EP0864106A2 - Sensor for measuring a tissue equivalent radiation dose - Google Patents

Sensor for measuring a tissue equivalent radiation dose

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Publication number
EP0864106A2
EP0864106A2 EP96946337A EP96946337A EP0864106A2 EP 0864106 A2 EP0864106 A2 EP 0864106A2 EP 96946337 A EP96946337 A EP 96946337A EP 96946337 A EP96946337 A EP 96946337A EP 0864106 A2 EP0864106 A2 EP 0864106A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
sensitive optical
optical waveguide
sensor
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96946337A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Friedrich Wolfgang HÄSING
Frank Pfeiffer
Harald BÜKER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP0864106A2 publication Critical patent/EP0864106A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T5/00—Recording of movements or tracks of particles; Processing or analysis of such tracks
    • G01T5/08—Scintillation chambers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02—Dosimeters
    • G01T1/06—Glass dosimeters using colour change; including plastic dosimeters

Definitions

  • the invention relates to a sensor having a radiation-sensitive optical waveguide for measuring a tissue-equivalent radiation dose.
  • Detection sensitivity could be achieved by using long radiation-sensitive optical fibers increase. However, this would involve a correspondingly lower spatial resolution.
  • the object of the invention is to provide a sensor for measuring a tissue-equivalent radiation dose which does not have the aforementioned disadvantages.
  • a glass fiber without heavy doping elements is suitable as a tissue-equivalent measuring, radiation-sensitive optical waveguide (sensor fiber).
  • Suitable doping elements are in particular lithium, magnesium and sodium.
  • Optical waveguide has mirroring on the end faces. In order to be able to couple light into and out of the optical waveguide, it is particularly provided that only partially mirror at least one end face. The light can enter or exit the radiation-sensitive optical waveguide through the non-reflecting part.
  • mirroring at one or both ends is designed to be totally reflective.
  • the radiation-sensitive optical waveguide has a totally reflecting end.
  • a totally reflecting end is present when the light passing through the radiation-sensitive optical waveguide strikes the totally reflecting end surface (surface of the totally reflecting end) at such an angle of incidence that total reflection occurs due to the law of refraction.
  • the radiation-sensitive optical waveguide is then the optically denser medium in comparison to the medium which adjoins the totally reflecting end face.
  • the totally reflecting end has in particular the shape of a tip.
  • the tip preferably forms a right angle. Then there is a cut through that
  • Tip that represents an isosceles triangle with a right angle.
  • the provision of totally reflecting mirroring avoids absorption losses which occur with conventional mirroring.
  • the light in the radiation-sensitive optical waveguide can then be reflected back and forth more often.
  • the light path in the radiation-sensitive optical waveguide is further extended compared to conventional mirroring. and so the sensitivity is increased again.
  • Light paths of up to 100 m are possible.
  • the number of materials that can be used for the radiation-sensitive optical waveguide is thus further increased.
  • the complex dielectric multilayers required for conventional mirroring are eliminated.
  • a totally reflecting end is therefore cheaper to manufacture.
  • a route-neutral measuring method can therefore be carried out with the sensor according to the claims.
  • the aforementioned ratio has a significant influence on the number of back and forth reflections in the radiation-sensitive optical waveguide.
  • FIG. 1 sensor for measuring a tissue-equivalent radiation dose
  • FIG. 2 simulation of irradiation of a sensor (MPC) according to the invention in comparison to a conventional sensor
  • FIGS. 3-5 experimental results
  • FIG. 6 radiation-sensitive optical waveguide with totally reflecting ends
  • FIG. 1 shows a radiation-sensitive optical waveguide 4 which has reflectors 2 at its ends.
  • One of the mirror coatings 2 has an opening 1.
  • a radiation-insensitive transmission fiber 3 is connected to the radiation-sensitive optical waveguide 4 through the opening 1. Light can be coupled into and out of the radiation-sensitive optical waveguide 4 via the transmission fiber 3.
  • a twin fiber can be used instead of a single transmission fiber 3.
  • the light is then coupled in and out via two separate fibers. Fresnel reflections at the interfaces then advantageously have no influence. However, the sensitivity is lower since the fiber that is coupled in also couples out light that is lost for the measurement.
  • An analog structure with one or two radiation-resistant transmission fibers can also be implemented for thin glass rods, which are prepared in the same way. Provided that a corresponding glass composition is present, an approximately tissue-equivalent display is possible.
  • FIG. 2 shows the simulation of an irradiation of a sensor (MPC) according to the invention compared to a conventional sensor with an approximately tissue-equivalent measuring optical waveguide.
