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Dosimétrie des photons de haute énergie

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par Marwa AISSANI et Imene YAHOUNI
Université Abou Bekr Belkaid - Master2 2011
  

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Chapitre IV. Résultats et discussion

IV1. Introduction........................................................................68 IV.2. Les données de photon à scanné..............................................68

IV. 2.1.Méthode et dispositifs utilisés . .68

IV. 2.1.1. Medical Physics Control Center MEPHYSTO mc2 .. 69

IV. 2.1.2. Le positionnement des chambres d'ionisation 70

IV. 2.2. Résultats .70

IV. 2.2.1 Les courbes rendements en profondeur (PDD) pour les champs ouverts àl'axe central . 71

IV. 2.2.1.1. Discutions et Interprétation 74

IV. 2.2.2. Mesure des profils latéraux de doses 74

IV. 2.2.2.1. Profil de dose pour un champ ouvert 75

IV. 2.2.2.1.1 Discutions et interprétation 81

IV. 2.2.2.2. Profil de dose diagonale 82

IV. 2.2.2.3. Profil de dose pour un champ MLC 83

IV. 2.2.2.3.1. Discutions et interprétation 84

IV. 2.2.2.4. Profil de dose pour un champ avec filtre en coin 84

IV. 2.2.2.4.1. Discutions et interprétation 95

IV.3. Les données photon non -scan 96

IV.3.1. Mesure des facteurs de diffusion totale et d'output du collimateur 96

IV.3.2 : facteurs de transmission de block et porte cache 99

IV.4. comparaison entre les données mesurer et calculer 101

IV.4.1. Pour les rendements en profondeur 101

IV.4.1.1. Discutions et interprétation .103

IV.4.2. Pour les profils de dose avec filtre en coins 103

IV.4.3. Pour les profils de dose avec champ ouvert 114

IV.4.4. Pour les profils de dose diagonale 120

IV.4.5. Interprétation des résultats 122

Conclusiongénérale ............................................................... 124

Bibliographies & Références......................................................126

Liste des Tableaux

Tableau 1.1 classification des neutrons............................................13

Tableau 4.1Valeur de COF, TSCF et PSCF pour les faisceaux de photons de 6

et18 MeV.................................................................................97

Tableau 4.2Valeur obtenue pour les deux faisceaux RX avec et sans port

cache......................................................................................99

Tableau 4.3Valeur obtenue pour les deux faisceaux RX avec et sans

BLOC....................................................................................100

Tableau 4.4 Valeur obtenue pour la transmission par bloc....................100

Figure 1.1 Classification des rayonnements 5

Figure1.2 Phénomène d'ionisation 10

Figure1.3 Phénomène d'excitation 10

Figure1.4 Phénomène de freinage 11

Figure1.5 Variation du TLE des électrons dans les tissus en fonction de l'énergie 15

Figure1.6 Effet photoélectrique 19

Figure1.7 Effet Compton .........20

Figure1.8 Effet de production des paires .........21

Figure1.9 Phénomène d'annihilation de la matière 21

Figure 1.10 Probabilités de réalisation des effets photoélectrique, Compton et de production
de paires dans les tissus biologiques en fonction de l'énergie .23
Figure1.12 Représentation schématique du transfert d'énergie d'un photon au milieu

travers 28

Figure1.13 L'équilibre électronique 32

Figure 2.1 Principe du tube à rayons X 36

Figure 2.2 Exemple d'un spectre de rayons X, représenté en fonction de la longueur
d'onde 38

Figure 2.3 Exemple d'un spectre de rayons X, pour une haute tension de 100 KV,

représenté en fonction de l'énergie .38

Figure 2.4 Caractéristiques physiques d'un faisceau de photons dans le vide ..39

Figure 2.5 Caractéristiques physiques d'un faisceau traversant un matériau 42

Figure 2.6 Schématisation d'une courbe de rendement en profondeur 43

Figure 2.7 Mesure du PSF. La mesure dans l'air s'effectue avec un capuchon de build-up .46

Figure 2.8 Mesure du (HSF) et du (RDF) 48

Figure 2.9 Profile de dose 49
Figure 2.10. Profil latéral de dose et leur régions (la partie centrale >80%, la partie de

pénombre entre 20% et 80%, la partie de transmission >20%)

