Evaluation de la dose déposée par des faisceaux d'électrons en radiothérapie dans des fantômes voxelisés en utilisant la plateforme de simulation Monte Carlo GATE fondée sur GEANT4 dans un environnement de grille

Evaluation of the dose deposited by electron beams in radiotherapy in voxelized phantoms using the Monte Carlo GATE simulation platform based on GEANT4 in a grid environment

• Auteur / Autrice : Yann Perrot
• Direction : Vincent Breton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique Corpusculaire
• Date : Soutenance le 08/12/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Physique Corpusculaire (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (LPC-Clermont) Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand
• Jury : Président / Présidente : Alain Baldit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Incerti, Manuel Bardiès, David Sarrut, Lydia Maigne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Incerti, Manuel Bardiès

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Radiothérapie

Mots clés libres

Radiothérapie

Faisceaux d’électrons

Simulations Monte Carlo

GATE/GEANT4

Radiation therapy

Electron beams

Monte Carlo simulations

GATE/GEANT4

Résumé

La planification de traitement en radiothérapie nécessite un calcul précis de la dose délivrée au patient. La méthode la plus fiable pour y parvenir est la simulation du transport des particules par technique Monte Carlo. Cette thèse constitue la première étude concernant la validation de la plateforme de simulation Monte Carlo GATE (GEANT4 Application for Tomographic Emission), basée sur les librairies de GEANT4 (GEometry ANd Tracking), pour le calcul de la dose absorbée déposée par des faisceaux d’électrons. L’objectif de cette thèse est de montrer que GATE/GEANT4 est capable d’atteindre le niveau d’exigences requis pour le calcul de la dose absorbée lors d’une planification de traitement, dans des situations où les algorithmes analytiques, actuellement utilisés dans les services de radiothérapie, n’atteignent pas un niveau de précision satisfaisant. L’enjeu est de prouver que GATE/GEANT4 est adapté pour la planification de traitement utilisant des électrons et capable de rivaliser avec d’autres codes Monte Carlo reconnus. Cet enjeu a été démontré par la simulation avec GATE/GEANT4 de faisceaux et des sources d’électrons réalistes utilisées en radiothérapie externe ou en radiothérapie moléculaire et la production de distributions de dose absorbée en accord avec les mesures expérimentales et avec d’autres codes Monte Carlo de référence pour la physique médicale. Par ailleurs, des recommandations quant à l’utilisation des paramètres de simulation à fixer, assurant un calcul de la distribution de dose absorbée satisfaisant les spécifications en radiothérapie, sont proposées.

Radiation therapy treatment planning requires accurate determination of absorbed dose in the patient. Monte Carlo simulation is the most accurate method for solving the transport problem of particles in matter. This thesis is the first study dealing with the validation of the Monte Carlo simulation plateform GATE (GEANT4 Application for Tomographic Emission), based on GEANT4 (GEometry And Tracking) libraries, for the computation of absorbed dose deposited by electron beams. This thesis aims at demonstrating that GATE/GEANT4 calculations are able to reach treatment planning requirements in situations where analatycal algorithms are not satisfactory. The goal is to prove that GATE/GEANT4 is useful for treatment planning using electrons and competes with well validated Monte Carlo codes. This is demonstrated by the simulations with GATE/GEANT4 of realistic electron beams and electron sources used for external radiation therapy or targeted radiation therapy. The computed absorbed dose distributions are in agreement with experimental measurements and/or calculations from other Monte Carlo codes. Furthermore, guidelines are proposed to fix the physics parameters of the GATE/GEANT4 simulations in order to ensure the accuracy of absorbed dose calculations according to radiation therapy requirements.