  • Lengths of 5 mm were assumed for both sensor fibers, a dose rate of 1.1 Gy / min and a reflectivity of the mirror surfaces of 99%.
  • the ratio of the opening 1 to the cross section of the radiation-sensitive fiber 4 was 0.055.
  • the attenuation of the cavity depends on the basic fiber attenuation, the reflectivity of the mirror and the ratio of the opening 1 to the cross section of the radiation-sensitive fiber 4.
  • 3 to 5 show three graphs which show the result of the irradiation of two PbO transmission sensors at three different wavelengths.
  • Transmission sensors are based on the principle of multipath cavity (MPC). This means that the cavity is mirrored on both sides, but openings are also introduced into the vapor deposition on both sides in order to enable a coupling for a transmission measurement. This inevitably reduces the effectiveness of the cavity. However, the experimental setup is facilitated.
  • MPC multipath cavity
  • the fiber length of the conventional transmission sensor is 38.4 mm, that of the cavity 51.0 mm.
  • the measured attenuation is normalized to one meter of fiber length in order to enable a direct comparison.
  • the dose rate is 1.0 Gy / min.
  • For this special sensor there is an increase in fiber attenuation in the multipath cavity by 2 dB within three minutes of irradiation at a wavelength of 450 nm. With increasing radiation exposure to the fiber, the detection sensitivity of the MPC drops more compared to the conventional sensor, since there are small increases the basic attenuation already deteriorate the transmission of the cavity.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through a sensor, shown on a scale of 50: 1.
  • the sensor has a radiation-sensitive optical waveguide 4 with totally reflecting mirrored ends.
  • the radiation-sensitive optical waveguide 4 consists of a glass rod, the end faces 2 of which taper to a point. The tip forms a right angle.
  • light located in the glass rod, which radiates parallel to the longitudinal axis of the glass rod, is totally reflected due to the law of refraction.
  • the tip created by prism grinding is ground off at one end of the glass rod 4 perpendicular to the axis of the glass rod 4.
  • This grinding creates a surface 1.
  • a single-mode fiber 3 is coupled to this surface 1.
  • the surface 1 created by the grinding has been selected in a ratio of 0.02: 1 to the diameter of the glass rod, so that the overall arrangement is optimized here.
  • the glass rod 4 is embedded in a protective outer tube 5 by contact-free mounting of the end faces 2 on two mounting elements 6 with suitable dimensions.
  • To couple the fiber 3, it is first arranged centrally in a tube 7, the outer radius of which corresponds to that of the tube 5, and ground on the end face.
  • a fiber holder 8, adhesive 9 and a fiber sheathing 10 serve to embed the fiber 3 in the tube 7.
  • Fiber 3 and glass rod 4 are suitably adjusted and glued or fused together.
  • the end not used for coupling is closed by means of a plug 11.
  • the bearing on the end faces can be omitted.
  • a single-mode fiber z. B. an extended multimode fiber is also suitable.

Abstract

A sensor for measuring a tissue equivalent radiation dose has a radiation-sensitive optical fibre (4), means (1, 3) for coupling and outcoupling light in and out of the radiation-sensitive optical fibre (4) and a reflecting coating (2) on both ends of the radiation-sensitive optical fibre (4). Light fed into the radiation-sensitive optical fibre (4) is reflected back and forth several times, lengthening the path of the light over conventional sensors. The lengthened path of the light leads to an improved sensitivity without affecting spatial resolution.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Sensor zur Messung einer gewebeäquivalenten Strahlendo¬ sisSensor for measuring a tissue-equivalent radiation dose
Die Erfindung bezieht sich auf einen einen strahlungs¬ empfindlichen Lichtwellenleiter aufweisenden Sensor zur Messung einer gewebeäquivalenten Strahlendosis.The invention relates to a sensor having a radiation-sensitive optical waveguide for measuring a tissue-equivalent radiation dose.
Aus DE 3929294 AI ist bekannt, einen solchen Lichtwel- lenleiter an einem Ende zu verspiegeln und am anderen Ende Licht einzukoppeln. Das eingekoppelte Licht durch¬ läuft den Lichtwellenleiter bis zum verspiegelten Ende, wird reflektiert und legt infolgedessen den umgekehrten Weg durch den Lichtwellenleiter zurück. Die Intensität des reflektierten Lichtes wird gemessen. Wird ein sol¬ cher Lichtwellenleiter einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt, so ändert sich die Lichtdämpfung im Licht¬ wellenleiter und damit die Lichtintensität . Die Inten¬ sitätsänderung ist Maß für die Strahlendosis. Lichtwellenleiter, die aufgrund ihrer Zusammensetzung eine gewebeäquivalente Messung der Strahlendosis ermög¬ lichen würden, weisen eine relativ geringe Nachweis- empfindlichkeit auf.From DE 3929294 AI it is known to mirror such an optical waveguide at one end and to couple light at the other end. The injected light passes through the optical waveguide to the mirrored end, is reflected and consequently travels the other way through the optical waveguide. The intensity of the reflected light is measured. If such an optical waveguide is exposed to ionizing radiation, the light attenuation in the optical waveguide and thus the light intensity change. The change in intensity is a measure of the radiation dose. Optical waveguides, which would make a tissue-equivalent measurement of the radiation dose possible due to their composition, have a relatively low detection sensitivity.