 

.50

Figure 3.1 Schéma d'un accélérateur SIEMENS

 

..52

Figure 3.2 Le schéma des différents composants d'un accélérateur linéaire

 

54

Figure 3.3 Chaine de mesure chambre-électrometre

 

58

Figure 3.4 Principe de fonctionnement d'une chambre d'ionisation

 

59

Figure 3.5 Schéma d'une chambre de type Farmer

 

61

Figure 3.6 Chambre d'ionisation de type Farmer

 

62

Figure 3.7 Chambres d'ionisations de type Semiflex

 

.63

Figure 3.8 Fantôme d'eau MP3-P

 

64

Figure 3.9 Mini-fantômes ESTRO

 

65

Figure 3.11 Electromètre PTW UNIDOS

 

.66

Figure 3.12 Thermomètre baromètre

 

66

Figure 4.1. Système d'acquisition des données le software MEPHYSTO mc2

..

69

Figure 4.2. Moyenne de positionnement de la chambre d'ionisation

 

....70

Figure 4.3. Rendement en profondeur pour les faisceaux RX de 6MV

 

71

Figure 4.4 Rendement en profondeur pour les faisceaux RX de 18MV

 

72

Figure 4.5 Rendement en profondeur pour différent fitre en coin (W15, W30, pour les faiseaux RX de 6MV

W45,

W60)

..73

Figure 4.6 Rendement en profondeur pour différent filtre en coin (W15, W30, pour les faiseaux RX de 18MV

W45,

W60)

73

Figure 4.7. Profils de dose pour champ ouvert de 5×5 avec une énergie de 6MeV

 

...75

Figure 4.8. Profils de dose pour champ ouvert de 10×10 avec une énergie de 6MeV 75

Figure 4.9. Profils de dose pour champ ouvert de 15×15 avec une énergie de 6MeV ..76

Figure 4.10. Profils de dose pour champ ouvert de 20×20avec une énergie de 6MeV ..76

Figure 4.11. Profils de dose pour champ ouvert de 25×25 avec une énergie de 6MeV 77

Figure 4.12. Profils de dose pour champ ouvert de 30×30 avec une énergie de 6MeV........77

Figure 4.13. Profils de dose pour champ ouvert de 5×5 avec une énergie de 18MeV 78

Figure 4.14. Profils de dose pour champ ouvert de 10×10 avec une énergie de 18MeV 78

Figure 4.15. Profils de dose pour champ ouvert de 15×15 avec une énergie de 18MeV. 79

Figure 4.16. Profils de dose pour champ ouvert de 20×20 avec une énergie de 18MeV 79

Figure 4.17. Profils de dose pour champ ouvert de 25×25 avec une énergie de 18MeV 80

Figure 4.18. Profils de dose pour champ ouvert de 30×30 avec une énergie de 18MeV 80

Figure 4.19. Profils de dose diagonale pour une énergie de 6MeV 82

Figure 4.20. Profils de dose diagonale pour une énergie de 18MeV ..82

Figure 4.21. Profils de dose pour un champ MLC avec une énergie de 6MeV ..83

Figure 4.22. Profils de dose pour un champ MLC avec une énergie de 18MeV 83

Figure 4.23. Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 84

Figure 4.24. Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6Mev...85 Figure 4.25. Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 25×25 et une énergie de 6MeV 85 Figure 4.26. Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV 86 Figure 4.27. Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV 86 Figure 4.28. Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 25×25 et une énergie de 18MeV 87 Figure 4.29 Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 87 Figure 4.30. Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV 88 Figure 4.31. Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 25×25 et une énergie de 6MeV 88 Figure 4.32. Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV 89 Figure 4.33. Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV .89 Figure 4.34. Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 25×25 et une énergie de 18MeV .90 Figure 4.35. Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 90 Figure 4.36. Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV 91 Figure 4.37. Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 25×25 et une énergie de 6MeV 91 Figure 4.38. Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV .92 Figure 4.39. Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV .92

