Développement et validation de l'application de la force de Lorentz dans le modèle aux moments entropiques M1. Étude de l'effet du champ magnétique sur le dépôt de dose en radiothérapie externe

Development and validation of the Lorentz force implementation in the M1 model. Study of the effect of magnetic field on dose deposition in external radiotherapy.

• Auteur / Autrice : Jonathan Page
• Direction : Vladimir Tikhonchuk, Jean-Luc Feugeas, Philippe Nicolaï
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 29/11/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Régine Gschwind
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fazia Hannachi, Delphine Lazaro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Dedieu, Xavier Franceries

Mots clés

Mots clés contrôlés

Induction magnétique

Cancer -- Radiothérapie

Mots clés libres

Radiothérapie

Champs magnétique

Physique

Radiotherapy

Magnetic Fields

Physics

Résumé

La majorité des patients atteints d'un cancer sont soignés par la technique de la radiothérapie, l'une des trois principales modalités de traitement avec la chirurgie et la chimiothérapie. Elle consiste en la délivrance d'une radiation de haute énergie sur un volume cible. Son but est de détruire les cellules cancéreuses sans endommager les tissus sains. En pratique, on utilise divers outils numériques afin de prévoir de quelle manière sera déposée l'énergie dans le corps du patient. Ces méthodes peuvent néanmoins présenter des imprécisions ou un temps de calcul trop long pour leur utilisation en milieu clinique. Par conséquent, nous avons développé un nouveau modèle permettant de simuler le transport et le dépôt d'énergie de particules dans des tissus humains, de manière rapide et précise. De nouvelles installations permettant de traiter les patients de cette manière tout en effectuant une imagerie par résonance magnétique entrent actuellement sur le marché. Les champs magnétiques induits par cette technique ont pour effet secondaire et délétère de dévier les particules chargées, injectées ou créées dans le milieu, pouvant modifier fortement le dépôt d'énergie. Malgré cela, il n'existe actuellement pas de modèle permettant de rendre compte de ces effets de manière précise et rapide. Nous nous proposons d'introduire les effets magnétiques dans notre modèle afin de répondre à cette problématique. Nous appuyons la validation de notre modèle par des comparaisons numériques avec un code Monte-Carlo de référence, FLUKA, ainsi que par des comparaisons expérimentales effectuées à l'Institut Bergonié.

The majority of patients diagnosed with cancer are treated by radiotherapy, one of the principal treatment modality with surgery and chemotherapy. It consists in the delivery of high energy radiation on a target volume. It aims to destroy the cancerous cells without damaging sane tissues. In clinical practice, numerical tools are used in order to predict how the energy will be deposited in the patient's body. However, these methods can lack of accuracy or cost too much in terms of calculation time to be suitable for clinical use. As a consequence, we developed a new model able to calculate the transport and energy deposition of ionizing particles in human tissues, efficiently and accurately. New installations allowing the treatment of patients by radiotherapy while imaging them by Magnetic Resonance Imagery are currently marketed. The magnetic fields induced by this technology have as secondary and noxious effect to deflect the charged particles injected or created in the target medium, which might modify highly the deposited energy. Despite that, there aren't yet commercially available numerical solution allowing to reproduce these effects accurately and quickly. We implemented the magnetic effects in our model to. We validate our model by numerical comparisons with a reference Monte-Carlo code, FLUKA, and with experimental comparisons led in the Bergonié Institute (Bordeaux).