Un arreglo tridimensional de diodos basado en tecnología de matriz activa para control de calidad de tratamientos en teleterapia

Abstract

Se diseño un detector 3D electrónico que consiste en alrededor de 22,325 pequeños diodos detectores distribuidos en 14 capas semiesféricas en un volumen esférico de material equivalente al agua de 20 cm de diámetro. Para la conectividad de estos detectores se utilizaría la tecnología de matriz-activa de esta forma los detectores se distribuirían en 80 matrices activas con 3325 canales conectados a una unidad de adquisición de datos (DAQ). Como prueba de principio del detector 3D se realizó la construcción y pruebas experimentales secuenciales de: un detector de la matriz-activa, una matriz plana y un prototipo de una capa esférica de 135 detectores. Cada detector de la matriz-activa consta de un fotodiodo BPW34, un condensador de 1 µF y un MOSFET (Transistor de efecto de campo metal-óxido- semiconductor). Las pruebas experimentales de respuesta lineal, dependencia de la tasa de dosis y porcentaje dosis profundidad utilizando un detector fueron comparados con los datos calculados ideales dando un error menor al 2%. Los resultados de perfiles con la matriz plana construida dieron una diferencia porcentual respecto a los datos de comisionamiento menor al 5%. Finalmente, las pruebas experimentales del prototipo de 135 detectores en un plan tratamiento de radioterapia comparadas con los datos calculados computacionalmente por un sistema de planificación comercial mostraron una diferencia menor al 5%. Estos datos proporcionan los primeros resultados experimentales de una capa del detector diseñado.

A three-dimensional electronic detector array consisting of an active-matrix readout configuration has been designed. The array comprises 22,325 submillimeter size photodiodes isotropically distributed within a 20 cm diameter semi-spherical volume of water equivalent material. For initial testing, one AM pixel, a flat array and a layer of semi-spherical electronic detector has been constructed. Each AM pixel consist of a 1 µF capacitor, a NX7002AK MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) and a BPW34 Photodiode. The flat array consists in 25 pixels distributed in 5 rows and 5 columns with a 2 cm separation between detectors. Experimental tests of linear response, dose rate dependence and depth dose percentage using a detector were compared with the ideal calculated data giving an error of less than 2%. The results of profiles with the flat matrix built gave a percentage difference with respect to the data of the commissioning of the machine of less than 5%. The layer of semi- spherical electronic consist of 135 consists of 135 BPW34S photodiodes distributed in a 12 cm diameter of the semi-spherical volume. Furthermore, a quality assurance plan for a 6-field 6-MV intracranial treatment was generated to check the array’s response. The array was dose calibrated using 20 x 20 cm2 parallel-opposed 6 MV photon beams from a Varian 2100 C/D linear accelerator and the integrated voltage from each photodiode was matched to the calculated dose from a treatment planning software for that photodiode location. Data analysis resulted in a percent dose difference between the measured and calculated dose of < 5%.