Développement d'une méthode de caractérisation spectrale des faisceaux de photons d'énergies inférieures à 150 keV utilisés en dosimétrie

Development of a new method to characterize low-to-medium energy X-ray beams (E<150 keV) used in dosimetry

• Auteur / Autrice : Sybelle Deloule
• Direction : Isabelle Aubineau-Lanièce
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire national Henri Becquerel (France)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Aubineau-Lanièce, Hélène Elleaume, Olivier Caselles, Elias Khan, André Bridier, Didier Franck
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Elleaume, Olivier Caselles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radioprotection

Spectroscopie -- Déconvolution

Spectroscopie des rayons X

Radiodiagnostic

Mots clés libres

Rayons X

Spectrométrie

Spectres

Déconvolution

Tubes à rayons X

Grains de curiethérapie

Dosimétrie

Radioprotection

Germanium

Fonction de réponse

Calculs Monte-Carlo

X-rays

Spectrometry

Pulse-height distribution

Spectrum unfolding

X-ray tubes

Brachytherapy seeds

Dosimetry

Radioprotection

Germanium

Response function

Monte Carlo calculation

Résumé

En dosimétrie, la distribution énergétique des photons émis par une source constitue un paramètre incontournable. Dans la gamme des basses et moyennes énergies (i.e. E<150 keV ici), le LNHB possède 5 tubes à rayons X ainsi que des grains de curiethérapie à l’iode 125, présentant des hauts débits de fluence. La détermination du spectre émis par calcul (déterministe ou Monte-Carlo) est limitée, dans la gamme d’énergie considérée, par les incertitudes élevées sur les bases de données ainsi que par les approximations du modèle. La mesure directe avec un détecteur au germanium ultra-pur a donc été retenue, bien que nécessitant de lourds moyens. De plus, le spectre mesuré est le produit de convolution du spectre émis recherché par la réponse du système. Une fois la réponse du détecteur modélisée, il est possible de « déconvoluer» la mesure, i.e. de remonter au spectre réellement émis en corrigeant (par stripping, model-fitting, inférence bayésienne…) les déformations spectrales induites par le processus de détection. Pour la curiethérapie, le modèle de grain-source a ainsi pu être ajusté. Pour les tubes à rayons X, les résultats obtenus avec différents codes Monte-Carlo et 4 logiciels déterministes ont été comparés à un spectre dit de référence obtenu par mesure et déconvolué. Ainsi l’impact sur certaines grandeurs dosimétriques de la méthode utilisée a pu être quantifié.

In the field of dosimetry, the knowledge of the whole photon fluence spectrum is an essential parameter. In the low-to-medium energy range (i.e. E<150 keV), the LNHB possess 5 X-ray tubes and iodine-125 brachytherapy seeds, both emitting high fluence rates. The performance of calculation (either Monte Carlo codes or deterministic software) is flawed by increasing uncertainties on fundamental parameters at low energies, and modelling issues. Therefore, direct measurement using a high purity germanium is preferred, even though it requires a time-consuming set-up and mathematical methods to infer impinging spectrum from measured ones (such as stripping, model-fitting or Bayesian inference…). Concerning brachytherapy, the knowledge of the seed’s parameters has been improved. Moreover, various calculated X-ray tube fluence spectra have been compared to measured ones, after unfolding. The results of all these methods have then be assessed, as well as their impact on dosimetric parameters.