Die Nachweisempfindlichkeit könnte durch den Einsatz von langen strahlungsempfindlichen Lichtwellenleitern erhöht werden. Allerdings wäre damit eine entsprechend geringere Ortsauflösung verbunden.Detection sensitivity could be achieved by using long radiation-sensitive optical fibers increase. However, this would involve a correspondingly lower spatial resolution.
Um annähernd gewebeäquivalent mit zufriedenstellender Ortsauflösung und Nachweisempfindlichkeit messen zu können, werden gemäß deutscher PatentanmeldungIn order to be able to measure approximately tissue-equivalent with satisfactory spatial resolution and detection sensitivity, according to the German patent application
DE 195 03 647 AI zwei unterschiedliche strahlungsemp- findliche Lichtwellenleiter eingesetzt.DE 195 03 647 AI uses two different radiation-sensitive optical fibers.
Allerdings hat die Verwendung zweier Lichtwellenleiter aufgrund des größeren Raumbedarfs gegenüber nur einem Lichtwellenleiter ebenfalls eine Einbuße bezüglichHowever, the use of two optical fibers also has a loss in relation to only one optical fiber due to the greater space requirement
Ortsauflösung zur Folge. Des weiteren müssen auch hier verhältnismäßig lange Lichtwellenleiter mit entspre¬ chend schlechter Ortsauflösung eingesetzt werden.Spatial resolution. Furthermore, relatively long optical fibers with a correspondingly poor spatial resolution must also be used here.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Sensor zur Messung einer gewebeäquivalenten Strahlendosis, der nicht die vorgenannten Nachteile aufweist.The object of the invention is to provide a sensor for measuring a tissue-equivalent radiation dose which does not have the aforementioned disadvantages.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den rückbezogenen Ansprüchen. Als gewebeäquivalent messender, strahlungsempfindlicher Lichtwellenleiter (Sensorfaser) eignet sich eine Glas¬ faser ohne schwere Dotierelemente. Geeignete Dotierele¬ mente sind insbesondere Lithium, Magnesium sowie Na¬ trium. Der gewebeäquivalent messende, strahlungsempfindlicheThe object is achieved by a sensor with the features of claim 1. Advantageous refinements result from the related claims. A glass fiber without heavy doping elements is suitable as a tissue-equivalent measuring, radiation-sensitive optical waveguide (sensor fiber). Suitable doping elements are in particular lithium, magnesium and sodium. The tissue equivalent measuring, radiation sensitive
Lichtwellenleiter weist an den Endflächen Verspiegelun¬ gen auf. Um Licht in den Lichtwellenleiter ein- sowie auskoppeln zu können, ist insbesondere vorgesehen, zu- mindest eine Endfläche nur teilweise zu verspiegeln. Durch den unverspiegelten Teil kann das Licht in den strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter ein- bzw. austreten.Optical waveguide has mirroring on the end faces. In order to be able to couple light into and out of the optical waveguide, it is particularly provided that only partially mirror at least one end face. The light can enter or exit the radiation-sensitive optical waveguide through the non-reflecting part.
Im Unterschied zum aus DE 3929294 AI bekannten Stand der Technik tritt nur ein Teil des eingekoppelten Lich¬ tes frühzeitig nach Durchlaufen des strahlungsempfind¬ lichen Lichtwellenleiters (Hin- und Rücklauf bei einer vollständig verspiegelten Endfläche) wieder aus. Der andere Teil wird mehrfach hin- und herreflektiert. Der Aufbau ähnelt der Cavity eines Lasers. Es wird der Lichtweg auf diese Weise verlängert und somit die Empfindlichkeit verbessert.In contrast to the prior art known from DE 3929294 AI, only a part of the injected light emerges again early after passing through the radiation-sensitive optical waveguide (outward and return travel with a completely mirrored end face). The other part is reflected back and forth several times. The structure resembles the cavity of a laser. In this way, the light path is lengthened and the sensitivity is improved.