Figure 4.40. Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 25×25 et une énergie de 18MeV 93 Figure 4.41. Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 93 Figure 4.42. Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV 94 Figure 4.43. Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV ....94 Figure 4.44. Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV ....95 Figure 4.45.Variation du CF, du TSCF et du PSCF en fonction de la taille du champ pour le faisceau X6 98 Figure 4.46. Variation du CF, du TSCF et du PSCF en fonction de la taille du champ pour le faisceau X18 .98 Figure 4.47. Dispositif expérimental pour la mesure du facteur de transmission du porte cache .99 Figure 4.48. Comparaison entre les rendements en profondeur pour les faisceaux RX de 6MV mesurer et calculer .101 Figure 4.49. Comparaison entre les rendements en profondeur pour différent filtre en coin (W15, W30, W45, W60) pour les faiseaux RX de 6MV Mesurer et calculer 101 Figure 4.50. Comparaison entre les rendements en profondeur pour différent filtre en coin (W15, W30, W45, W60) pour les faiseaux RX de 18MV Mesurer et calculer .102 Figure 4.51. Comparaison entre les rendements en profondeur pour les faisceaux RX de 18MV mesurer et calculer ..102 Figure 4.52. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 103 Figure 4.53. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV 104 Figure 4.54. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 25×25 et une énergie de 6MeV 104 Figure 4.55. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 105 Figure 4.56. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV .105 Figure 4.57. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 25×25 et une énergie de 6MeV 106 Figure 4.58. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 106 Figure 4.59. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV .107 Figure 4.60. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 25×25 et une énergie de 6MeV 107 Figure 4.61. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 10×10 et une énergie de 6MeV 108 Figure 4.62. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 20×20 et une énergie de 6MeV ....108 Figure 4.63. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV .109

Figure 4.64. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV ..109 Figure 4.65. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 15° pour un champ de 25×25 et une énergie de 18MeV 110 Figure 4.66. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV ...110 Figure 4.67. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV 111 Figure 4.68. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 30° pour un champ de 25×25 et une énergie de 18MeV 111 Figure 4.69. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 10×10 et une énergie de 18MeV 112 Figure 4.70. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 20×20 et une énergie de 18MeV .112 Figure 4.71. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 45° pour un champ de 25×25et une énergie de 18MeV 113 Figure 4.72. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 10×10et une énergie de 18MeV 113 Figure 4.73. Comparaison entre les Profils avec filtre en coin de 60° pour un champ de 20×20et une énergie de 18MeV 114 Figure 4.74. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 5×5et une énergie de 6MeV 114 Figure 4.75. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 10×10 et une énergie de 6MeV .115 Figure 4.76. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 15×15et une énergie de 6MeV 115 Figure 4.77. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 20×20et une énergie de 6MeV 116 Figure 4.78. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 25×25et une énergie de 6MeV .116 Figure 4.79. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 30×30et une énergie de 6MeV ....117 Figure 4.80. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 5×5et une énergie de 18MeV 117 Figure 4.81. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 10×10et une énergie de 18MeV 118 Figure 4.82. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 15×15et une énergie de 18MeV 118 Figure 4.83. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 20×20et une énergie de 18MeV .119

Figure 4.84. Comparaison entre les Profils pour un champ ouvert de 30×30et une énergie de 18MeV 119 Figure 4.85. Comparaison entre les Profils diagonale avec une énergie de 6MeV .120

Figure 4.86. Comparaison entre les Profils diagonale avec une énergie de 6MeV .120

Figure 4.87. Comparaison entre les Profils diagonale avec une énergie de 18MeV 121

Figure 4.88. Comparaison entre les Profils diagonale avec une énergie de 18MeV 121

3D: Trois dimensions

CAX : Central axis

CDA : Couche de demi-atténuation

CF: Collimator factor

D : La dose absorbée

Débit de dose absorbée

ERI : Energie de Rayonnement Ionisant

ESTRO: European Society for Therapeutic Radiation Oncology FOC : Facteur d'Ouverture de Collimation

Gy: Gray

HVL: Half Value Layer

ICRU: International Commission on Radiation Units and measurements J : Joule

Kerma: Kinetic Energy Released per unit Mass in the medium KeV: Kilo Electro Volt

L'IAEA: International Atomic Energy Agency (AIEA : Agence Internationale de l'Energie Atomique)

MEPHYSTO: Medical Physics Control Center

MeV: Mega Electro Volt

MLC : Multi Leaf Collimator (CML : Collimateur Multi Lames) PDD : Percentage Depth Dose

