biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2021-10-1-4-10bioph-473Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESПилотное исследование эффективности использования фотодиодного сенсора в качестве дозиметраPreliminary investigation on performance of photodiode sensor as a dosimeterMd RadziY.Md RadziY.

Малайзия

Malaysia

yasminradzi@usm.myZulkafliN.ZulkafliN.

Малайзия

Malaysia

OmarA.OmarA.

Малайзия

Malaysia

Научный университет МалайзииМалайзияUniversiti Sains MalaysiaMalaysia2021180420211014–10Copyright © Md Radzi Y., Zulkafli N., Omar A., 20212021Md Radzi Y., Zulkafli N., Omar A.Md Radzi Y., Zulkafli N., Omar A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/473

Дозиметрия излучения в области здравоохранения и медицины имеет решающее значение для предотвращения ненужного воздействия ионизирующего излучения на пациентов и персонал. Несмотря на доступность различных типов полупроводниковых дозиметров, фотодиодные датчики считаются надежными и экономичными непосредственными дозиметрами. В этом исследовании изучаются возможности использования монолитного фотодиода со встроенным трансимпедансным усилителем в качестве дозиметра в диагностической радиологии. Фотодиодный датчик, покрытый черной изоляционной лентой, облучался диагностическим рентгеновским излучением в диапазоне напряжений на излучателе от 40 до 90 кВ с постоянной экспозицией 50 мАс с расстояния в 60 см до детектора (SDD). На одной и той же установке производятся воздействия различного тока трубки в диапазоне от 10 до 250 мА с постоянным напряжением трубки 70 кВ. Фотодиодный датчик, подключенный к электрометру, выдает показания в милливольтах (мВ), а выходной сигнал фотодиода и полупроводникового детектора записывается. Энергетическая чувствительность фотодиода, воспроизводимость, реакция на дозу и зависимость от расстояния были оценены как возможности фотодиода для использования в качестве дозиметра. Для зависимости от энергии он показывает линейность 0,9458, в то время как для реакции на увеличение тока трубки при постоянном напряжении трубки R2 равен 0,912. Фотодиод показывает хорошую зависимость от напряжения лампы и тока трубки. Помимо этого, он также показал линейный коэффициент 0,5138 для зависимости от расстояния, который считается хорошим значением при линейной подгонке для фотодиода в качестве начальных характеристик. Однако его воспроизводимость недостаточно высока из-за большой емкости. Таким образом, изучаемый монолитный фотодиод со встроенным трансимпедансным усилителем показал хорошие результаты по энергетической зависимости, но низкие результаты по воспроизводимости. Тем не менее, в будущем фотодиод может быть усовершенствован, чтобы обеспечить его пригодность в качестве дозиметра.

Radiation dosimetry in the health and medicine field is crucial to ensure there is no unnecessary ionizing radiation exposure to patients and personnel. While various types of semiconductor dosimeters are available, photodiode sensors are seen as a reliable and cost-effective immediate dosimeter. This study investigates the capabilities of a monolithic photodiode with an on-chip trans-impedance amplifier as a dosimeter in diagnostic radiology. A photodiode sensor covered with black insulation tape is irradiated with the diagnostic x-ray of potential in range between 40 to 90 kV with constant tube current-time product of 50 mAs at 60 cm source-to-detector distance (SDD). Exposures of different tube current at the range of 10 to 250 mA with a constant tube voltage of 70 kVp at the same setup are made. The photodiode sensor connected to the electrometer gives out readings in the millivolt (mV), and the output of the photodiode and semiconductor detector is recorded. The photodiode’s energy dependency, reproducibility, dose response, and distance dependency were evaluated as the capabilities of the photodiode to be used as a dosimeter. For energy dependency, it shows a linearity of 0.9458, while the response to increasing tube current with a constant tube voltage shows the R2 of 0.912. The photodiode shows good dependency on the tube voltage and tube current. Other than that, it also showed a linear coefficient of 0.5138 for distance dependence which is considered as a good linearity fit value for a photodiode as initial performance. However, its reproducibility is poor due to its large capacitance. This monolithic photodiode with an on-chip trans-impedance amplifier has demonstrated good results for energy dependency but poor results for reproducibility. However, the photodiode can be improvised in the future to ensure it is suitable as a dosimeter.

