Published July 1, 2016 | Version v1
Publication Open

Fricke gel dosimeter with improved sensitivity for low-dose-level measurements

Creators

  • 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 2. Universidad de La Frontera
  • 3. Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas
  • 4. National University of Río Cuarto

Description

Fricke solution has a wide range of applications as radiation detector and dosimetry. It is particularly appreciated in terms of relevant comparative advantages, like tissue-equivalence when prepared in aqueous media like gel matrix, continuous mapping capability, independence of dose rate and incident direction, as well as linear dose response. This work presents the development and characterization of an improved Fricke gel system, based on modified chemical compositions, making possible its application in clinical radiology due to its improved sensitivity. Properties of standard Fricke gel dosimeter for high-dose levels are used as a starting point, and suitable chemical modifications are introduced and carefully investigated in order to attain high resolution for low-dose ranges, like those corresponding to radiology interventions. The developed Fricke gel radiation dosimeter system achieves the expected typical dose-dependency, showing linear response in the dose range from 20 up to 4000 mGy. Systematic investigations including several chemical compositions are carried out in order to obtain an adequate dosimeter response for low-dose levels. A suitable composition from among those studied is selected as a good candidate for low-dose-level radiation dosimetry consisting of a modified Fricke solution fixed to a gel matrix containing benzoic acid along with sulfuric acid, ferrous sulfate, Xylenol orange, and tridistilled water. Dosimeter samples are prepared in standard vials for in-phantom irradiation and further characterization by spectrophotometry measuring visible light transmission and absorbance before and after irradiation. Samples are irradiated using typical X-ray tubes for radiology and calibrated Farmer-type ionization chamber is used as reference to measure dose rates inside phantoms at vial locations. Once sensitive material composition is optimized, dose-response curves show significant improvement regarding overall sensitivity for low dose levels. The aim of this work consists of implementing the optimized gel dosimeter to perform direct measurements of absorbed dose in samples irradiated during microcomputed tomography scanning in order to preliminary assess dose levels for further scanning of small animals for further applications in veterinary and paleontology. As a first attempt, dose distributions were measured in water-equivalent phantoms having dimensions comparable to small animals, 100 to 1000 cm3, approximately. According to the obtained results, it is found that the proposed method shows satisfactory reliability and adequate performance for a promising gel dosimetry system. PACS number(s): 87.53.Bn, 87.57.uq, 87.59.-e

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يحتوي محلول فريك على مجموعة واسعة من التطبيقات مثل كاشف الإشعاع وقياس الجرعات. يتم تقديره بشكل خاص من حيث المزايا النسبية ذات الصلة، مثل تكافؤ الأنسجة عند تحضيره في وسائط مائية مثل مصفوفة الهلام، والقدرة على رسم الخرائط المستمرة، واستقلالية معدل الجرعة واتجاه الحادث، بالإضافة إلى استجابة الجرعة الخطية. يقدم هذا العمل تطوير وتوصيف نظام هلام فريك المحسن، بناءً على التركيبات الكيميائية المعدلة، مما يجعل من الممكن تطبيقه في الأشعة السريرية بسبب حساسيته المحسنة. يتم استخدام خصائص مقياس جرعة هلام فريك القياسي لمستويات الجرعة العالية كنقطة انطلاق، ويتم إدخال تعديلات كيميائية مناسبة وفحصها بعناية من أجل تحقيق دقة عالية لنطاقات الجرعة المنخفضة، مثل تلك المقابلة لتدخلات الأشعة. يحقق نظام مقياس جرعة إشعاع هلام فريك المطور الاعتماد النموذجي المتوقع للجرعة، مما يدل على استجابة خطية في نطاق الجرعة من 20 إلى 4000 مللي غراي. يتم إجراء تحقيقات منهجية بما في ذلك العديد من التركيبات الكيميائية من أجل الحصول على استجابة كافية لمقياس الجرعات لمستويات الجرعة المنخفضة. يتم اختيار تركيبة مناسبة من بين تلك التي تمت دراستها كمرشح جيد لقياس الجرعات الإشعاعية منخفضة الجرعة التي تتكون من محلول Fricke معدل مثبت بمصفوفة هلامية تحتوي على حمض البنزويك جنبًا إلى جنب مع حمض الكبريتيك وكبريتات الحديدوز وبرتقال الزيلينول والماء ثلاثي التقطير. يتم تحضير عينات مقياس الجرعات في قوارير قياسية للتشعيع داخل الطائفة والمزيد من التوصيف عن طريق قياس الطيف الضوئي الذي يقيس انتقال الضوء المرئي والامتصاص قبل التشعيع وبعده. يتم تشعيع العينات باستخدام أنابيب الأشعة السينية النموذجية للأشعة ويتم استخدام غرفة التأين من نوع المزارع المعايرة كمرجع لقياس معدلات الجرعة داخل الأشباح في مواقع القارورة. بمجرد تحسين تركيبة المواد الحساسة، تظهر منحنيات الجرعة والاستجابة تحسنًا كبيرًا فيما يتعلق بالحساسية العامة لمستويات الجرعة المنخفضة. يتمثل الهدف من هذا العمل في تنفيذ مقياس جرعات الهلام الأمثل لإجراء قياسات مباشرة للجرعة الممتصة في العينات المشععة أثناء التصوير المقطعي الدقيق من أجل التقييم الأولي لمستويات الجرعة لمزيد من المسح للحيوانات الصغيرة لمزيد من التطبيقات في الطب البيطري وعلم الحفريات. كمحاولة أولى، تم قياس توزيعات الجرعة في الأشباح المكافئة للماء التي لها أبعاد مماثلة للحيوانات الصغيرة، من 100 إلى 1000 سم مكعب تقريبًا. وفقًا للنتائج التي تم الحصول عليها، تبين أن الطريقة المقترحة تظهر موثوقية مرضية وأداء كافٍ لنظام قياس جرعات هلام واعد. رقم(أرقام) PACS: 87.53.Bn، 87.57.uq، 87.59.e

