Integration et validation d'un système de compensateurs dans une chaine de traitement de radiothérapie par modulation d'intensité

Integration and validation for a compensator system in the treatment by lntensity Modulated Radiotherapy

• Auteur / Autrice : Hanna El-Balaa
• Direction : Dimitri Lefkopoulos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Rayonnements et imagerie en médecine
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Touboul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Touboul, Pierre Aletti, Jean-Pierre Manens, Jean Chavaudra, Antonio Khoury, Hanna Kafrouni
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Aletti, Jean-Pierre Manens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radioprotection (spécialité)

Optimisation mathématique

Simulation par ordinateur

Radiothérapie conformationnelle avec modulation d'intensité

Radiothérapie conformationnelle

Mots clés libres

Validation expérimentale

Compensateurs

Faisceaux intensité modulée

Résumé

La mise au point d'une technique d'irradiation conformationnelle par modulation d’intensité des faisceaux utilisant des compensateurs a été réalisée par la mise en œuvre d'un simulateur virtuel Marconi PQ5000, du logiciel de calcul développé par la société Dosisoft et d'un découpeur de compensateur Autimo2, 5D. Après avoir réalisé le contrôle de qu'alité de la chaîne de simulation virtuelle, la première partie de thèse a été consacrée à la planification directe en prenant en compte les contours irréguliers du patient pour homogénéiser la distribution de dose dans un plan. Pour cela, nous avons défini des fantômes homogènes de formes complexes en polystyrène et choisi un matériau compensateur composé de billes d'étain de densité 6. 9. Nous avons étudié le coefficient d'atténuation linéique de ce matériau dans des conditions de faisceau étroit sur l'axe et en dehors de l'axe. Dans cette partie, l'étude a porté sur l'influence de différents paramètres (épaisseur de coupe, pas de spirale, aille du bixel, diamètre de fraise et l'énergie du faisceau) sur la précision du calcul de la distribution de dose obtenue par compensateurs. Le logiciel «COMP30» qui calcule les épaisseurs de compensation a été développé pour améliorer la précision du calcul. Les résultats obtenus montrent que l'homogénéité des profils calculés et mesurés avec et sans compensateurs varie entre 1 et 3% quand l'épaisseur de coupe, la taille bixel et le diamètre de fraise ont la même dimension. La seconde partie du travail, concerne la mise en œuvre de la planification inverse avec compensateur pour optimiser une distribution de dose homogène et plus élevée dans le volume cible et des doses faibles dans les organes à risques, Elle s'appuie sur les développements techniques de la première partie et le développement du logiciel «AMIRTOS». En planification inverse, l'influence de l'épaisseur de coupe n'est pas mise en évidence. L'adaptation du champ d'échantillonnage par rapport à la taille du volume de prescription montre que celui-ci doit être augmenté d’une large constant de 5 mm. Les doses absolues mesurées s'écartent d'autant plus de la dose prescrite que le volume de prescription est grand. Le rapport entre la dose absolue mesurée et la dose prescrite varie de 1,02 (6x6x1 cm) à 0,96 (14x14x1cm3 pour le faisceau de 6 MV et de 1,02 (6x6x1 cm3 à 0,97 (14x14x1 cm3 pour le faisceau de 15 MV. L'influence de l'énergie est vérifiée et montre que pour des rayons X de 6 et 15 MV le œssus de planification inverse dans l'environnement expérimental étudié est plus stable et les distributions de dose plus homogènes que pour des faisceaux de 25 MV. Enfin la vérification expérimentale de la formulation physique faisant le lien entre les valeurs d'intensité modulée données par le logiciel de calcul « AMIRTOS », les unités moniteurs du faisceau d'irradiation et la dose absolue est réalisée.

The development of an intensity Modulated Radiation Therapy achieved with compensators has been performed using a virtual simulator (Marconi PQ5000), calculation software developed by Dosisoft and a compensator cutting (Autimo 2. 50). After the quality control of the virtual simulation system, the first part of this thesis is dedicated to the validation of the direct planning method, considering the irregular external contour of human body, to obtain a homogeneous dose distribution. We have then developed irregular shaped homogeneous phantom made in polystyrene and choose steel grains (density = 6. 9) as compensator material. We have measured the linear attenuation coefficient in narrow beam and at different distances away from the bearn axis. We have checked the influence of different parameters (slice thickness, pitch factor, bixel size, drill diameter and beam energy) on the calculation accuracy of the dose distribution. The «COMP3D» algorithm, which provides the compensation thickness, was developed to improve the calculation accuracy. Results show that the homogeneity of the calculated and measured profiles with and without compensator changes from 1% to 3% when the slice thickness, the bixel size and drill diameter have the same size. The second part of this work is about the integration of the inverse planning method, delivering conformational dose distribution, with homogeneous dose at the target volume and small doses at the organ at risk. It uses the technical development of the first part and the «AMIRTOS» software development. Ln inverse planning, the slice thickness influence is not highlighted. The matching of the sampled field with the prescription volume shows that a 5 mm constant margin needs to be added to the field size. The difference between the absolute measured and prescribed doses is more important when the prescription volume increase. For example, ratio between the absolute measured and prescribed doses was from 1,02 (6x6x1 cm3 to 0,96 (14x14x1 cm3 for the 6 MV photons beam and from 1,02 (6x6x1 cm3 to 0,97 (14x14x1 cm3 for the 15 MV photons beam. The energy influence has been proved; it shows that the inverse planning process in the studies environment is more reliable for the 6 MV and 15 MV photons bearn tha the 25 MV photons beam. Eventually, the experimental verification of the physical equation between intensity modulated values from the «AMIRTOS» calculation software, beam monitor and absolute dose was performed.