Caracterização in vitro de um dosímetro de fibra ótica para braquiterapia de HDR

Abstract

Recentemente foi desenvolvido um dosímetro baseado em fibras cintilantes (BCF-12 da companhia Saint Gobain Crystals com 1 e 0,5 mm de diâmetro e 5 mm de comprimento) para braquiterapia de baixa taxa de dose, em particular a braquiterapia direcionada para o tratamento do cancro da próstata. Este utiliza um novo fotomultiplicador de estado sólido dado pelo nome de MPPC - MultiPixel Photon Counter da companhia Hamamatsu Photonics (Japão). Nesta dissertação é estudado o mesmo dosímetro para a modalidade de braquiterapia de elevada taxa de dose (HDR). A informação sobre a dose neste tipo de dosímetros é obtida a partir de sinais óticos (em vez de sinais elétricos), que são imunes a interferências elétricas e eletromagnéticas. Adicionalmente as pequenas dimensões das fibras oferecem uma excelente resolução espacial e uma invasão mínima para uso em dosimetria in vivo, permitindo medir a dose diretamente ou próximo ao tumor e em tempo real. A sua utilização em braquiterapia para o cancro da próstata constitui-se assim como uma vantagem, uma vez que as fibras podem ser inseridas diretamente nos aplicadores utilizados neste tipo de tratamentos. Apesar de tudo, este tipo de dosímetros possui algumas desvantagens, como por exemplo a luz de Cherenkov e a fluorescência (forma de ruído dada pelo nome de stem effect) que, e a contrário da luz produzida pela fibra cintilante, não são diretamente proporcionais à energia depositada. Contudo, e para energias praticadas em braquiterapia de HDR, nesta dissertação, mostrou-se que este problema é pouco significativo dado que a percentagem de contribuição destes efeitos para o sinal medido é menor que 1% (ou 5% para distâncias menores que 25 mm). Ao longo desta dissertação é feita a caraterização do dosímetro (em modo corrente e impulso) e das suas várias partes em ambiente de laboratório e clínico. Nestes estudos o dosímetro, além de exibir uma boa reprodutibilidade (variação máxima de 3% entre medidas), mostrou uma alta linearidade para uma ampla gama de doses, assim como uma sensibilidade (µGy) semelhante à de uma câmara de ionização, tornando-o adequado para braquiterapia de HDR (tratamento que envolve altos gradientes de dose). Complementarmente, a sua grande versatilidade e simples utilização possibilita a sua aplicação prática em outras modalidades radioterapêuticas.

Recently a dosimeter based on scintillating fiber (BCF-12 from Saint Gobain Crystals of 1 and 0.5 mm in diameter and 5 mm in length) for low dose rate (LDR) brachytherapy has been developed. This device uses a novel solid state photomultiplier called MPPC – Multi-Pixel Photon Counter (Hamamatsu Photonics, Japan). In this thesis the same dosimeter is studied for application in high dose rate (HDR) brachytherapy. The dose information in this type of dosimeters is obtained from optical signals instead of electric pulses, which they are immune to electrical and electromagnetic interferences. Furthermore, the small size of optical fiber probes provides an excellent spatial resolution and a minimal invasion for in vivo realtime dosimetry, allowing the measurement of dose directly or near the tumor. The use of such fibers in prostate brachytherapy it is, therefore, an advantage since they can be inserted directly into applicators used in this type of treatment. Nevertheless dosimeters based on scintillating fiber also have some disadvantages, such as the production of Cherenkov and fluorescence light (form of noise know as stem effect) which unlike the light produced by the scintillating fibers, are not directly proportional to the energy deposited in the fiber. However, for the energies used in HDR brachytherapy this problem is not a major one since the percentage contribution of this effects on the measured signal is lower than 1% (or 5% for distances smaller than 25 mm). Throughout this thesis the characterization of the dosimeter (in current and pulse mode) and its various parts in laboratory and clinical environment will be presented. The dosimeter study has shown is high linearity for a wide range of doses and good reproducibility (maximum variation of 3% between measurement). Furthermore the sensitivity (µGy) was similar to that of an ionization chamber, making it suitable for HDR brachytherapy (treatment involving high dose gradients). In addition, its versatility and simple use enables its practical application in other radiotherapeutics modalities.