Utveckling av EPR-dosimetri för olika strålkvaliteter

Vi tittar på olika material som kan användas för att mäta stråldoser, s.k. dosimetrar. 

Metoden att med EPR analysera dosimetrar, små tabletter av lämpligt material, har använts länge men det är först på senare år som dosimetrin blivit så känslig att den kan användas för dosbestämningar vid t ex strålbehandling. Vi har tagit fram många material som är lämpliga och som ökat känsligheten 5 till 7 gånger jämfört med tidigare system. Vi har fastnat för Litiumformiat som har visat sig uppfylla kraven på stabilitet och robusthet.

Läs mer i Eva Lund, Håkan Gustafsson, M Danilczuk, MD Sastry, Anders Lund, TA Vestad, E Malinen, EO Hole and E Sagstuen ”Formates and dithionates: sensitive EPR-dosimeter materials for radiation therapy  Applied Radiation and Isotopes”, 2004, 62(2), 317-324.

EPR spektrometer för analys av dosimetrar

EPR spektrometer för analys av dosimetrar. Skissen visar kaviteten där provet (dosimetern) förs in i ett glasrör för analys.

Krossat glas från mobiltelefonModerna EPR spektrometrar (se figur ovan) är också mycket känsligare än tidigare modeller och det gör att vi kan använda mindre dosimetrar, ner till 3 mm diameter och 3 mm höjd.

Vissa material går inte att pressa till tabletter utan provet, i det här fallet krossat glas från en bestrålad mobiltelefon,  placeras med centrum av provet mitt i kaviteten. För att bestämma dosresponsen för en dosimeter bestrålar man dosimetrarna med olika doser inom det intervall som man vill använda dosimetrarna i, t ex mellan 0.2 och 4 Gy om man avser att verifiera strålbehandlingsdoser.  Vi har funnit att förhållandet mellan dos till tabletten och signalen ifrån den är helt linjär. Genom att bestråla dosimetrar vid olika tidpunkter före utläsningsdagen kan man bestämma hur stabil signalen är hos dosimetrarna. Det visar sig att materialet är stabilt inom en trettiodagars-period. Genom att läsa ut alla dosimetrar samma dag undviker man inverkan från spektrometerns instabilitet. Dosimetrarna förvaras i mörka glasburkar och under konstant fuktighet i en exsickator för att inte påverkas under lagring.

Läs mer om respons, stabilitet och robusthet i: Emelie Adolfsson, Mattias Karlsson, Gudrun Alm Carlsson, Åsa Carlsson Tedgren, Eva Lund, Sara Olsson and Håkan Gustafsson,  ”Investigation of signal fading in lithium formate EPR dosimeters using a new sensitive method” Physics in Medicine and Biology, 2012, 57(8), 2209-2217

Bildgivande EPR

En jon eller protonstråle kännetecknas av att den påverkar sin närmsta omgivning annorlunda än elektroner, de orsakar många fler jonisationer längs sitt spår. För att vara beredda när protonterapi kommer igång i Sverige har vi bestrålat tabletter av ett annat material, kaliumditionat i kväve och koljonstrålar.   Formen på det spektrum vi får fram ändrar sig därför med djupet i dosimetern, något som vi också har avbildat i figuren nedan.

Figur 2. EPR-avbildning där intensiteten som funktion av penetrationsdjupet av N7+ jonerna syns i ena riktningen och spektrum formen, absorptionsspektrum, i den andra riktningen. I figuren till höger syns tydligare spektrumvariationerna med penetrationsdjupet.

Visualisering av radikalfördelningen i ett prov med hjälp av EPRI är möjligt genom att provet befinner sig i ett område med kraftiga magnetfältsgradienter. För att kunna avbilda dosfördelningar och/eller LET-fördelningar måste man använda ett  dosimetermaterial som inte bara är mycket känsligt utan också har ett EPR-spektrum med en smal signal. Bredden på ESR-signalen har betydelse för hur bra upplösningen kan bli vid visualiseringen av dosfördelningar.

Dosimetermaterialet kaliumditionat (K2S2O6) har visat sig vara speciellt intressant då ESR-signalen är sammansatt av två toppar vars relativa intensitet varierar beroende på LET. I ett samarbetsprojekt med professor S Schlick i Detroit har vi avbildat dosfördelningen i tabletter av kaliumditionat bestrålade med N7+ och C6+ -joner och, såvitt vi vet, för första gången med hjälp av EPRI avbildat dosfördelningen och LET-fördelningen längs varsin riktning.

Läs mer i Håkan Gustafsson, Krzysztof Kruczala, Eva Lund and Shulamith Schlick  ”Visualizing the dose distribution and linear energy transfer by ID and 2D ESR imaging: A potassium dithionate dosimeter irradiated with C6+ and N7+ ions” Journal of Physical Chemistry B, 2008, 112(29), 8437-8442.

Innan vi kunde avbilda dosfördelningen bestrålades en 5 mm tablett och delades upp i 0.8 mm tjocka skivor. Signalen i de olika skivorna varierade enligt figuren och följde variationerna i LET fördelningen längs jonspåret. Därmed har vi fått fram en dosimeter som inte bara ger oss information om dosen utan även hur tätt jonisationerna sker, linear energy transfer; LET.

Att avbilda en dosfördelning har visat sig vara inte helt enkelt. För att kunna avbilda en dosfördelning med hög upplösning krävs att dosimetermaterialet har högt radikalutbyte vid bestrålning och att dess spektrum har smala linjer. Vi har avbildat homogent bestrålade kalium ditionat tabletter I en EPR spektrometer med gradienter 1.7 T/m och fick en upplösning på 0.3 mm. Vi har använt en egen MATLAB kod för att rekonstruera bilderna som korrigerar för baslinjevariationer och den varierande känsligheten i kaviteten.

EPR-avbildning av dosfördelning

Figur 3. EPR avbildning av dosfördelningen i en 5 mm homogent bestrålad dosimeter 5mm till vänster om centrum till vänster efter före till vänster och efter korrektioner till höger.

Läs mer i: Eva Lund, Emelie Adolfsson, Natallia Kolbun and Håkan Gustafsson “EPR imaging of dose distributions aiming at applications in radiation therapy”  Radiation Protection Dosimetry, 2014, 159(1-4), 130-136.  

Forskargrupp
Visa/dölj innehåll

Forskningsområde
Visa/dölj innehåll