Radiotherapy treatments securing : physical validation of treatment planning system by anthropomorphic dosimetric phantoms
Sécurisation des traitements radiothérapeutiques du cancer : validation physique des plans théoriques de radiothérapie par des fantômes dosimétriques anthropomorphes
Résumé
The new radiotherapy treatments, such as stereotactic radiosurgery, Intensity Modulated Radiation Therapy (IRTM) or Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT), require to precisely irradiate the living tissues and to know the effective delivered dose. A computer-based method par TPS (Treatment Planning System), is normally used to define the radiation therapy treatment plan, but it requires specific 3D information. The conventional detectors, such as ionizing chamber, thermoluminescent detectors or films, allow to 1D or 2D measurements whereas, with a chemical dosimeter, it is possible to obtain a 3D dosimetry which allows to control the treatment plan for the patient, independently on the radiation type or on the radiation flux. A chemical gel which presents physico-chemical properties as well as texture morphology proximal to those of biological living tissues, is important in order to control the adsorbed doses in organ-at-risk. In this research two different strategies have been followed, firstly the formulation of new gels, equivalent tissue for breast (adipose tissue) lung and bone has been checked depending their interaction with photons, electrons and neutrons; then their use with low energy photon flow has been verified. The dosimetric characteristics, that have been studied, follow the recommendations of ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) and show a good agreement between these gels and the biological tissues as recommended by NIST (National Institute of Standards and Technology). Physico-chemical studied have been performed in order to characterize the equivalent tissue gels, such as viscosity, diffusion, mechanical properties, oxygen concentration, gel and cooling time, and the absorbed doses in the conditions of radiation therapy treatment. We have been interested also in validating the equivalent breast gel for low energy photon flow as in the case of Intraoperative radiation therapy using Intrabeam. The final goal was to prepare an anthropomorphic phantom to use in planning the radiation treatment; actually, this first prototype allows to determine the effective delivered dose only near the equivalent lung and bone; some modifications in the IRM sequences as well as in the formulation of the equivalent tissues have been planned to improve the phantom.
Les nouvelles modalités de traitement en radiothérapie comme les irradiations en conditions stéréotaxiques et à modulation d'intensité (IRMT/VMAT) nécessitent des irradiations très précises avec une augmentation de la dose au niveau des volumes cibles mais également de diminuer et de contrôler la dose aux niveaux des organes à risques. Ce calcul, habituellement réalisé par les TPS, exige des outils 3D précis et rapides. Les détecteurs conventionnels (chambre d'ionisation, détecteurs thermoluminescents, films, ...) ne permettent que des mesures en 1D ou 2D. Il est nécessaire de développer une technique de dosimétrie 3D précise et rapide avec une résolution élevée en dose et spatiale. La dosimétrie chimique 3D répond à ces critères. Elle permet le contrôle qualité global du plan de traitement dans les conditions d'irradiation du patient quels que soit le rayonnement et le débit de dose utilisés. La création de gel chimique correspondant aux différents organes est donc un défi important pour le contrôle de la dose dans les organes à risques. Dans cette thèse, deux études ont été menées en parallèle : la formulation de nouveau gel équivalent sein (tissus adipeux), poumon et os en termes d'interaction avec les photons, les protons et les neutrons ainsi que le contrôle de leurs propriétés physico-chimique et la validation de leurs utilisations pour les photons de faibles énergies. Plusieurs caractéristiques dosimétriques ont été étudiées selon les recommandations du groupe de travail de l'ICRU (Journal of the International Commission on Radiation Units and Measurements). Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre nos gels et les tissus pris comme référence et recommandés par le NIST. Une étude des propriétés physico-chimiques détaillée de ces gels équivalents tissulaires a été réalisée : diffusion, propriétés mécaniques, viscosité, des mesures d'oxygène dissous, des mesures de temps de gel et de temps de refroidissement ainsi que des mesures des doses absorbées en conditions de traitements de radiothérapie. Nous nous sommes intéressés aussi à la validation de notre gel équivalent sein concernant le dépôt de dose de photons de basse énergie (50 keV) par Intrabeam utilisé en radiothérapie peropératoire (IORT). L'objectif final était de réaliser un premier fantôme anthropomorphe qui pourra être un outil fiable et utilisé en clinique pour aider les planifications de traitements de radiothérapie. Ce prototype de torse permet pour l'instant de connaître la dose au voisinage des poumons et de l'os.
Origine : Version validée par le jury (STAR)