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Sytème de double calcul dosimétrique


par El Hadj DAHI
Université Abou Bekr Belkaid Tlemcen Algérie - Master en physique médicale 2011
  

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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Abou Bekr Belkaid Tlemcen
Faculté des Sciences
Département de Physique

MÉMOIRE
Pour l'obtention du diplôme de
MASTER en Physique Médicale
Option : Radioprotection et Imagerie Médicales

Sujet

Système de double calcul dosimétrique

Réalisé par
DAHI el hadj
MEHERCHI Lamia

Jury :

Mr Mustapha BENMOUNA Professeur (université Tlemcen) Président

Mr Belkacem HATTALI Physicien médicale (CAC d'Oran) Encadreur

Mr Bachir LIANI Professeur (université Tlemcen) Examinateur

Mr Abdelkrim MERAD docteur(université Tlemcen) Examinateur

Remerciement

Ce travail a été effectué au sein du service de Radiothérapie de l'Etablissement Hospitalier Anti-Cancer EL AMIR ABD EL KADAR d'Oran. Nous tenons à remercier le Professeur AIDE (chef de service de radiothérapie) de nous avoir accueillies dans son Service durant la réalisation de ce mémoire.

Nous exprimons à Messieurs le Professeur BENMOUNA Mustapha responsable de la physique médicale, pour nous avoir

fait l'honneur d'être le rapporteur de notre travail de thèse.

Voudrons remercier aussi les membres du jury, le Docteur MERAD Abdelkrim maitre de conférences et le Professeur LIANI

Bachir pour avoir accepté d'examiner ce travail.

Nous tenons plus particulièrement à témoigner toute notre reconnaissance à Monsieur Hattali Belgacem physicien médical de l'établissement hospitalier contre le cancer EL AMIR ABD EL KADAR d'Oran, qui a su nous encadrer et sans lequel ce travail n'aurait jamais pu être réalisé. Nos remerciements les plus sincères pour sa disponibilité, la patience avec laquelle il a répondu à nos nombreuses questions, ses conseils et son aide. Encore une fois, nos remerciements pour toute sa disponibilité et son état réceptif.

Nous n'oublierons pas de remercier Monsieur BOUROUINA Mourad (physicien médical). Nos remerciements pour tout le

temps qu'il a consacrés pour nous, pour sa gentillesse, sa disponibilité et son aide le long de ce travail.

Nos remerciements vont également à tous les membres de l'équipe de physique pour leur accueil chaleureux, leur amitié et

leur bonne humeur constante.

Enfin, nous tenons à exprimer notre gratitude pour tous ceux que nous n'avons pas cités et qui ont contribué de prés ou de

loin à la réalisation de ce mémoire età l'accomplissement de ce projet.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE 2

Chapitre I
INTERACTION RAYONNEMENT MATIERE

INTRODUCTION 4

II. LES DIFFERENTS RAYONNEMENTS IONISANTS 4

II.1 Directement ionisants 4

II.2 Indirectement ionisants. 4

III. INTERACTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS AVEC LA MATIER 5

III.1 Rayonnements directement ionisants (Particules chargées) 5

III.1.1 Caractéristique de l'interaction6 6

III.1.1.1 Pouvoir d'arrêt6 6

III.1.1.2 Pouvoir d'arrêt par collision 6

III.1.1.3 Pouvoir d'arret par freinage 6

III.1.1.4 Transfert d'énergie linéaire(TEL) 6

III.1.1.5 Densité linéique d'ionisation(DLI) 7

III.1.1.6 Le parcours 7

III.1.2 particules chargées légères : électrons (négatons et positons) 8

III.1.2.1 Collision radiative, b« ?? 8

III.1.2.2 Collision dure (hard collision), ab... 8

III.1.2.3 Collision molle (soft collision), b»a 8

III.1.2.4 Cas particulier de positons 9

III.1.3 particules chargées lourdes (proton, á) 10

III.2 Rayonnements indirectement ionisants (photons, neutron) 10

III.2.1 Rayonnements électromagnétique 10

III.2.1.1 Section efficace 11

III.2.1.2 Coefficient linéique d'atténuation 11

III.2.1.3 Couche de demi atténuation 11

III.2.1.4 Effet Thomson 12

III.2.1.5 Effet photoélectrique 12

III.2.1.6 Effet Compton 13

III.2.1.7 Effet de création de paires. 13

III.2.1.8 Importance relative des effets photoélectrique, Compton, et de création de paires