Die Ankopplung einer Sensorfaser (strahlungsempfindli- eher Lichtwellenleiter) an eine strahlungsresistente Übertragungsfaser kann nicht mit der in der Lichtwel¬ lenleitertechnik üblichen Methode des Spleißens gesche¬ hen, da sonst die Spiegelschicht zerstört werden würde Eine exakte Kopplung ist erforderlich, um direkte Re- flexionen an der vorderen Spiegelschicht zu vermeiden und um Lecks in der Cavity zu minimieren. Um eine hochpräzise Kopplung zu gewährleisten, muß zum einen die Öffnung in den Spiegel sehr exakt eingebracht wer¬ den und zum anderen dürfen die Fasern keinen radialen Versatz aufweisen. Die Öffnung kann sehr schnell und genau mit einem Excimerlaser eingebracht werden. Die Positionierung und Fixierung der Fasern erfolgt in ei¬ ner in einkristallinem Silizium anisotrop geätzten V- Nut. Dadurch wird sichergestellt, daß beide Fasern auf einer Achse liegen.The coupling of a sensor fiber (radiation-sensitive optical waveguide) to a radiation-resistant transmission fiber cannot be done with the method of splicing that is customary in optical waveguide technology, since otherwise the mirror layer would be destroyed. An exact coupling is necessary to avoid direct reflections the front mirror layer to avoid and to minimize leaks in the cavity. In order to ensure high-precision coupling, on the one hand the opening in the mirror must be made very precisely and on the other hand the fibers must not have any radial offset. The opening can be made very quickly and precisely with an excimer laser. The fibers are positioned and fixed in a V-etched anisotropically in single-crystal silicon. Groove. This ensures that both fibers are on one axis.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Verspiegelungen an einem oder beiden Enden totalreflek- tierend ausgestaltet. Beispielsweise weist der strah¬ lungsempfindliche Lichtwellenleiter ein totalreflektie¬ rendes Ende auf. Eine solches totalreflektierendes Ende liegt vor, wenn das den strahlungsempfindlichen Licht¬ wellenleiter durchlaufende Licht in einem derartigen Einfallswinkel auf die totalreflektierende Endfläche (Fläche des totalreflektierenden Endes) trifft, daß aufgrund des Brechnungsgesetzes Totalreflexion auf¬ tritt. Der strahlungsempfindliche Lichtwellenleiter ist dann das optisch dichtere Medium im Vergleich zum Me- dium, das an die totalreflektierende Endfläche an¬ grenzt .In an advantageous embodiment of the invention, mirroring at one or both ends is designed to be totally reflective. For example, the radiation-sensitive optical waveguide has a totally reflecting end. Such a totally reflecting end is present when the light passing through the radiation-sensitive optical waveguide strikes the totally reflecting end surface (surface of the totally reflecting end) at such an angle of incidence that total reflection occurs due to the law of refraction. The radiation-sensitive optical waveguide is then the optically denser medium in comparison to the medium which adjoins the totally reflecting end face.
Zur Erzielung einer Totalreflektion weist das totalre¬ flektierende Ende insbesondere die Form einer Spitze auf. Vorzugsweise schließt die Spitze einen rechten Winkel ein. Es gibt dann einen Schnitt durch dieIn order to achieve total reflection, the totally reflecting end has in particular the shape of a tip. The tip preferably forms a right angle. Then there is a cut through that
Spitze, der ein gleichschenkeliges Dreieck mit einem rechten Winkel darstellt.Tip that represents an isosceles triangle with a right angle.
Das Vorsehen totalreflektierender Verspiegelungen ver¬ meidet Absorptionsverluste, die bei konventionellen Verspiegelungen auftreten. Es kann dann das im strah¬ lungsempfindlichen Lichtwellenleiter befindliche Licht öfter hin- und herreflektiert werden. Der Lichtweg im strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter wird weiter im Vergleich zur konventionellen Verspiegelung verlän- gert und so die Empfindlichkeit wiederum gesteigert. Lichtwege von bis zu 100 m sind so möglich. Die Anzahl der einsetzbaren Materialien für den strahlungsempfind- lichen Lichtwelleneleiter wird so weiter erhöht . Die für konventionelle Verspiegelung erforderlichen, auf¬ wendigen dielektrischen Mehrfachschichten entfallen. Ein totalreflektierendes Ende ist daher preiswerter herstellbar. Vorteilhaft tritt ferner keine signifi¬ kante Temperaturabhängigkeit der Reflexion im Vergleich zur konventionellen Verspiegelung auf. Auch ist es auf¬ grund von Lichtwegen von bis zu 100 m möglich, die Ab¬ klingzeit von Lichtpulsen und hieraus die absolute Dämpfung im strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter zu bestimmen. Ein streckenneutrales Meßverfahren kann daher mit dem anspruchsgemäßen Sensor durchgeführt wer¬ den.The provision of totally reflecting mirroring avoids absorption losses which occur with conventional mirroring. The light in the radiation-sensitive optical waveguide can then be reflected back and forth more often. The light path in the radiation-sensitive optical waveguide is further extended compared to conventional mirroring. and so the sensitivity is increased again. Light paths of up to 100 m are possible. The number of materials that can be used for the radiation-sensitive optical waveguide is thus further increased. The complex dielectric multilayers required for conventional mirroring are eliminated. A totally reflecting end is therefore cheaper to manufacture. In addition, there is advantageously no significant temperature dependence of the reflection in comparison to conventional mirroring. It is also possible on the basis of light paths of up to 100 m to determine the decay time of light pulses and from this the absolute attenuation in the radiation-sensitive optical waveguide. A route-neutral measuring method can therefore be carried out with the sensor according to the claims.
