Dosimétrie in vivo intracavitaire basée sur la luminescence stimulée optiquement de l'Al2O3 : C dédiée à la curiethérapie

par Estelle Spasic

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Hervé Mohrbach.

Le président du jury était Libor Makovicka.

Le jury était composé de Nicolas Daly-Schveitzer, Sylvain Magne, Didier Peiffert.

Les rapporteurs étaient Hélène Elleaume, Serge Marcié.


  • Résumé

    La curiethérapie est une technique ancienne utilisant des sources scellées de faible ou moyenne énergie, toujours pertinente aux plans thérapeutique et économique et toujours en évolution (e.g. curiethérapie à Haut Débit de Dose (HDD)). Cette modalité de traitement permet de délivrer une forte dose d'irradiation dans un volume-cible limité, et permet de minimiser le risque de cancer radio-induit en préservant les Organes à Risques (OAR). Cependant, elle génère des gradients de dose élevés rendant la dosimétrie in vivo délicate à mettre en oeuvre. Les écarts constatés entre doses délivrées et prescrites sont ainsi fréquemment supérieurs à l'écart maximal toléré par la réglementation (± 5%) en usage pour la radiothérapie externe conventionnelle et rendue obligatoire en France par décret depuis 2011. Ce travail de thèse s'est déroulé dans le cadre du projet ANR-TECSAN INTRADOSE et exploite les acquis technologiques antérieurs démontrés à l'issue du projet Européen MAESTRO et du projet ANR-TECSAN CODOFER, en particulier une instrumentation RL/OSL (Radioluminescence - Optically Stimulated Luminescence) multivoies réalisée et validée au plan préclinique dans le cadre du projet MAESTRO. Le projet INTRADOSE a pour objectif de démontrer la faisabilité d'une Dosimétrie In Vivo (DIV) intracavitaire par cathéter dosimétriques à fibres optiques et cristaux d'alumine Al2O3:C dans le but d'améliorer la sécurité des patients traités par Curiethérapie HDD. Ce nouveau type de détecteur permet de mesurer une distribution de doses (mulitpoints) proche des OAR, il présente un petit diamètre (<ou= 3 mm) destiné à un usage intracavitaire (e.g. insertion dans l'urètre), transparent, stable sous radiations et réutilisable après lecture des doses et stérilisation. Au cours de mon travail de thèse, nous avons développé ce nouveau cathéter dosimétrique basé sur la Luminescence Stimulée Optiquement utilisant les propriétés du cristal d'alumine. Différents tests ont permis d'évaluer sa faisabilité et sa compatibilité avec l'application médicale. Dans un second temps, des validations métrologiques et précliniques ont été menées dans le but de valider la réponse du détecteur dans le cadre d'une application de curiethérapie HDD de prostate. Ces différentes mesures ont été également confrontées à des simulations Monte-Carlo. Financé par l'Agence Nationale pour la Recherche - Technologies pour la Santé (ANR-TECSAN), ce projet associe le CEA LIST [Laboratoire de Mesures Optiques (LMO) et Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB)] et le Centre de Lutte Contre le Cancer (CLCC) Léon Bérard (CLB), Centre Conseil et référent en Radiophysique

  • Titre traduit

    Intracavitary in vivo dosimetry based on multichannel fiber-coupled optically stimulated luminescence (OSL) of Al2O3 : C


  • Résumé

    The brachytherapy is an old technique using sealed radioactive sources of low or average energy. This technique is still therapeutically and economically relevant today and always evolving (e.g. High Dose Rate (HDR) brachytherapy). This treatment enables to deliver a high dose of irradiation in a limited tumoral volume and enables to minimize the risk of radiation-induced cancer as preserving the Organs at Risks (OAR). However, this technique generates high dose gradients, which makes in vivo dosimetry difficult to implement. Hence, the deviations observed between doses delivered and prescribed are often up to the maximal deviation tolerated by the nuclear safety regulations (± 5%) in conformational radiotherapy. Those regulations have been made mandatory in France since 2011. This thesis has been done within the framework of the ANR-TECSAN INTRADOSE project and is based on the past technological benefits demonstrated during the MAESTRO European project and the ANR-TECSAN CODOFER project, in particular a RL/OSL multichannel instrumentation (Radioluminescence - Optically Stimulated Luminescence) made and validated in preclinical evaluation during the MAESTRO project. The purpose of the INTRADOSE project is to demonstrate the feasibility of the intracavitary In Vivo Dosimetry (IVD) by dosimetric catheter using optical fibers and alumina crystals Al2O3:C with the aim of improving the safety of patients treated by HDR brachytherapy. This new probe enables to measure a dose distribution (several points) close to the OAR, it offers a little diameter (<or= 3 mm) designed for an intracavitary use (e.g. to insert in the urethra), it is transparent, radiation stable and reusable after dose reading and sterilization. During this study, we have first developed this new dosimetric sensor based on the OSL using the properties of the alumina crystal. Several tests have been done in order to evaluate the feasibility and the compatibility with a medical application. Then, metrological and preclinical validations have been done in order to validate the response of the sensor for a prostatic application using HDR brachytherapy. These different measurements have also been compared to Monte-Carlo simulations. Funded by the Agence Nationale pour la Recherche - Technologies pour la Santé (ANR-TECSAN), this project combines the CEA LIST [Laboratoire de Mesures Optiques (LMO) and the Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB)] and the Centre de Lutte Contre le Cancer (CLCC) Léon Bérard (CLB), advice center and advisor in radiophysics


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