Raman spectroscopy as a tool to evaluate oxygen effects on the response of polymer gel dosimetry

Abstract

Currently, advanced dosimeters like polymer gels are capable of obtaining reliable and accurate 3D dose distributions from correlations with the different polymerization degrees induced by incident radiation. Samples of polymer gel dosimeters are commonly read out using magnetic resonance imaging or optical methods like visible light transmission or laser computed tomography. Alternatively, this work proposes and evaluates the implementation of Raman spectroscopy to provide direct information on the effect of oxygen permeating through the walls of phantoms on the polymerization initiated by irradiation in three types of polymer gel dosimeters, namely NIPAM, ITABIS and PAGAT. The aim of the present study is to provide better and complete interpretations using three different containers, adequate for integral, 2D and 3D dose mapping. Moreover, Raman spectroscopy has been used to analyze the well-known effect of oxygen inhibition on the different polymer gel dosimeters remarking the importance of avoiding air exposition during sample storage and readout. Dose-response curves for different polymer gels were obtained in terms of measurements with a calibrated ionization chamber. Additionally, dedicated Monte Carlo simulations were performed aimed at characterizing dose for different X-ray irradiation setups, providing also suitable information to evaluate oxygen diffusion through the sample wall. The obtained results were contrasted with optical transmission readout as well as Monte Carlo simulations attaining very good agreements for all dosimeter types. © 2019 Elsevier Ltd

Actualmente, los dosímetros avanzados como los geles poliméricos son capaces de obtener distribuciones de dosis 3D fiables y precisas a partir de correlaciones con los diferentes grados de polimerización inducidos por la radiación incidente. Las muestras de dosímetros de gel de polímero se leen comúnmente utilizando imágenes por resonancia magnética o métodos ópticos como la transmisión de luz visible o la tomografía computarizada con láser. Alternativamente, este trabajo propone y evalúa la implementación de la espectroscopía Raman para proporcionar información directa sobre el efecto del oxígeno que penetra a través de las paredes de los maniquíes sobre la polimerización iniciada por irradiación en tres tipos de dosímetros de gel de polímero, a saber, NIPAM, ITABIS y PAGAT. El objetivo del presente estudio es proporcionar interpretaciones mejores y completas utilizando tres contenedores diferentes, adecuados para mapeo de dosis integral, 2D y 3D. Además, se ha utilizado la espectroscopia Raman para analizar el conocido efecto de la inhibición del oxígeno en los diferentes dosímetros de gel polimérico, destacando la importancia de evitar la exposición al aire durante el almacenamiento y la lectura de la muestra. Se obtuvieron curvas de dosis-respuesta para diferentes geles de polímero en términos de mediciones con una cámara de ionización calibrada. Además, se realizaron simulaciones específicas de Monte Carlo destinadas a caracterizar la dosis para diferentes configuraciones de irradiación de rayos X, proporcionando también información adecuada para evaluar la difusión de oxígeno a través de la pared de la muestra. Los resultados obtenidos se contrastaron con lectura de transmisión óptica y simulaciones de Monte Carlo logrando muy buenas concordancias para todos los tipos de dosímetros. © 2019 Elsevier Ltd