Ferner ist es beim anspruchsgemäßen totalreflektieren¬ den Ende auf einfache und reproduzierbare Weise mög¬ lich, ein vorgegebenes Verhältnis von verspiegeltem Teil einer Endfläche zum unverspiegelten Teil der End¬ fläche herzustellen und den unverspiegelten Teil zur Ein- und Auskopplung des Lichtes in den bzw. aus dem strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter zu nutzen.Furthermore, in the total reflective end according to the claims, it is possible in a simple and reproducible manner to produce a predetermined ratio of the mirrored part of an end surface to the non-mirrored part of the end surface and the non-mirrored part for coupling the light in and out to use the radiation-sensitive optical fiber.
Das vorgenannte Verhältnis beeinflußt maßgeblich die Anzahl der Hin- und Herreflektionen im strahlungs¬ empfindlichen Lichtwellenleiter. Je größer der verspie¬ gelte Teil im Verhältnis zum Ein- und Auskopplungsteil ist, desto öfter wird das Licht im strahlungsempfindli¬ chen Lichtwellenleiter hin- und herreflektiert. Es zeigen:The aforementioned ratio has a significant influence on the number of back and forth reflections in the radiation-sensitive optical waveguide. The larger the mirrored part in relation to the coupling and decoupling part, the more often the light is reflected back and forth in the radiation-sensitive optical waveguide. Show it:
Figur 1 : Sensor zur Messung einer gewebeäquivalenten Strahlendosis,FIG. 1: sensor for measuring a tissue-equivalent radiation dose,
Figur 2: Simulation einer Bestrahlung eines erfindungs¬ gemäßen Sensors (MPC) im Vergleich zu einem konventionellen Sensor,FIG. 2: simulation of irradiation of a sensor (MPC) according to the invention in comparison to a conventional sensor,
Figur 3 - 5: experimentelle Ergebnisse,FIGS. 3-5: experimental results,
Figur 6: strahlungsempfindlicher Lichtwellenleiter mit totalreflektierenden Enden,FIG. 6: radiation-sensitive optical waveguide with totally reflecting ends,
Figur 1 zeigt einen strahlungsempfindlichen Lichtwel¬ lenleiter 4, der an seinen Enden Verspiegelungen 2 auf¬ weist. Eine der Verspiegelungen 2 weist eine Öffnung 1 auf. Eine strahlungsunempfindliche Übertragungsfaser 3 ist mit dem strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter 4 durch die Öffnung 1 hindurch verbunden. Licht kann über die Übertragungsfaser 3 in den strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter 4 ein- und ausgekoppelt werden.FIG. 1 shows a radiation-sensitive optical waveguide 4 which has reflectors 2 at its ends. One of the mirror coatings 2 has an opening 1. A radiation-insensitive transmission fiber 3 is connected to the radiation-sensitive optical waveguide 4 through the opening 1. Light can be coupled into and out of the radiation-sensitive optical waveguide 4 via the transmission fiber 3.
Anstelle einer einzigen Übertragungsfaser 3 kann eine Zwillingsfaser eingesetzt werden. Die Ein- und Aus¬ kopplung des Lichts erfolgt dann über zwei getrennte Fasern. Vorteilhaft haben dann Fresnel-Reflexionen an den Grenzflächen keinen Einfluß. Allerdings ist die Empfindlichkeit geringer, da durch die einkoppelnde Fa- ser auch Licht ausgekoppelt wird, das für die Messung verloren ist. Ein analoger Aufbau mit einer oder zwei strahlungsresi- stenten Übertragungsfasern ist auch für dünne Glasstäbe realisierbar, die in der selben Weise präpariert wer¬ den. Unter der Voraussetzung, daß eine entsprechende Glaszusammensetzung vorliegt, ist eine annähernd gewe¬ beäquivalente Anzeige möglich.Instead of a single transmission fiber 3, a twin fiber can be used. The light is then coupled in and out via two separate fibers. Fresnel reflections at the interfaces then advantageously have no influence. However, the sensitivity is lower since the fiber that is coupled in also couples out light that is lost for the measurement. An analog structure with one or two radiation-resistant transmission fibers can also be implemented for thin glass rods, which are prepared in the same way. Provided that a corresponding glass composition is present, an approximately tissue-equivalent display is possible.
