Projekt pt. „Opracowanie dawkomierza dla radioterapii w technologii optyki zintegrowanej” pozyskany w ramach programu Polska Metrologia II finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Projekt realizowany przy współpracy z Świętokrzyskim Centrum Onkologii Samodzielnym Publicznym Zakładem Opieki Zdrowotnej oraz Instytutem Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk.
Symbol projektu: PM-II/SP/0042/2024/02
Kwota dofinansowania: 1 000 000 zł
Radioterapia jest jedną z głównych metod leczenia onkologicznego wykorzystującą promieniowanie jonizujące. Służy nie tylko zwalczaniu chorób nowotworowych, ale też łagodzeniu bólu w przypadku nowotworów rozsianych. Rocznie około 100 tysięcy pacjentów w Polsce poddawanych jest radioterapii. Powodzenie leczenia radioterapią zależy od precyzyjnego i jednorodnego dostarczenia dawki do obszaru leczonego. Optymalnie zaplanowany rozkład dawki ma zapewnić uszkodzenie komórek nowotworowych, oszczędzając komórki zdrowe otaczające obszar leczony. Zbyt niska dawka doprowadza do przeżycia komórek nowotworowych i nawrotu choroby. Zbyt wysoka dawka prowadzi do uszkodzeń zdrowych tkanek. Wartości dawek powodujące miejscowe wyleczenie nowotworu bez silnej reakcji tkanek zdrowych mieszczą się w wąskim przedziale. Szacuje się, że zmiana dawki o 5 % może wpłynąć na prawdopodobieństwo wyleczenia nawet o 25 %. Utrzymanie precyzji na poziomie 3.5 % jest trudne do osiągnięcia. Jednym z warunków powodzenia jest odpowiednie odtworzenie dawki pochłoniętej w wodzie i przekazanie jej w procesie wzorcowania na dawkomierze terapeutyczne. Realizuje się to w laboratoriach wzorców pierwotnych i wtórnych, które mogą być częścią Narodowych Instytucji Metrologicznych. Odtwarzanie dawek realizuje się jedną z trzech metod pierwotnych: chemiczna (dozymetr Frickego), jonometryczna i kalorymetryczna (kalorymetr grafitowy lub wodny). Metody te posiadają wady i zalety, które uwidaczniają się w przypadku nowych technik radioterapii, np. FLASH lub VHEE. Metody chemiczne mają niską czułość i dużą niepewność pomiaru. Metody jonometryczne w przypadku FLASH, VHEE lub małych pól posiadają ograniczenia wymiarów, skutkujące niemożnością zbudowania wzorca pierwotnego ze względu na dużą niepewność wyznaczenia objętości czynnej gazu wypełniającego detektor. Metody kalorymetryczne są powszechnie stosowane jako wzorce pierwotne. Ich ograniczenia wynikają ze stosowania termistorów, ich czasu reakcji oraz niepożądanych efektów cieplnych. Dodatkowo wymienione metody służą do pomiaru małych dawek (do 100 Gy). Nowe techniki leczenia bazują na dawkach znacznie większych podawanych w krótkim przedziale czasu (pojedyncze sekundy czy nawet milisekundy). Wyzwania te sprawiają, że należy poszukiwać nowych metod pomiaru dawek lub modyfikować istniejące, np. kalorymetryczne. Wykorzystanie czujników w technologii fotoniki planarnej oraz optyki włóknistej pozwoli na modyfikację metod kalorymetrycznych odtwarzających wartość
dawki, monitorowanie dawki w procesie napromieniania oraz stworzenie referencyjnych, prostych w obsłudze dawkomierzy dla radioterapii. Celem projektu jest zaprojektowanie, wykonanie i przetestowanie dawkomierza kalorymetrycznego na potrzeby radioterapii. W tym celu planowane jest opracowanie optycznego przetwornika mierzącego bardzo małe zmiany temperatury. W pierwszej konfiguracji przetwornik bazować będzie na pojedynczym planarnym światłowodzie pierścieniowym sprzężonym ze światłowodem paskowym. W wyniku zmian temperatury zmianie ulegać będzie rezonansowa długość fali dla której światło przepływać będzie do pierścienia formując minimum w spektralnej charakterystyce transmisyjnej. Druga konfiguracja, wykorzystywać będzie dwa sprzężone rezonatory pierścieniowe. Parametry geometryczne pierwszego rezonatora będą tak dobrane aby czułość jego rezonansowej długości fali na zmiany temperatury była mniejsza od charakteryzującej drugi rezonator, zaś jego wolny zakres dyspersyjny większy. W układzie dwóch sprzężonych interferometrów oczekujemy zwiększenia czułości rezonansowej długości fali na zmiany temperatury wskutek efekt Verniera. Zakładamy wytworzenie struktur pasywowanych warstwą SiO2 aby uniknąć zmian własności sensorowych wynikających z utleniania krzemu pod wpływem oddziaływania promieniowania przenikliwego.
