Conception et réalisation d'un dosimètre opérationnel pour la chirurgie interventionnelle assistée par radioscopie X

Design and realization of an operational dosimeter for interventional surgery assisted by X-ray radioscopy

• Auteur / Autrice : Louis Colson
• Direction : Bertrand Boudart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes
• Date : Soutenance le 07/01/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, information et ingénierie des systèmes (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen (1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Boudart, Jérôme Boch, Philippe Lecoeur, Christophe Gaquière, Laurence Méchin, Yannick Guhel, Nicolas Vellas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Boch, Philippe Lecoeur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radioscopie

Personnel médical

Expositions

Générateurs de rayons X

Traitement du signal

Couches minces

Radioprotection

Monte-Carlo, Méthode de

Simulation

Rayons X

Dosimétrie

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Dosimètre opérationnel

Caractérisation Raman

Pulvérisation radiofréquence magnétron

Acquisition de signal

Chirurgie interventionnelle

Dosimétrie opérationnelle

GEANT4(logiciel)

Capteur de rayons X

X-rays

Operational dosimeter

Radiation protection

Raman characterization

Magnetron radiofrequency sputtering

Thin layer

Signal processing

Signal acquisitio

X-ray generator

X-ray sensor

GREYC

EAMEA

CHPC

Cherbourg

Exposure

Medical staff

Fluoroscopy

Interventional surgery

Résumé

Cette thèse concerne la conception d’un dosimètre opérationnel pour les chirurgiens opérant sous rayonnement X. Les rayons X ont été découverts en 1895 par Wilhelm Röntgen. Depuis, ils sont très largement employés que ce soit pour les contrôles effectués dans les aéroports ou dans le domaine médical. Très utiles pour soigner les personnes, ils ne sont pas sans danger que ce soit pour les patients ou les praticiens hospitaliers. Normalement, les patients sont soumis de manière ponctuelle à des irradiations. En revanche, certains praticiens hospitaliers sont confrontés aux irradiations au quotidien. On distingue ici, les personnels orientés « radiographie », qui sont normalement protégés lors de l’irradiation du patient, de certains chirurgiens qui utilisent les rayons X comme moyen de contrôle durant l’opération et pour laquelle ils sont à proximité de la zone irradiée. C’est à cette problématique que s’intéresse cette thèse. L’étude que nous proposons en partenariat avec le laboratoire de recherche en science du numérique GREYC et l’Ecole des Applications Militaires de l’Energie Atomique (EAMEA) située à Cherbourg, est donc destinée à concevoir et réaliser un détecteur de rayons X pour applications médicales visant à donner une information pour une faible dose et des faibles énergies. La partie simulation et validation (irradiation) s’est faite à l’EAMEA. Le reste du travail s’est déroulé au sein du laboratoire GREYC qui a acquis, depuis plusieurs années, une réelle expérience dans le domaine des capteurs.Pour cela, nous avons commencé par réaliser des simulations Monte-Carlo à l’aide du code de calcul GEANT4 afin de définir la géométrie optimale du détecteur. A la suite de ces résultats de simulation, nous avons réalisé le capteur par pulvérisation cathodique rf magnétron par dépôt successif de couches minces. La couche sensible du capteur a fait l’objet d’une caractérisation Raman dont les résultats sont comparés à la littérature. Une fois le capteur réalisé, nous avons procédé à une caractérisation sous un flux de rayonnement X émis depuis un générateur continu de rayons X. Les différents essais avec le générateur continu ont permis de développer une chaine d’acquisition du signal pour ensuite tester le capteur sous un champ de rayonnement pulsé au Centre Hospitalier Public du Cotentin.

This thesis concerns the design of an operational dosimeter for surgeons operating under X-rays. X-rays were discovered in 1895 by Wilhelm Röntgen. Since then, they have been very employed, whether for checks carried out at airports or in the medical field. Very useful for treating people, they are not without danger whether it is for patients or hospital practitioners. Normally, patients are subjected occasionally to irradiation. On the other hand, some hospital practitioners are confronted with daily irradiation. A distinction is made here between “radiography” for diagnostic, who are normally protected during irradiation of the patient, and certain surgeons who use X-rays as a control during the operation and for whom they are close to the irradiated area. This is the issue that this thesis is interested in. The study that we are proposing in partnership with the digital science research laboratory GREYC and the School of Military Applications of Atomic Energy (EAMEA) both located in Cherbourg, is therefore intended to design and produce an X-ray detector for medical applications aimed at giving information for low dose and low energies. The simulation and validation (irradiation)part was done at EAMEA. The rest of the work took place within the GREYC laboratory which has acquired, for several years, real experience in the field of sensors.We started by performing Monte-Carlo simulations using the GEANT4 calculation code in order to define the optimal geometry of the sensor. Following these simulation results, we produced the sensor by rf magnetron sputtering by successive deposition of thin layers. The sensitive layer of the sensor was subject to Raman characterization, the results of which were compared with the literature. Once the sensor had been produced, we carried out a characterization under a flow of X-rays emitted from a continuous X-ray generator. The various tests with the generator continued made it possible to develop a signal acquisition chain in order to test the sensor under a pulsed radiation field in the Centre Hospitalier Public du Cotentin.