Figur 2 zeigt die Simulation einer Bestrahlung eines erfindungsgemäßen Sensors (MPC) im Vergleich zu einem konventionellen Sensor mit einem näherungsweise gewebe- äquivalent messenden Lichtwellenleiter. Der simulierte Bestrahlungsstart erfolgt bei t=120 s.FIG. 2 shows the simulation of an irradiation of a sensor (MPC) according to the invention compared to a conventional sensor with an approximately tissue-equivalent measuring optical waveguide. The simulated irradiation start takes place at t = 120 s.
Es wurden für beide Sensorfasern Längen von 5 mm ange¬ nommen, eine Dosisleistung von 1,1 Gy/min sowie eine Reflektivität der Spiegelflächen von 99%. Das Verhält- nis der Öffnung 1 zum Querschnitt der strahlungs¬ empfindlichen Faser 4 betrug 0,055.Lengths of 5 mm were assumed for both sensor fibers, a dose rate of 1.1 Gy / min and a reflectivity of the mirror surfaces of 99%. The ratio of the opening 1 to the cross section of the radiation-sensitive fiber 4 was 0.055.
Bezieht man die induzierte Dämpfung auf die Faserlänge und auf die Dosis, so ergibt sich für das herkömmliche Design eine effektive Empfindlichkeit von 0,06 dB/Gy/cm und für den MPC-Sensor 0, 72dB/Gy/cm.If one relates the induced attenuation to the fiber length and to the dose, this results in an effective sensitivity of 0.06 dB / Gy / cm for the conventional design and 0.72 dB / Gy / cm for the MPC sensor.
Je kleiner das Verhältnis der Öffnung 1 zum Querschnitt der strahlungsempfindlichen Faser 4 ist, desto höhere effektive Faserempfindlichkeiten erhält man. Nach un¬ ten ist eine Grenze erreicht, wenn die Dämpfung der MPC so groß wird, daß keine Verlängerung des Lichtweges mehr stattfindet . Die Dämpfung der Cavity hängt ab von der Fasergrunddämpfung, der Reflektivität der Spiegel und vom Verhältnis der Öffnung 1 zum Querschnitt der strahlungsempfindlichen Faser 4.The smaller the ratio of the opening 1 to the cross section of the radiation-sensitive fiber 4, the higher the effective fiber sensitivity. A lower limit is reached when the attenuation of the MPC becomes so great that the light path is no longer extended. The attenuation of the cavity depends on the basic fiber attenuation, the reflectivity of the mirror and the ratio of the opening 1 to the cross section of the radiation-sensitive fiber 4.
Fig. 3 bis 5 zeigen drei Grafiken, die das Ergebnis der Bestrahlung zweier PbO-Transmissionssensoren bei drei verschiedenen Wellenlängen darstellen. Einer der3 to 5 show three graphs which show the result of the irradiation of two PbO transmission sensors at three different wavelengths. One of
Transmissionssensoren ist nach dem Prinzip der Multi- pathcavity (MPC) aufgebaut. Das bedeutet, daß die Ca¬ vity beidseitig verspiegelt wird, aber auch beidseitig Öffnungen in die Bedampfung eingebracht werden, um eine Ankopplung für eine Transmissionsmessung zu ermögli¬ chen. Die Effektivität der Cavity nimmt dadurch zwangsläufig ab. Der experimentelle Aufbau wird jedoch erleichtert.Transmission sensors are based on the principle of multipath cavity (MPC). This means that the cavity is mirrored on both sides, but openings are also introduced into the vapor deposition on both sides in order to enable a coupling for a transmission measurement. This inevitably reduces the effectiveness of the cavity. However, the experimental setup is facilitated.
