
DISCRIMINADOR
SISTEMA ÓTICO
TERMOPAR
CONTROLADOR
DE
AQUECIMENTO
BANDEJADOSÍMETRO
TUBO
PM
AMPLIFICADOR
REGISTRADOR
MEDIDOR DE TAXA
ESCALAR
Esquema da Leitora de TLD
Leitora de TLD
• Leitor TL Fimel PCL3
Acessórios
Leitora de TLD
Leitora Manual Harshaw 4500
Leitora de TLD
Leitora Automática Harshaw 5500
Curva de Emissão Termoluminescente
A curva de intensidade da luz emitida, em função da
temperatura, é denominada curva TL
Temperatura
Inte
ns
ida
de
TL
Curva de Emissão Termoluminescente
Tratamento Térmico
Pré-tratamento térmico
Sinais residuais TL
Sensibilidade
Baixa temperatura
Desvanecimento
Pós-tratamento térmico
Eliminar picos indesejáveis
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
• Forno PTW• Forno EDG
• Forno Bicron
Características de Resposta do TLD
Função da dose
Desvanecimento
Dose Mínima Detectável
Sensibilidade
Reprodutibilidade
Dependência Energética
Resposta Termoluminescente em função da dose
Região linear
Supralinear
Saturação
Dosimetria
Proporcionalidade entre a termoluminescência e a
dose de radiação.
Resposta Termoluminescente em Função da Dose
Resposta Termoluminescente em Função da Dose
Material TL Região Linear (cGy)
LiF:Mg,Ti 10-2 – 102
Li2B4O7:Mn 10-2 – 102
CaF2:Mn 10-4 – 103
CaF2:Dy 10-5 – 103
BeO 10-2 – 102
Desvanecimento
Desvanecimento Térmico
Escape de elétrons e buracos é um fenômenoestatístico.
Probabilidade depende da temperatura.
Liberação espontânea dos elétrons das suasarmadilhas, e consequente emissão de luz.
Fatores de correção devem se utilizados para o
desvanecimento.
Desvanecimento Ótico
Induzido pela luz solar ou artificial (UV).
Transições eletrônicas.
Criação de sinal espúrio.
Perda de informação latente do material.
Desvanecimento
Material TLDesvanecimento
Térmico (25°C)
Desvanecimento
Ótico
LiF:Mg,Ti 5% em 1 ano Fraco
Li2B4O7:Mn 10% em 2 meses Fraco
CaF2:Mn 1% em 1 dia –
CaF2:Dy 13% em um mês Forte
BeO 8% em 3 meses Forte
CaSO4:Mn 50 – 85% em dias –
Desvanecimento
Dose Mínima Detectável
Leitura de Dose Zero
Características do tubo fotomultiplicador.
Propriedades do material TL.
Tratamento Térmico.
Irradiações anteriores.
n
TL
TL
n
1ii
0
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.
n
1ii
ii
TLn
1
TLS
Sensibilidade
Estabilidade e Reprodutibilidade
Estabilidade físico-química.
Quantidade de termoluminescência não semodifica.
Utilização em dosimetria.
Reprodutibilidade.
Cálculo do desvio padrão.
Dependência Energética da Resposta TL
Medida absorvida pelo material TL em
comparação com um material de referência
(ar).
Coeficientes absorção de energia em
massa.
Aren
TLenD
/
/
Dependência Energética da Resposta TL
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.
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.
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.
Métodos de Calibração
D = L/Fc.fE.fl.fD
D = Dose ou grandeza de interesse;
L = Resposta do dosímetro TL;
Fc = Fator de calibração1;
fE = Fator de dependência energética;
fl = Fator de linearidade;
fD = Fator de desvanecimento.
1Obtido para uma determinada energia.
Avaliação da Dose com TLD
Aplicações da Dosimetria
Termoluminescente na Física
Médica
Aplicação da Dosimetria TL
Individual
extremidade corpo inteiro tecido
Ambiental
espacialterrestre
Clínica
radiologia diagnóstica radioterapia
Alta Dose
esterilização
de alimentos
reator
teste de
materiais
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.
Desvantagens
Dosimetria absoluta.
Leitura não imediata.
Instrumentação necessária à avaliação cara.
Ausência de registro permanente de dose no
detetor.
Precisão e acurácia.
Monitoração Ambiental
monitorestação
Monitoração Individual
Monitoração Individual
Monitoração Individual
Radiodiagnóstico - Controle em Odontologia
O kit dosimétrico
Cadastro informatizado
Recebimento do Kit pelo
dentista
Entrada de dados eemissão de relatórioDevolução
ao IRD
Avaliação do Kitno laboratório
Solicitação deinspeção/preenchimento
da OS e CadastroEnvio do Kitodontológico
Envio do relatóriofinal
Irradiarconformeinstruções
O Kit Postal com TLD
Instruções
Filme
TLD C
TLD D
Indicação do localde Irradiação
Filme
TLD A
TLD B
Medidas:• Dose na pele• Filtração total• Diâmetro de irradiação
FILTRO
Radioterapia
Avaliação postal
Controle de Qualidade
Medidas in vivo
Aferição de fontes terapêuticas
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
Radioterapia
Avaliação postal
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”.
Radioterapia - Braquiterapia
Avaliação postal
Tese de Mestrado de Victor Gabriel “Estudo dosimétrico para caracterização para um sistema postal
de controle de qualidade em braquiterapia”.
Radioterapia
Avaliação postal
Tese de Doutorado de Roberto Salomon de Souza “Desenvolvimento de um sistema para controle de
qualidade em radioterapia de intensidade modulada (IMRT)”.
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).
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”.
Radioterapia
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”.
Medida in vivo
Luciana Tourinho Campos
Professor Adjunto
Mestrado Profissional em Física Médica