Translated Description (French)

La solution Fricke a un large éventail d'applications en tant que détecteur de rayonnement et dosimétrie. Elle est particulièrement appréciée en termes d'avantages comparatifs pertinents, tels que l'équivalence tissulaire lorsqu'elle est préparée dans des milieux aqueux tels que la matrice de gel, la capacité de cartographie continue, l'indépendance du débit de dose et de la direction de l'incident, ainsi que la réponse linéaire à la dose. Ce travail présente le développement et la caractérisation d'un système de gel Fricke amélioré, à base de compositions chimiques modifiées, permettant son application en radiologie clinique en raison de sa sensibilité améliorée. Les propriétés du dosimètre à gel Fricke standard pour les niveaux de dose élevés sont utilisées comme point de départ, et des modifications chimiques appropriées sont introduites et soigneusement étudiées afin d'atteindre une haute résolution pour les plages de faible dose, comme celles correspondant aux interventions de radiologie. Le système de dosimètre de rayonnement en gel Fricke développé atteint la dépendance à la dose typique attendue, montrant une réponse linéaire dans la gamme de doses allant de 20 à 4000 mGy. Des investigations systématiques incluant plusieurs compositions chimiques sont réalisées afin d'obtenir une réponse dosimétrique adéquate pour les faibles doses. Une composition appropriée parmi celles étudiées est sélectionnée comme un bon candidat pour la dosimétrie par rayonnement à faible dose consistant en une solution de Fricke modifiée fixée à une matrice de gel contenant de l'acide benzoïque avec de l'acide sulfurique, du sulfate ferreux, de l'orange de xylénol et de l'eau tridistillée. Les échantillons du dosimètre sont préparés dans des flacons standard pour une irradiation in-phantom et une caractérisation supplémentaire par spectrophotométrie mesurant la transmission et l'absorbance de la lumière visible avant et après l'irradiation. Les échantillons sont irradiés à l'aide de tubes à rayons X typiques pour la radiologie et une chambre d'ionisation de type Farmer étalonnée est utilisée comme référence pour mesurer les débits de dose à l'intérieur des fantômes aux emplacements des flacons. Une fois la composition du matériau sensible optimisée, les courbes dose-réponse montrent une amélioration significative de la sensibilité globale pour les faibles doses. L'objectif de ce travail consiste à mettre en œuvre le dosimètre en gel optimisé pour effectuer des mesures directes de la dose absorbée dans les échantillons irradiés lors de la tomodensitométrie afin d'évaluer les niveaux de dose pour une analyse plus approfondie des petits animaux pour d'autres applications en vétérinaire et en paléontologie. Dans un premier temps, les distributions de dose ont été mesurées dans des fantômes équivalents en eau ayant des dimensions comparables à celles de petits animaux, de 100 à 1000 cm3 environ. Selon les résultats obtenus, il est constaté que le procédé proposé présente une fiabilité satisfaisante et des performances adéquates pour un système prometteur de dosimétrie sur gel. Numéro(s) PACS : 87.53.Bn, 87.57.uq, 87.59.-e

Translated Description (Spanish)