Die Faserlänge des herkömmlichen Transmissionssensors beträgt 38,4 mm, die der Cavity 51,0 mm. Die gemessene Dämpfung ist jedoch auf einen Meter Faserlänge nor¬ miert, um einen direkten Vergleich zu ermöglichen. Die Bestrahlung mit Photonen der Energie 1,23 MeV beginnt bei t = 0 s. Die Dosisleistung beträgt 1,0 Gy/min. Für diesen speziellen Sensor ergibt sich eine Steige¬ rung der Faserdämpfung bei der Multipathcavity um 2dB innerhalb einer dreiminütigen Bestrahlung bei einer Wellenlänge von 450 nm. Mit zunehmender Strahlenbela¬ stung der Faser sinkt die Nachweisempfindlichkeit der MPC im Vergleich zum konventionellen Sensor stärker, da geringe Zunahmen der Grunddämpfung bereits die Trans¬ mission der Cavity verschlechtern. Eine derartige An¬ ordnung ist deshalb gerade für Glasfasern mit geringer Nachweisempfindlichkeit geeignet . Deutlich erkennbar ist, daß der Unterschied der Nach¬ weisempfindlichkeiten der beiden Sensoren mit wachsen¬ der Wellenlänge ansteigt . Die Ursache dafür liegt in der erhöhten Reflektivität der Bedampfung in diesem Be- reich des Spektrums sowie in den günstigeren Transmis¬ sionseigenschaften der Fasern im infraroten Bereich.The fiber length of the conventional transmission sensor is 38.4 mm, that of the cavity 51.0 mm. However, the measured attenuation is normalized to one meter of fiber length in order to enable a direct comparison. Irradiation with photons of energy 1.23 MeV begins at t = 0 s. The dose rate is 1.0 Gy / min. For this special sensor there is an increase in fiber attenuation in the multipath cavity by 2 dB within three minutes of irradiation at a wavelength of 450 nm. With increasing radiation exposure to the fiber, the detection sensitivity of the MPC drops more compared to the conventional sensor, since there are small increases the basic attenuation already deteriorate the transmission of the cavity. Such an arrangement is therefore particularly suitable for glass fibers with low detection sensitivity. It can be clearly seen that the difference in the detection sensitivity of the two sensors increases with increasing wavelength. The reason for this lies in the increased reflectivity of the vapor deposition in this area of the spectrum and in the more favorable transmission properties of the fibers in the infrared range.
In den Figuren sind die um Fadingeffekte korrigierten Rohdaten dargestellt.The raw data corrected for fading effects are shown in the figures.
Figur 6 zeigt einen im Maßstab von 50:1 dargestellten Längsschnitt durch einen Sensor. Der Sensor weist einen strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter 4 mit total- reflektierend verspiegelten Enden auf. Der strahlungs¬ empfindliche Lichtwellenleiter 4 besteht aus einem Glasstab, dessen Endflächen 2 spitz zulaufen. Die Spitze schließt einen rechten Winkel ein. An den End¬ flächen 2 wird im Glasstab befindliches Licht, das parallel zur Glasstab-Längsachse strahlt, aufgrund des Brechungsgesetzes total reflektiert.FIG. 6 shows a longitudinal section through a sensor, shown on a scale of 50: 1. The sensor has a radiation-sensitive optical waveguide 4 with totally reflecting mirrored ends. The radiation-sensitive optical waveguide 4 consists of a glass rod, the end faces 2 of which taper to a point. The tip forms a right angle. At the end faces 2, light located in the glass rod, which radiates parallel to the longitudinal axis of the glass rod, is totally reflected due to the law of refraction.
Zur Einkopplung des Lichtes ist an einem Ende des Glasstabes 4 die durch Prismenanschliff entstandene Spitze senkrecht zur Achse des Glasstabes 4 abgeschlif- fen. Durch diesen Abschliff entsteht eine Fläche 1. An diese Fläche 1 wird eine Monomode-Faser 3 angekoppelt. Die durch den Anschliff entstandene Fläche 1 ist im Verhältnis 0,02:1 zum Durchmesser des Glasstabes ge¬ wählt worden, so daß sich hier eine Optimierung der ge- samten Anordnung ergibt. Der Glasstabstab 4 ist in ein schützendes Außenrohr 5 durch Lagerung der Endflächen 2 auf zwei Halterungsele¬ menten 6 mit geeigneten Abmessungen weitgehenst berüh¬ rungsfrei eingebettet . Zur Ankoppelung der Faser 3 wird diese zunächst in ei¬ nem Rohr 7, dessen Außenradius dem des Rohres 5 ent¬ spricht, zentral angeordnet und stirnseitig geschlif¬ fen. Der Einbettung der Faser 3 in das Rohr 7 dient eine Faserhalterung 8, Klebstoff 9 und eine Faserumman- telung 10.To couple the light, the tip created by prism grinding is ground off at one end of the glass rod 4 perpendicular to the axis of the glass rod 4. This grinding creates a surface 1. A single-mode fiber 3 is coupled to this surface 1. The surface 1 created by the grinding has been selected in a ratio of 0.02: 1 to the diameter of the glass rod, so that the overall arrangement is optimized here. The glass rod 4 is embedded in a protective outer tube 5 by contact-free mounting of the end faces 2 on two mounting elements 6 with suitable dimensions. To couple the fiber 3, it is first arranged centrally in a tube 7, the outer radius of which corresponds to that of the tube 5, and ground on the end face. A fiber holder 8, adhesive 9 and a fiber sheathing 10 serve to embed the fiber 3 in the tube 7.
