Développement d'une méthode de dosimétrie 3D par gel avec lecture optique pour la mise en place de contrôles qualité end-to-end en radiothérapie stéréotaxique

Development of a 3D dosimetric method by gel and optical readout for the implementation of end-to-end quality assurance in stereotactic radiotherapy

• Auteur / Autrice : Alice Rousseau
• Direction : Valentin Blideanu, Christel Stien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Radio et hadron-thérapies
• Date : Soutenance le 21/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Loïc Lenoir de Carlan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régine Gschwind, Jean-François Adam, Christelle Huet, Sophie Chiavassa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régine Gschwind, Jean-François Adam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dosimétrie en radiothérapie

Qualité -- Contrôle

Radiothérapie

Radiochirurgie

Mots clés libres

Gel de Fricke

Tomographie optique

Contrôle qualité

Radiothérapie stéréotaxique

Dosimétrie 3D

Fricke-Based gel

Optical CT scanner

Quality assurance

Stereotactic radiotherapy

3D dosimetry

Résumé

Les techniques modernes de radiothérapie externe, telles que la radiothérapie stéréotaxique qui utilise des petits faisceaux d'irradiation, permettent aujourd'hui de délivrer précisément de fortes doses à la tumeur tout en épargnant les tissus sains adjacents. Cette amélioration s'accompagne cependant d'une complexification des plans de traitement délivrés. Il est alors nécessaire de sécuriser les traitements par la mise en place de contrôles qualité adaptés à ces nouvelles techniques. Parmi ceux-ci, les contrôles qualité end-to-end permettent de tester l'ensemble de la chaîne de traitement rencontrée par les patients à l'hôpital. Les gels dosimétriques, encore à l'état de recherche, pourraient permettre une meilleure mise en place de ce type de contrôles car ils sont actuellement les seuls dosimètres capables de mesurer des distributions de dose en 3D avec une haute résolution spatiale. Le gel Fricke-Xylenol orange-Gelatin (FXG) associé à une lecture par tomographie optique a déjà été utilisé dans la littérature pour réaliser des contrôles qualité end-to-end, cependant sa gamme de dose d'utilisation était limitée à 4 Gy et ne permettait pas son utilisation pour des applications stéréotaxiques. Dans cette étude, la composition du gel FXG a été optimisée et une méthode de double lecture optique a été développée afin d'envisager l'utilisation de cette méthode dosimétrique sur une gamme de dose représentative des traitements stéréotaxiques ([0,25 ; 10] Gy). Cette méthode a été caractérisée et validée dans des petits champs d'irradiation. Plusieurs contrôles qualité end-to-end ont ensuite été mis en place en milieu clinique pour le traitement de tumeurs intracrâniennes par stéréotaxie sur les accélérateurs Novalis TrueBeam STx (Varian) et CyberKnife (Accuray). Les distributions de dose mesurées par gel et celles planifiées ont été comparées en utilisant différents outils d'analyse tels que le gamma-index et la superposition de courbes isodoses, de profils de dose et d'histogrammes dose-volume. Des mesures ponctuelles et planaires avec d'autres dosimètres ont aussi été effectuées pour compléter cette comparaison. Les résultats obtenus ont montré que la méthode de contrôle qualité 3D end-to-end par gel FXG et double lecture optique est précise, adaptée à la radiothérapie stéréotaxique et apporte des informations supplémentaires aux contrôles qualité actuellement effectués en routine clinique avec des méthodes dosimétriques plus conventionnelles.

Modern external radiotherapy techniques, such as stereotactic radiotherapy which uses small radiation beams, enable to deliver precisely high doses to the tumor, while sparing adjacent healthy tissues. However, this improvement goes with increasing complexity of the treatment plans delivered and it is, therefore, necessary to ensure the safety of these treatments through adapted quality assurance. End-to-end quality assurance is a unique tool to test the whole treatment chain encountered by patients in hospitals. Dosimetric gels, which are still in the research stage, could enable a better implementation of this type of quality assurance as they are currently the only dosimeters able of measuring 3D dose distributions with high spatial resolution. Fricke-Xylenol orange-Gelatin (FXG) gel read by optical computed tomography has already been used in the literature to perform end-to-end quality assurance, however on a dose range restricted to 4 Gy, which is not adapted to stereotactic treatments. In this study, the composition of the FXG gel has been optimized and a dual-wavelength reading method has been developed in order to span an absorbed dose range representative of stereotactic treatments (0.25 - 10 Gy). This method has been characterized and validated in small irradiation fields. Then, end-to-end quality assurance tests have been implemented in a clinical setting for the treatment of intracranial tumors by stereotactic radiotherapy on the Novalis TrueBeam STx (Varian) and the CyberKnife (Accuray) accelerators. The planned and measured dose distributions have been compared using different analysis tools, such as gamma-index and superposition of isodose curves, dose profiles and dose-volume histograms. Point and planar measurements with other dosimeters have also been performed to extend this comparison. The results obtained have shown that the 3D end-to-end quality assurance method using FXG gel and dual-wavelength optical readout is accurate, appropriated for stereotactic radiotherapy and provides additional information to the quality assurance currently performed in clinical routine with more conventional dosimetric methods.