PMMA: Poly Methyl Meth Acrylat

PSF: Peak Scatter factor

PTW: Physikalisch-Technische Werkstätten

RDF : Relative dose factor (facteur de dose relative)

SAD : Source-Axis Distance

SI : Système International des unités SSD : Source-Surface Distance TBA: Therapy Beam Analyzers TEL : Transfert linéique d'énergi

TPS : Treatment Planning System (Système de planification des traitements)

TRS: Technical Reports Series TSF: Total Scatter Factor

UNIDOS : Universelle Dosimètre WF: Wedge Factor

Z : Numéro atomique d'un atome

Les photons sont des rayonnements ionisants qui créent des particules chargées (électrons et positrons) dans le milieu ; ces particules chargées à leur tour vont ioniser le milieu. Les interactions prépondérantes des photons de hautes énergies utilisés en radiothérapie avec le tissu sont : effet Compton et création de paires. Toutes ces interactions conduisent à la production d'électrons de hautes énergies.

Autrement dit, les électrons sont vite absorbés et déposent toute leur énergie dans le tissu sous forme d'ionisations ; ceci permet d'atteindre des doses importantes nécessaires pour la stérilisation des tumeurs. Les photons sont atténués exponentiellement avec la distance. L'effet biologique sur le tissu est proportionnel aux ionisations crées. Donc, même si les photons sont utilisés en radiothérapie, ce sont les électrons créés dans le tissu qui sont responsables des dommages au niveau de la cellule vivante.

Les rayonnements ionisants sont les plus utilisées en radiothérapie, pour le traitement des cancers qui consiste à tenir de manière optimale l'ensemble des irradiations qu'il va falloir appliquer au patient dans le but de détruire complètement sa tumeur.

D'autre part l'utilisation des rayonnements ionisants présente de danger pour la santé humaine, qu'on-t-il dépasse un seuil de sûreté. D'où la nécessité de la précision sur la dose délivrée à la tumeur au cours du processus d'irradiation. Ceci fait l'objet de la dosimétrie qui permet le contrôle de la qualité des traitements par ionisations. Elle mesure au mieux les rayonnements en un lieu ou sur une personne, pour fournir une estimation de l'équivalent de dose et de dose efficace. Il est, donc, important de tout mettre en oeuvre pour améliorer l'exactitude et la précision de la dose en radiothérapie afin d'assurer le succès du traitement.

Il est évident que l'exactitude sur la dose absorbée de référence doit être meilleure que l'exactitude sur la dose absorbée délivrée au volume cible. En conséquence le débit de référence du faisceau clinique est le premier paramètre à contrôler.

Une combinaison appropriée de ces fonctions va nous permettre de calculer le débit de dose en n'importe quel point dans le fantôme à partir du débit de dose de référence de l'appareil de traitement.

Le travail a été réalisé dans le cadre du présent mémoire de fin d'étude, consiste à déterminer les paramètres dosimétriques nécessaire pour le système de calcule de dose (TPS), ces mesures de qualité applicable au programme de contrôle de dose pour des faisceaux de photons de haute énergie à l'aide de chambres d'ionisation. Les mesures des ces paramètre pour le TPS on été fait depuis l'installation des accélérateurs dans le service de radiothérapie en 2008. Les procédures de contrôle qualité exigent que ces données serrant contrôler chaque année. S'il y a des changements important entre les nouvelles valeurs et les anciennes valeurs le physicien doit intervenir et rectifier les données dans le TPS.

Dans ce projet, nous avons procédé l'organisation suivante :

Le premier chapitre sera consacré aux notions fondamentales de la dosimétrie des rayonnements ionisants. Il s'attache essentiellement à la description de l'interaction des rayonnements avec la matière ainsi une description générale sur les grandeurs et les unités dosimétriques utilisés en radiothérapie.

Le second chapitre est consacré aux aspects physiques et dosimétriques des unités de traitement.

Le troisième chapitre est consacré aux matériels et méthodes expérimentales utilisés pour effectuer ce travail.

Le quatrième chapitre est réservé à la partie expérimentale et à l'interprétation des résultats obtenus.

Enfin, nous clôturons par une conclusion qui décrit panoramiquement le travail réalisé et résultats obtenu.

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"Il existe une chose plus puissante que toutes les armées du monde, c'est une idée dont l'heure est venue"   Victor Hugo