Mise au point et évaluation d'un système fibré de dosimétrie en ligne utilisant des matériaux phosphorescents stimulables optiquement : application à la mesure de dose en radiothérapie et au monitoring de faisceaux

par David Benoit

Thèse de doctorat en Radiophysique et imagerie médicales

Sous la direction de Laurent Dusseau.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .

mots clés

• Génie électrique
• Electronique
• Télécommunications
• Imagerie du tenseur de diffusion
• Substance blanche -- Imagerie par résonance magnétique
• Cerveau -- Imagerie par résonance magnétique

Résumé

L'utilisation des rayonnements ionisants, qu'elle soit dans le domaine médical, industriel ou encore de la recherche, requiert la quantification de l'énergie déposée par unité de masse : la dose absorbée. Les méthodes traditionnelles de dosimétrie sont rappelées. L'ensemble du contexte scientifique dans les domaines de la radiothérapie et de la physique des hautes énergies aboutit à l'élaboration d'un cahier des charges pour le développement d'un nouveau type de dosimétrie en ligne. Celle-ci est basée sur la quantification de la luminescence émise par un matériau phosphorescent stimulable optiquement déporté à l'aide d'une fibre optique. Les principes et applications liés à ces techniques sont exposés au cours des chapitres 2 et 3. Le chapitre 4 décrit un nouveau système de dosimétrie à la fois simple d'utilisation, robuste et flexible. Les premiers résultats expérimentaux mettent en évidence une excellente linéarité de la réponse avec la dose (0,01 à 6 Gy), une variation sur la répétabilité des mesures inférieure à 2%, une sensibilité élevée aux rayonnements ainsi qu'une erreur sur la mesure de dose inférieure à 5%. L'évaluation des potentialités de ce système à la fois pour la mesure de dose durant les traitements de radiothérapie et pour le monitorage de faisceaux dans les installations pour la physique des hautes énergies (CERN et DESY) a donné des résultats encourageants puisque le système remplit certaines exigences spécifiques à chaque type d'application. Enfin, la caractérisation des propriétés structurales et de luminescence du matériau phosphorescent dopé au bore, en vue d'application pour la dosimétrie en champ mixte neutron / gamma, permet d'expliquer la baisse de luminescence observée précédemment.

Titre traduit

Update and finalization of a fibered on-line dosimetry system based on optically stimulated phosphorescent materials : application to dose measurement in radiation therapy and beam monitoring

Résumé

Wherever radiations are used, for medicine, industrial applications or research, the amount of energy deposited per unit mass (absorbed dose) has to be quantified. The usual methods used to quantify the dose, that is dosimetry are reviewed. The overall context in both radiation therapy and high energy physics led to the elaboration of a book of specifications for the development of a novel type of on-line dosimetry. It is based on the quantification of the luminescence emitted by an optically stimulated phosphorescent material deported by an optical fiber. Principles and applications relatives to these techniques are presented in chapters 2 and 3. Chapter 4 describes a novel, easy of use, robust and flexible dosimetry system. The first experimental results exhibit an excellent linearity of the response with dose (0. 01 to 6 Gy), measurement repeatability less than 2%, a high sensitivity to radiation and an error on dose measurement less than 5%. Preliminary system qualification for dose measurement during both radiation therapy treatments and beam monitoring in high energy physics facilities (CERN and DESY) gave encouraging results since the system meets some of the requirements specific to each kind of application. Thus, the characterization of structural and luminescence properties of the phosphorescent material doped with boron, with aim of application for the on-line dosimetry in mixed radiation field neutron / gamma may explain the drop of luminescence previously observed.