III.2.2 Les neutrons 15

III.2.2.1 L'absorption 15

III.2.2.2 Transmutation :(n, p) ou (n, á) 15

III.2.2.3 Capture radiative -- (n, ã) 16

III.2.2.4 La fission 16

III.2.2.5 La diffusion 17

III.2.2.5.1 Diffusion élastique : (n, n) 17

III.2.2.5.2 Diffusion inélastique : (n, nã) 17

Chapitre II
LES MOYENS DE LA RADIOTHERAPIE CONFORMATIONNELLE

I. INTRODUCTION... 18

II.LARADIOTHERAPIEEXTERNE.. 18

III. RADIOTHERAPIE CONFORMATIONNELLE 18

III.1 LES ETAPES-CLES DE LA RADIOTHERAPIE CONFORMATIONNELLE 19

III.1.1 Acquisition des images 3D 19

III.1.1.1 Installation du patient 19

III.1.1.1.1 Objectifs et contraintes (problématique) 20

III.1.1.1.2 Objectifs 20

III.1.1.1.3 Les moyens de contention... 20

III.1.1.2 Lasers 21

III.1.1.3 Le scanner 21

III.1.1.3.1 Production des rayons X 22

III.1.1.3.1.1 Générateur 22

III.1.1.3.1.2 Tubes à rayons X 22

III.1.1.3.1.3 Détecteurs 23

III.1.1.3.1.4 Filtrage et collimation 24

III.1.2 La planification de traitement (TPS) 25

III.1.2.1 Définition des volumes ciblent 25

III.1.2.1.1 Le volume tumoral GTV 26

III.1.2.1.2 Le volume clinique ou CTV 26

III.1.2.1.3 Le volume planifié ou PTV 26

III.1.2.1.4 Volume traité TV 26

III.1.2.1.5 Volume irradié IV 26

III.1.2.1.6 Les organes à risques 26

III.1.2.2 Prescription de la dose 27

III.1.2.2.1 Dose totale 27

III.1.2.2.2 Etalement 28

III.1.2.2.3 Fractionnement 28

III.1.2.3 Simulation virtuelle et dosimétrie informatisée 28

III.1.2.3.1 Simulation du traitement 28

III.1.2.3.2 Dosimétrie prévisionnelle 29

III.1.3 Les accélérateurs linéaires (L'exécution du traitement) 29

III.1.3.1 Système d'injection 29

III.1.3.1.1 Le pistolet d'électrons 29

III.1.3.1.2 L'injecteur 29

III.1.3.2 Système de génération des radiofréquences(RF) 30

III.1.3.2.3 La source 30

III.1.3.2.4 Le modulateur 30

III.1.3.2.5 Guide d'onde 30

III.1.3.3 La cible 30

III.1.3.4 Système de collimation 31

III.1.3.4.1 Le collimateur primaire 31

III.1.3.4.2 Le cône égalisateur 31

III.1.3.4.3 La chambre d'ionisation monitrice 32

III.1.3.4.4 Le collimateur secondaire 32

III.1.3.4.5 Collimateur mutilâmes(MLC) 33

III.1.3.5 L'imagerie portale 33

III.2 ROLE DES DIFFERENTS ACTEURS 35

III.2.1 Identification des acteurs 35

III.2.1.1 Le radiothérapeute 36

III.2.1.2 Le physicien médicale 36

III.2.1.3 Le manipulateur en électroradiologie 36

III.2.1.4 L'ingénieur biomédical 36

III.2.1.5 Les fournisseurs 36

Chapitre III
PARAMETRES DOSIMETRIQUES

I. INTRODUCTION 37

II. LES QUANTITES ET LES UNITES DES RADIATIONS 37

II.1.1 Transport de l'énergie 37

II.1.1.1 Le flux particulaire 37

II.1.1.2 Le flux énergétique 37

II.1.1.3 Fluence particulaire 37

II.1.1.4 Débit de fluence particulaire 37

II.1.1.5 Fluence énergétique. 38

II.1.1.6 Débit de fluence énergétique 38

II.1.1.7 Radiance particulaire 38

II.1.1.8 Radiance énergétique 38

II.2.2Conversion de l'énergie 38

