CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTH

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CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR
SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD

• Aurélie ISAMBERT (1), Anne-Marie FRELIN (2),
  Jean-Marc FONTBONNE(2), Alain BATALLA(1), Thierry
  LEROUX(3), Anthony VELA(1), Gilles BAN(2), Karine
  SEBE(1), Marc LABALME(2)

(1) Centre Régional François BACLESSE, Unité de
Radiophysique - BP 5026 - 14076 CAEN cedex (2)
Laboratoire de Physique Corpusculaire, ISMRA, bd
Maréchal JUIN - 14050 CAEN cedex (3) ELDIM S.A.
1185 rue dEPRON - 14200 HEROUVILLE SAINT-CLAIR
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La radiothérapie

• Traitement des tumeurs cancéreuses par faisceaux
  de photons ou électrons haute énergie

Accélérateur linéaire
Vue éclatée de la tête dirradiation
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La radiothérapie

• Effets biologiques des rayonnements ionisants
• effet direct cassure de lADN
• effet indirect radiolyse de leau
• radicaux libres très réactifs

• Capacité de réparation des cellules normales gt
  cellules tumorales
• Effet différentiel sur lequel se base la
  radiothérapie

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La radiothérapie

• BUT
• Délivrer une dose (énergie par unité de masse)
  homogène et suffisante à la tumeur
• Protéger les organes à risque

• PLANIFICATION individualisée du traitement
• Deux types de données nécessaires
• les données patients (images scanner)
• les caractéristiques du faisceau
• Dépôt de lénergie en profondeur,
• Profils des dépôts dénergie,
• Facteur de transmission des modificateurs de
  faisceaux...

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Données patients différentes modalités
dimagerie

• Précision indispensable sur la délimitation des
  volumes dintérêt

Image fonctionnelle médecine nucléaire TEP
images M. RICARD, IGR
Image morphologique IRM
Image morphologique Tomodensitométrie (scanner RX)
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Contourage des volumes dintérêt
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Balistique - calcul de la dose
Balistique
Calcul de la dose
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Caractéristiques des faisceaux grandeurs de
base

• Isodoses du dépôt dénergie dans le milieu en
  fonction de lépaisseur de milieu traversé

Surface dentrée
Profondeur (cm)
PHOTONS
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Caractéristiques des faisceaux grandeurs de
base
0
Surface dentrée
Profondeur (cm)
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ELECTRONS
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Caractéristiques des faisceaux matériel de
mesure
Chambre d ionisation
Cuve à eau
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Limitation des systèmes de mesure actuels

• Cuve à eau chambre dionisation
• Difficulté de mise en place
• Temps dacquisition mesures ponctuelles 
• Pas déquivalence eau de la chambre dionisation

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But de létude

• Utiliser les potentialités du scintillateur
  ponctuel (A-M Frelin) pour faire la cartographie
  des dépôts dénergie en 3D
• acquisition simplifiée des caractéristiques des
  faisceaux (Contrôle Qualité)
• validation de plans de traitement complexes.

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Intérêt des scintillateurs plastiques

• Équivalence à leau ( tissus)
• Peu de dépendance en énergie (dans la gamme des
  hautes énergies)
• Intensité de la scintillation proportionnelle au
  débit de dose
• Lecture directe
• Composant passif ni alimentation ni
  haute-tension
• Insensible aux variations de T et de pression
• Pas de problèmes détanchéité
• Usinage facile et coût réduit
• Robustesse

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Limitations

• Équivalence à leau dégradée dans les basses
  énergies (variation du coefficient massique
  dabsorption)
• Sensibilité (rapport signal sur bruit)
• Effet Cerenkov

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Principe du détecteur ponctuel

• Scintillateur plastique Fibre optique
  photodiodes
• OU
• Scintillateur plastique Fibre optique caméra
  CCD

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Du détecteur ponctuel à la cartographie 3D
acquisition du dépôt de dose par balayage
Scintillateur
Caméra CCD
Cubes équivalents tissus
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Détecteur 3D
Cubes de polystyrène transparent
plaque de scintillateur
(vue éclatée)
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Détecteur 3D
Vue de dessus
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Détecteur 3D
Objectif de la caméra porte-filtres
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Premiers résultats
Faisceau de photons 15 MV

• Plan transverse
• Données brutes
• Scintillation Cerenkov

source
Brique plombée
Dose normalisée
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Premiers résultats
Faisceau délectrons 15 MeV

• Plan transverse
• Données brutes
• Scintillation Cerenkov

source
Dose normalisée
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Étalonnage (1 / 2)

• Perturbation du signal de scintillation par effet
  Cerenkov étalonnage nécessaire pour remonter à
  la dose
• La quantité de lumière globale est fonction de
• la dose déposée
• lintensité de leffet Cerenkov
• Relation linéaire entre les 2 composantes du
  signal et la dose

D a . B b . R
a, b coefficients de linéarité liés aux
quantités de lumière dans le bleu (B) et le rouge
(R) respectivement
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Étalonnage (2 / 2)
D1 a . B1 b. R1
D2 a . B2 b . R2
Détermination de a et b
D a. B b. R
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Données corrigées
Faisceau de photons 15 MV

• Plan transverse
• Conversion en dose

Dose normalisée
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Données corrigées
Faisceau délectrons 15 MeV

• Plan transverse
• Conversion en dose

Dose normalisée
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Données corrigées
Faisceau délectrons 15 MeV
Même image obtenue avec un film radiologique
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Détecteur 3D
Motorisation déplacement du dispositif pour
cartographie 3D
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Détection 3D
Données corrigées - Faisceau de photons 15 MV

• Plans transverses
• Conversion en dose

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Reconstruction plan frontal
Données corrigées - Faisceau délectrons 15 MeV

• Plan frontal
• Conversion en dose

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Conclusion (1 / 2)

• Limitations
• Rapport S / B faible (scintillateur)
• Phénomènes optiques
• Améliorer le blindage de la caméra (sensibilité
  au rayonnement diffusé)

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Conclusion (2 / 2)

• Caractéristiques attendues
• Résolution spatiale inframillimétrique dans les
  plans transverses (0,43 x 0,87 mm2)
• Résolution spatiale dans les plans sagittaux et
  frontaux dépend du nombre de plans de mesure (1
  plan tous les mm)
• Temps de mesure 10 s par plan (mais 1 s par
  plan est envisageable)
• Outils
• Reconstruction 3D
• Analyse des rendements et des profils
• Comparaison avec le calcul (Système de
  planification de traitement codes de Monte
  Carlo)