La solución Fricke tiene una amplia gama de aplicaciones como detector de radiación y dosimetría. Se aprecia particularmente en términos de ventajas comparativas relevantes, como la equivalencia tisular cuando se prepara en medios acuosos como la matriz de gel, la capacidad de mapeo continuo, la independencia de la tasa de dosis y la dirección del incidente, así como la respuesta lineal a la dosis. Este trabajo presenta el desarrollo y caracterización de un sistema de gel Fricke mejorado, basado en composiciones químicas modificadas, haciendo posible su aplicación en radiología clínica debido a su sensibilidad mejorada. Las propiedades del dosímetro de gel Fricke estándar para niveles de dosis altas se utilizan como punto de partida, y las modificaciones químicas adecuadas se introducen y se investigan cuidadosamente para lograr una alta resolución para rangos de dosis bajas, como las correspondientes a las intervenciones radiológicas. El sistema de dosímetro de radiación en gel Fricke desarrollado logra la dependencia de dosis típica esperada, mostrando una respuesta lineal en el rango de dosis de 20 hasta 4000 mGy. Se realizan investigaciones sistemáticas que incluyen varias composiciones químicas para obtener una respuesta dosimétrica adecuada para niveles de dosis bajas. Una composición adecuada de entre las estudiadas se selecciona como un buen candidato para la dosimetría de radiación de baja dosis que consiste en una solución de Fricke modificada fijada a una matriz de gel que contiene ácido benzoico junto con ácido sulfúrico, sulfato ferroso, naranja de xilenol y agua tridistilada. Las muestras del dosímetro se preparan en viales estándar para la irradiación en el fantasma y la caracterización adicional mediante espectrofotometría que mide la transmisión y la absorbancia de la luz visible antes y después de la irradiación. Las muestras se irradian utilizando tubos de rayos X típicos para radiología y se utiliza una cámara de ionización calibrada de tipo Farmer como referencia para medir las tasas de dosis dentro de los fantomas en las ubicaciones de los viales. Una vez que se optimiza la composición del material sensible, las curvas de dosis-respuesta muestran una mejora significativa con respecto a la sensibilidad general para niveles de dosis bajos. El objetivo de este trabajo consiste en implementar el dosímetro de gel optimizado para realizar mediciones directas de la dosis absorbida en muestras irradiadas durante el escaneo de tomografía microcomputarizada con el fin de evaluar preliminarmente los niveles de dosis para el escaneo adicional de animales pequeños para futuras aplicaciones en veterinaria y paleontología. Como primer intento, las distribuciones de dosis se midieron en fantomas equivalentes al agua que tenían dimensiones comparables a los animales pequeños, de 100 a 1000 cm3, aproximadamente. De acuerdo con los resultados obtenidos, se encuentra que el método propuesto muestra una fiabilidad satisfactoria y un rendimiento adecuado para un sistema de dosimetría de gel prometedor. Número(s) PACS: 87.53.Bn, 87.57.uq, 87.59.-e

Files

jacmp.v17i4.5626.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a3bdf4dae0e1b96d4ce332692fd834f2
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مقياس جرعات هلام فريك مع حساسية محسنة للقياسات منخفضة الجرعة
Translated title (French)
Dosimètre sur gel Fricke avec sensibilité améliorée pour les mesures à faible dose
Translated title (Spanish)
Dosímetro de gel Fricke con sensibilidad mejorada para mediciones de bajo nivel de dosis

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2479977241
DOI
10.1120/jacmp.v17i4.5626

Is supplement to
https://openalex.org/W4300464951 (Other)
https://openalex.org/W3198857158 (Other)
https://openalex.org/W3137156048 (Other)
https://openalex.org/W298657778 (Other)
https://openalex.org/W2079946916 (Other)
https://openalex.org/W2069619896 (Other)
https://openalex.org/W2059494393 (Other)
https://openalex.org/W2001386226 (Other)
https://openalex.org/W2000376702 (Other)
https://openalex.org/W1966285072 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1633495155
  • https://openalex.org/W1970236325
  • https://openalex.org/W1971070773
  • https://openalex.org/W1981587803
  • https://openalex.org/W1987641446
  • https://openalex.org/W1991756505
  • https://openalex.org/W1993424276
  • https://openalex.org/W2004155805
  • https://openalex.org/W2009887179
  • https://openalex.org/W2013477697
  • https://openalex.org/W2018472023
  • https://openalex.org/W2021190116
  • https://openalex.org/W2022088252
  • https://openalex.org/W2033011681
  • https://openalex.org/W2033551762
  • https://openalex.org/W2043591847
  • https://openalex.org/W2043846626
  • https://openalex.org/W2048329892
  • https://openalex.org/W2048632055
  • https://openalex.org/W2050448334
  • https://openalex.org/W2051560358
  • https://openalex.org/W2064183132
  • https://openalex.org/W2069898239
  • https://openalex.org/W2070808800
  • https://openalex.org/W2070947060
  • https://openalex.org/W2075806986
  • https://openalex.org/W2077333643
  • https://openalex.org/W2082601726
  • https://openalex.org/W2083903308
  • https://openalex.org/W2084457497
  • https://openalex.org/W2087329051
  • https://openalex.org/W2089296372
  • https://openalex.org/W2096604263
  • https://openalex.org/W2116884042
  • https://openalex.org/W2121184553
  • https://openalex.org/W2153836873
  • https://openalex.org/W2169554862
  • https://openalex.org/W2288236527
  • https://openalex.org/W4229868029