Modelisation de la distribution de dose en protontherapie par superposition de faisceaux elementaires

• Auteur / Autrice : HANITRA RAKOTOMALALA
• Direction : Jean-Claude Rosenwald
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences médicales
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Résumé

Ce travail est consacre a l'elaboration d'un algorithme de calcul de dose pour la protontherapie dediee aux applications intracraniennes du centre de protontherapie d'orsay (c. P. O. ). Une representation basee sur la decomposition du faisceau therapeutique en faisceaux elementaires de section infinitesimale appeles pencil beams a ete utilisee. La dose provenant de chacun de ces faisceaux elementaires est le produit d'une composante centrale extraite experimentalement, avec une composante radiale de forme gaussienne decrivant la distribution protonique due a la diffusion multiple coulombienne. Le faisceau therapeutique du c. P. O. , de type passif, est dote d'un dispositif de mise en forme complexe influant sur la diffusion protonique. L'influence globale des elements diffuseurs de la ligne du faisceau, celle du compensateur et celle du patient ont ete determinee sous la forme de relations analytiques. La validite des approximations employees a ete evaluee. Au niveau du terme central, elles concernent les reactions nucleaires, le straggling en parcours, et la prise en compte des heterogeneites. Les modelisations relatives a la dispersion protonique radiale ont ete validees experimentalement. L'algorithme de calcul de dose a ete integre dans un logiciel de planification de traitement. Une etude a ete menee sur les parametres de sommation des faisceaux elementaires, afin de reduire le temps de calcul tout en maintenant un haut niveau de precision. L'algorithme a ete valide experimentalement pour differentes configurations d'irradiation, a l'aide d'un nouvel outil de comparaison employant des criteres composites d'acceptabilite en dose et en position. Un bon accord est obtenu entre calculs et mesures (ecarts inferieurs a 3. 0% et 2. 0 mm) pour un temps de calcul avantageux pour l'utilisation clinique (de l'ordre de 20 sec pour 10000 points de calcul sur dec alpha 500 mhz).