Thèse soutenue

Méthodologie pour la détermination de la dose absorbée dans le cas des petits champs avec et sans hétérogénéités pour des faisceaux de photons de haute énergie

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Auteur / Autrice : Tony Younes
Direction : Laure VieillevigneGeorges Fares
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Radio-physique et imagerie médicale
Date : Soutenance le 11/12/2018
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (2011-....)

Résumé

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La radiothérapie stéréotaxique nécessite l'utilisation de petits faisceaux de photons issus d'accélérateur linéaire d'électrons avec (WFF) ou sans filtre égalisateur (FFF) définis généralement par un collimateur multi-lames (MLC). La dosimétrie de ces petits faisceaux représente un défi majeur principalement lié au manque d'équilibre électronique latéral et à la perturbation introduite par la présence des détecteurs. Mes travaux de thèse ont consisté à étudier la métrologie de ces faisceaux WFF et FFF dans des milieux homogènes et hétérogènes en combinant des mesures expérimentales, des calculs Monte-Carlo (MC) et des calculs provenant de deux algorithmes utilisés dans le système de planification de traitements : l'Anisotropic Analytical Algorithm (AAA) et Acuros XB (AXB). Pour mener à bien ces travaux, la première partie a consisté à modéliser le MLC haute définition (HDMLC) de l'accélérateur TrueBeam STx avec la plateforme MC GATE. Des fichiers d'espaces de phases, fournis par le constructeur ont été utilisés auxquels ont été rajoutées les géométries des mâchoires et des lames. Cette modélisation a été validée en comparant les calculs MC aux mesures expérimentales dans le cas de champs définis par le HDMLC à géométrie simple et complexe allant de 0.5×0.5 cm² à 16×16 cm². Cette première étape était indispensable pour pouvoir déterminer les facteurs correctifs à appliquer à la mesure de la dose absorbée dans l'eau des petits faisceaux selon le formalisme de l'IAEA TRS-483. Quatre détecteurs ont été étudiés : deux micro-chambres d'ionisation à cavité d'air et deux détecteurs solides (diode et diamant) et les facteurs correctifs ont été obtenus selon trois méthodologies combinant des calculs MC dans un voxel d'eau ou dans le volume sensible des détecteurs (après modélisation complète de ces derniers) ainsi que des mesures expérimentales par films radiochromiques. Un écart moyen inférieur à 1% a été trouvé entre les trois méthodes et les valeurs publiées dans l'IAEA TRS-483, excepté pour le champ de 0.5×0.5 cm². La comparaison avec les algorithmes AAA et AXB a révélé une supériorité de AXB par rapport au AAA avec un accord inférieur à 1% pour le champ 1×1 cm². Pour approfondir l'analyse des facteurs correctifs, les spectres de fluence électronique au sein des détecteurs ont été déterminés afin de séparer les contributions liées à la composition atomique (volume sensible, enrobage) et à la taille du volume sensible. L'impact du potentiel d'ionisation a également été évalué. Pour cela, un code de calcul de fluence différentielle en énergie pour les photons et les électrons a été développé et implémenté dans GATE après l'avoir validé par confrontation avec un autre code MC EGS. L'étape suivante s'est articulée autour de la métrologie des petits faisceaux dans des milieux hétérogènes de type poumon et os. Les calculs MC et AXB permettent d'exprimer la dose absorbée dans le milieu (Dm) et par conversion de la rapporter en dose absorbée dans l'eau (Dw) alors que les algorithmes conventionnels (tel que le AAA) expriment en général directement la Dw. L'impact des compositions atomiques sur le calcul de la dose absorbée, sur la conversion de Dm à Dw ainsi que sur la modification de fluence électronique au sein des hétérogénéités a été analysé.