радиационная дозиметриядозиметрфотодиодный датчикradiation dosimetrydosimeterphotodiode sensorReferencesSeco, J., Clasie, B., & Partridge, M. Review on the characteristics of radiation detectors for dosimetry and imaging // Physics in Medicine and Biology. – 2014. – Vol. 59(20). Р. 303–347. https://doi.org/10.1088/0031–9155/59/20/R303Seco, J., Clasie, B., & Partridge, M. Review on the characteristics of radiation detectors for dosimetry and imaging. Physics in Medicine and Biology, 2014, Vol. 59(20), рр. 303–-347. https://doi.org/10.1088/0031–9155/59/20/R303Yarahmadi, M., Wegener, S., & Sauer, O. A. Energy and field size dependence of a silicon diode designed for small‐field dosimetry // Medical Physics. – 2016. – Vol. 44 (5). – Р. 1958–1964. https://doi.org/10.1002/mp.12195Yarahmadi, M., Wegener, S., & Sauer, O. A. Energy and field size dependence of a silicon diode designed for small‐field dosimetry. Medical Physics, 2016, Vol. 44 (5), рр. 1958–1964. https://doi.org/10.1002/mp.12195Dixon, R. L., & Ekstrand, K. E. Silicon diode dosimetry // The International Journal of Applied Radiation And Isotopes. – 1982. – Vol. 33(11). – Р. 1171–1176. https://doi.org/10.1016/0020–708X(82)90242–3Dixon, R. L., & Ekstrand, K. E. Silicon diode dosimetry. The International Journal of Applied Radiation And Isotopes, 1982, Vol. 33(11), рр. 1171–1176. https://doi.org/10.1016/0020–708X(82)90242–3Romei, C., Di Fulvio, A., Traino, C. A., Ciolini, R., & d’Errico, F. Characterization of a low-cost PIN photodiode for dosimetry in diagnostic radiology // Physica Medica. – 2015. – Vol. 31(1). – Р. 112–116. https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2014.11.001Romei, C., Di Fulvio, A., Traino, C. A., Ciolini, R., & d’Errico, F. Characterization of a low-cost PIN photodiode for dosimetry in diagnostic radiology. Physica Medica, 2015, Vol. 31(1), рр. 112–116. https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2014.11.001Oliveira, C. N. P., Khoury, H. J., & Santos, E. J. P. PiN photodiode performance comparison for dosimetry in radiology applications // Physica Medica. – 2016. – Vol. 32(12). – Р. 1495–1501. https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2016.10.018Oliveira, C. N. P., Khoury, H. J., & Santos, E. J. P. PiN photodiode performance comparison for dosimetry in radiology applications. Physica Medica, 2016, Vol. 32(12), рр. 1495–1501. https://Nazififard, M., Suh, K. Y., & Mahmoudieh, A. Experimental analysis of a novel and low-cost pin photodiode dosimetry system for diagnostic radiology // Review of Scientific Instruments. – 2016. – Vol. 87(7). https://doi.org/10.1063/1.4955170doi.org/10.1016/j.ejmp.2016.10.018Paschoal, C. M. M., Souza, D. N., & Santos, L. A. P. Characterization of three photodetector types for computed tomography dosimetry // World Academy of Science, Engineering and Technology. – 2011. – Vol. 80(8). – Р. 92–95.Nazififard, M., Suh, K. Y., & Mahmoudieh, A. Experimental analysis of a novel and low-cost pin photodiode dosimetry system for diagnostic radiology. Review of Scientific Instruments, 2016, Vol. 87(7). https://doi.org/10.1063/1.4955170Damulira, E., Yusoff, M. N. S., Omar, A. F., & Taib, N. H. M. A review: Photonic devices used for dosimetry in medical radiation // Sensors (Switzerland). – 2019. – Vol. 19(10). – Р. 1–28. https://doi.org/10.3390/s19102226Paschoal, C. M. M., Souza, D. N., & Santos, L. A. P. Characterization of three photodetector types for computed tomography dosimetry. World Academy of Science, Engineering and Technology, 2011, Vol. 80(8), рр. 92–95.Anđelkovi´c, M.S.; Risti´c, G.S. Feasibility study of a current mode gamma radiation dosimeter based on a commercial PIN photodiode and a custom made auto-ranging electrometer. Nucl // Technol. Radiat. Prot. – 2013. – Vol. 28. – Р. 73–83.Damulira, E., Yusoff, M. N. S., Omar, A. F., & Taib, N. H. M. A review: Photonic devices used for dosimetry in medical radiation. Sensors (Switzerland), 2019, Vol. 19(10), рр. 1–28. https://doi.org/10.3390/s19102226Oliveira, C.N.; Khoury, H.J.; Santos, E.J. PiN photodiode performance comparison for dosimetry in radiology applications // Phys. Med. – 2016. – Vol. 32. – Р. 1495–1501Anđelkovi´c, M.S.; Risti´c, G.S. Feasibility study of a current mode gamma radiation dosimeter based on a commercial PIN photodiode and a custom made auto-ranging electrometer. Nucl. Technol. Radiat. Prot, 2013, Vol. 28, рр. 73–83.Oliveira, C.N.; Khoury, H.J.; Santos, E.J. PiN photodiode performance comparison for dosimetry in radiology applications. Phys. Med, 2016, Vol. 32, рр. 1495–1501.Oliveira, C.N.; Khoury, H.J.; Santos, E.J. PiN photodiode performance comparison for dosimetry in radiology applications. Phys. Med, 2016, Vol. 32, рр. 1495–1501.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.