Etude dosimétrique et modélisation des composantes de la dose à distance pour les faisceaux d'électrons en radiothérapie externe

par Mohamad Mohamad alabdoaburas

Thèse de doctorat en Imagerie et physique médicale

Sous la direction de Ibrahima Diallo et de Dimitri Lefkopoulos.

Le président du jury était Philippe Maingon.

Le jury était composé de Ibrahima Diallo, Philippe Maingon, Florent de Vathaire.

Les rapporteurs étaient Pascal François.


  • Résumé

    Les améliorations dans les procédures cliniques de radiothérapie ont conduit à des taux de survie élevés. En conséquence, les effets secondaires possibles de la dose délivrée aux tissus sains sont devenus une préoccupation croissante pour les radiothérapeutes. L’estimation de la dose aux tissus sains, y compris à distance du volume-cible présente un intérêt clinique croissant pour évaluer le risque aux structures sensibles situées hors du champ d’irradiation. Nos travaux antérieurs se sont focalisés sur l’évaluation la dose à distance des faisceaux de photons. La dose à distance due aux faisceaux d’électrons n’a jamais été prise en compte, ce qui peut conduire à des sous-estimations des doses à distance lorsque le traitement est fait entièrement ou partiellement par les électrons. C’est la raison pour laquelle, une étude approfondie de la dose à distance des faisceaux d’électrons est devenue indispensable. Dans le présent travail de thèse, nous avons dans un premier temps réalisé une étude expérimentale décrivant la dose à distance des faisceaux d’électrons de haute énergie produits par différents accélérateurs linéaires, équipés de différents types d’applicateurs. Nous avons analysé l’influence de différents paramètres du faisceau sur la dose à distance dont l’énergie du faisceau, la taille et le type de l’applicateur, la distance à l’axe du faisceau ainsi que la profondeur dans l’eau. Nous avons séparé la dose à distance en deux composantes principales : la dose due aux photons de bremsstrahlung et la dose due aux électrons diffusés. Ensuite, nous avons développé un modèle pour le calcul de la composante de la dose due aux photons de bremsstrahlung en tout point dans le patient, et un modèle pour le calcul de la dose due aux électrons diffusés en dehors du champ d’irradiation. Enfin, nous avons évalué l’application de nos modèles de calcul de dose à distance dans une situation clinique réelles afin de démontrer l’intérêt clinique de notre modélisation, l’objectif étant de mettre un point à terme, un outil logiciel innovant répondant à la fois aux besoins de l’optimisation de la radiothérapie moderne et à ceux de l’épidémiologie de la dose comme facteur de risque d’effets iatrogènes.

  • Titre traduit

    dosimetric study and modeling of electron beams components from electron beams used in external radiotherapy


  • Résumé

    The large improvements in the radiotherapy (RT) procedures have led to high survival rates. So the possible side late effects of the radiotherapy due to the doses deposited into the normal tissues have become a growing concern for the radio-oncologists. The assessment of the dose outside the radiation field presents an important clinical benefit for estimating the risk at sensible structures situated partially or entirely outside the radiation field, especially in pediatric, pregnant patients or the patients having cardiac implantable devices. More understanding of side effects of RT will require not only improved control of the high doses delivered to the target volumes, but also better knowledge of the unintended but unavoidable lower doses delivered out of the target. In this context, most studies on out-of-field dose estimation focus on photon beams. Nevertheless, electron beams are still an important component of RT, for treating superficial tumors (at depths < 5 cm). The out-of-field dose from electron beams has never been taken account, which causes an under estimation of this dose when the radiotherapy is done only or partly by the electrons. For this reason, a detailed investigation of the out-of-field dose from electron beams is essential for better estimation of the out-of-field dose regardless the radiotherapy type. In this thesis, we have experimentally evaluated the out-of-field doses in high-energy electron beams for three linear accelerators equipped with different electron applicator types used in daily practice. The dependence of this dose on different parameters, such as the applicator size, the electron beam energy, the depth, and the off-axis distance have been investigated. The scattered electrons component and the bremsstrahlung photons component have been separated by a semi-experimental method. We have developed a multi-source model based on existing multi-scattering models for calculating the bremsstrahlung dose distribution at any point in the patient inside and outside the radiation field. We have also analytically calculated the scattered electrons dose distribution outside the radiation field. These two models permit to calculate the total out-of-field dose from electron beams anywhere in the patient. Finally, we have evaluated the application of our models of dose calculation in a real clinical situation in order to validate our software, the aim being to set up an innovative software tool, meeting both the needs of radiotherapy and epidemiology of the dose as a risk factor for iatrogenic effects


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