Оптоволокно с наконечником, представляющим собой неорганический сцинтиллятор, является эффективным дозиметром, который можно использовать для измерения ионизирующего излучения малых полей в реальном времени. Исследователи из Университета Экс-Марсель и Института Паоли-Калмет во Франции создали такое устройство и сравнили его работу с двумя другими коммерческими дозиметрами. Ученые обнаружили, что новое устройство имеет гораздо меньший чувствительный объем детектора, что делает его менее подверженным влиянию шума, вызываемого излучением Черенкова. Устройство также обладает отличной линейностью зависимости доза-эффект и отличается стабильным выходным сигналом (Med. Phys. 10.1002/mp.14002).
Для лучевой терапии опухолей на ранних стадиях или опухолей, окруженных критическими органами, требуется применение полей излучения с резкими границами. В этих случаях для контроля доз облучения используются дозиметры с соответствующим малым чувствительным объемом детектора: более крупные детекторы излучения не имеют пространственного разрешения, необходимого для определения градиентов дозы на границе полей излучения.
Для создания дозиметра, подходящего для этих целей, Шри Баш Чандра Дебнатх и его коллеги в качестве материала сцинтиллятора использовали сульфид цинка с добавлением серебра (ZnS:Ag). Это вещество известно ученым тем, что излучает видимый свет в рентгеновских лучах. Команда исследователей выбрала неорганический сцинтиллятор, так как органические соединения генерируют больше заряженных частиц под воздействием ионизирующего излучения, ухудшая тем самым качество сигнала под влиянием сильного излучения Черенкова.
В процессе изготовления дозиметра ученые опустили конец оптоволокна в смесь порошкового ZnS:Ag и полиметилакрилата (PMMA), растворенных в органическом растворителе. После высыхания получилась сфера из PMMA, наполненная ZnS:Ag, диаметром приблизительно 200 µm, которую покрыли серебром для защиты от окружающего света. С другой стороны оптоволокна исследователи установили фотонный счетчик и считывающее электронное устройство, преобразующее в реальном времени сцинтилляционный сигнал в эквивалентную дозу.
Для проверки работы неорганического сцинтилляционного детектора (НСД) исследователи попробовали с его помощью измерить дозу внутри водного фантома, который они облучали малыми рентгеновскими полями размерами до 0.25 cm2. Затем ученые сравнили качество работы НСД с работой двух других дозиметров малых полей, используемых в настоящее время в клиниках, один из которых использует для измерения ионную камеру, а другой синтетический алмаз.
По расчетам Дебнатха и его коллег, чувствительный объем НСД представляет собой диск с диаметром и толщиной равными, соответственно, ширине светопроводящей жилы оптоволокна (100 µm) и расстоянию, проходимому светом за отрезок времени между эмиссией и перепоглощением фотонов сцинтиллятором (1.5 µm). Это соответствует объему приблизительно 1.2 × 10-5 mm3, что намного меньше чувствительного объема дозиметра с ионной камерой (0.016 cm3) и дозиметра с синтетическим алмазом (0.004 mm3).
Еще одним преимуществом, которым обладает НСД, является высокое соотношение сигнала с шуму. Это достигается благодаря низкому уровню излучения Черенкова, появляющегося в крошечном неорганическом сцинтилляторе и тонком оптоволокне. Исследователи считают, что они смогут еще больше снизить шум от излучения Черенкова в будущей версии своего устройства, используя для этого волокно, полностью изготовленное без использования пластика.
По другим аспектам НСД продемонстрировал, что он отвечает требованиям, предъявляемым к клиническим дозиметрам, и сравним с работой двух других контрольных приборов. Его ответ на дозу был линейным по широкому спектру излучения и стабильным при множественных измерениях.
Неорганические сцинтилляторы не эквивалентны тканям организма в плане поглощения излучения, поэтому новый прибор ученых возможно лучше всего подойдет для внешней дозиметрии – при внутренней дозиметрии он может сам менять дозовое распределение. Хотя в действительности эффект этого скорее всего будет незначительным, и Дебнатх настроен оптимистично, считая, что прибор можно будет использовать в обеих ситуациях.
«Мы уже протестировали его для брахитерапии, и вероятно, мы опишем это применение в одной из наших следующих статей, — говорит он. – Возможно, он и нарушает дозовое распределение, но только незначительно из-за малого объема датчика».
Команда ученых также намеревается провести сравнение НСД с целым рядом водоэквивалентных устройств, таких как пластиковые сцинтилляционные детекторы и радиочувствительные пленки. Замена материала сцинтиллятора на более водоэквивалентный органический состав возможна, но, как считают ученые, это приведет к увеличению размеров детектора.
На фото: Наконечник неорганического сцинтилляционного детектора
Оригинал новости можно прочитать здесь