Faser 3 und Glasstab 4 werden geeignet justiert und miteinander verklebt oder verschmolzen. Zum Schutz des Glasstabes 4 wird das nicht zur Ankopplung genutzte Ende mittels eines Stopfens 11 geschlossen. Wird ein Lichtwellenleiter anstelle eines Glasstabes benutzt, kann die Lagerung auf den Endflächen entfal¬ len. Anstelle einer Monomode-Faser ist z. B. auch eine ausgezogene Multimodefaser geeignet. Fiber 3 and glass rod 4 are suitably adjusted and glued or fused together. To protect the glass rod 4, the end not used for coupling is closed by means of a plug 11. If an optical waveguide is used instead of a glass rod, the bearing on the end faces can be omitted. Instead of a single-mode fiber z. B. an extended multimode fiber is also suitable.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1.Sensor zur Messung einer gewebeäquivalenten Strahlen¬ dosis, mit einem strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiter (4) , mit Mitteln (1, 3) zur Ein- und Auskopplung von Licht in den bzw. aus dem strahlungsempfindlichen Lichtwel¬ lenleiter (4) sowie mit Verspiegelungen (2) an beiden Enden des strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiters (4) .1.Sensor for measuring a tissue-equivalent radiation dose, with a radiation-sensitive optical waveguide (4), with means (1, 3) for coupling and decoupling light into and out of the radiation-sensitive optical waveguide (4) and with mirroring ( 2) at both ends of the radiation-sensitive optical waveguide (4).
2. Sensor nach vorhergehendem Anspruch, bei dem Ver¬ spiegelungen an einem oder an beiden Enden des strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiters (4) to¬ talreflektierend ausgestaltet sind.2. Sensor according to the preceding claim, in which reflections at one or both ends of the radiation-sensitive optical waveguide (4) are configured to be valley-reflecting.
3. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem spitzenförmigen Ende des strahlungsempfindlichen Lichtwellenleiters .3. Sensor according to one of the preceding claims with a tip-shaped end of the radiation-sensitive optical waveguide.
4. Sensor nach vorhergehendem Anspruch, bei der die Spitze pyramidenförmig ist. 4. Sensor according to the preceding claim, wherein the tip is pyramidal.
EP96946337A 1995-12-02 1996-12-02 Sensor for measuring a tissue equivalent radiation dose Withdrawn EP0864106A2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19857502A1 (en) * 1998-12-14 2000-06-15 Forschungszentrum Juelich Gmbh Increasing the sensitivity to radiation of an optical fiber
FR2826733B1 (en) 2001-07-02 2003-09-05 Commissariat Energie Atomique RADIATION SENSOR, WITH ENERGY COMPENSATION AND LARGE ANGULAR OPENING, FOR REMOTE DOSIMETRY, AND DOSIMETRY DEVICE USING THE SENSOR
US7399977B2 (en) * 2004-07-23 2008-07-15 University Health Network Apparatus and method for determining radiation dose
US9000401B2 (en) 2010-07-07 2015-04-07 Institut National D'optique Fiber optic radiochromic dosimeter probe and method to make the same
US9354327B1 (en) * 2014-01-22 2016-05-31 Lockheed Martin Corporation Radiation detection package

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3234900A1 (en) * 1982-09-21 1984-03-22 Siemens Ag FIBER OPTICAL SENSOR
GB2200984B (en) * 1986-12-16 1990-11-07 Optical Data Communications Lt Fibre optic ionising radiation detector
DE3929294A1 (en) * 1989-09-04 1991-03-14 Forschungszentrum Juelich Gmbh METHOD AND MEASURING DEVICE FOR MEASURING THE DOSAGE OR DOSAGE PERFORMANCE OF CORE RADIATION
FR2718852B1 (en) * 1994-04-19 1996-05-15 Commissariat Energie Atomique Remote radiation detection device.
DE19503647C2 (en) * 1995-02-06 1999-12-16 Forschungszentrum Juelich Gmbh Measuring device for in-vivo and on-line determination of the tissue-equivalent dose in radiation therapy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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