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Younes, Tony. 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

Younes, Tony (2018). 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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Résumé en francais

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. Un bon accord en Dm a été trouvé entre MC et AXB quel que soit le type d'hétérogénéité ainsi qu'en Dw dans l'hétérogénéité de type poumon (excepté pour le champ 0.5×0.5 cm²). Les analyses en Dw dans le milieu de type os ont révélé des différences significatives (>5%) entre les calculs AAA, AXB et GATE et les mesures par films, mettant en évidence que les Dw de ces trois algorithmes de calcul ne sont pas équivalentes, y compris entre AXB et GATE. Ces différences ont été analysées en modélisant les films et en étudiant les fluences électroniques dans les différents milieux. Nos résultats dans le milieu de type os ont révélé que la validation expérimentale de la Dw actuellement implémentée dans GATE et AXB ne peut être réalisée sans correction.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Vieillevigne, Laure
Fares, Georges
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (CRCT), UMR 1037 ; Institut Claudius Regaud
Mots-clés libres :Petits champs - Métrologie - Monte-Carlo - Hétérogénéité - Dose absorbée dans le milieu - Dose absorbée dans l'eau - Anisotropic analytical algorithm - Acuros XB - Conversion
Sujets :Physique
Déposé le :11 Oct 2019 16:37