Пилотное исследование эффективности использования фотодиодного сенсора в качестве дозиметра

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.

1. Seco, 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/R303

2. Yarahmadi, 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.12195

3. Dixon, 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)90242–3

4. Romei, 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.2014.11.001

5. Oliveira, 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.2016.10.018

6. 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/10.1063/1.4955170

7. Paschoal, 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.

8. 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). – Р. 1–28. https://doi.org/10.3390/s19102226

9. 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.

10. Oliveira, C.N.; Khoury, H.J.; Santos, E.J. PiN photodiode performance comparison for dosimetry in radiology applications // Phys. Med. – 2016. – Vol. 32. – Р. 1495–1501