II.2.2.1 Kerma 39

II.2.2.2 Débit de kerma 39

II.2.2.3 Kerma dans l'air 39

II.2.2.4 L'exposition 40

II.2.2.5 Débit d'exposition 41

II.2.2.6 CEMA 41

II.2.2.7 Débit de CEMA 41

II.2.3 Déposition de l'énergie... 41

II.2.3.1 L'énergie impartie 42

II.2.3.2 L'énergie déposée 42

II.2.3.3 La dose absorbée 42

II.2.3.4 Le débit de la dose absorbée 42

II.2.3.5 Dose à une petite masse de milieu dans l'air 43

III. LES PARAMETRES UTILISES POUR LE CALCUL DE LA DOSE 45

III.1 Le champ équivalent 45

III.2 La loi de l'inverse carré de la distance 46

III.3 Pénétration d'un faisceau de photons dans un fantôme ou un patient 47

III.3.1 La dose à la surface 48

III.3.2La région de build up 48

III.3.3 La profondeur de la dose maximale 48

III.3.4 La dose à la sortie 49

III.4 Facteur de collimateur 49

III.5 Le facteur de diffusions au pic. 50

III.6 Le facteur de diffusions au pic normalisé 50

III.7 Facteur de dose relatif 51

III.8 Le rendement en profondeur... 51

III.9 La fonction de diffusion 52

III.10 Le rapport tissu-air 52

III.11 Rapport diffusé air 53

III.12 Rapport tissu-fantôme et le rapport tissu-maximum 53

III.13 Rapport diffusion -maximum 55

III.14 Rapport hors-axe 55

III.15 Le profil de dose 55

III.5.1 La région centrale 56

III.5.2 La pénombre (pénombre physique) 56

III.5.3 L'ombre 56

III.5.4 La planéité de faisceau 57

III.5.5 La symétrie 57

III.5.6 La distribution de l'isodose dans un fantôme d'eau 57

III.5.7 La distribution de l'isodose dans le patient 58

III.5.7.1 Algorithmes basés sur la correction 58

III.5.7.2 Correction des contours irréguliers et de l'incidence oblique du faisceau 59

III.5.7.3 Correction par des différentes méthodes de calcules 59

III.5.7.3.1 Méthodes de SSD effective 59

III.5.7.3.2 Méthode du TAR ou TMR 60

III.5.7.3.3 Méthode de déplacement de l'isodose 60

III.5.7.3.4 Compensation par l'utilisation des filtres en coints et les bolus 60

III.5.7.3.5 Corrections d'inhomogénéités 60

III.5.7.3.6 Algorithmes basés sur les modélisations 61

IV. CALCULE DES UNITES MONITEURS 61

IV.1 méthode de TPR 62

IV.2 méthode de TAR 62

Chapitre IV
LE LOGICIEL SDCD

I. MATERIEL UTILISE 63

I.1 MEPHYSTO mc2 63

I.2 Fantôme d'eau 64

I.3 Chambre d'ionisation 65

II LES DONNEES REQUISES 66

II.1 Les données générales 66

II.2 Les données à scanner 66

II.3 Les données non scannées 67

III. ARCHITECTURE GENERALE 67

III.1 sources de données (data source) 68

III.1.1 L'identification de la machine 68

III.1.2 Les données générales 69

III.1.3 Les données physiques 70

III.2 dosimétrie (dosimetry) 71

III.2.1 L'identification du patient 71

III.2.2 Donné démographique 73

III.2.3 Paramètres de faisceau 73

III.2.4 résultat finale 76

IV COMPARAISON DES RESULTATS 76

Conclusion 78

Annexes... 79

Bibliographie 82

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