Development of Accurate Dosimetry for Microbeam Radiation Therapy

par Dimitri Reynard

Thèse de doctorat en Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement

Sous la direction de François Estève et de Richard Hugtenburg.

Le président du jury était James Cronin.

Le jury était composé de Daniel Santos, Ken Meissner.

Les rapporteurs étaient Jenny Spiga, Albert E. Sieghban.

  • Titre traduit

    Développement d'une dosimétrie précise pour la radiothérapie par micro faisceaux


  • Résumé

    L’utilisation de petits champs dans les techniques de radiothérapie a considérablement augmenté, en particulier dans les traitements stéréotaxiques et les grands champs uniformes ou non uniformes qui sont composés de petits champs tels que la radiothérapie à modulation d’intensité (IMRT) ou la radiothérapie par microfaisceaux. Pour ces champs d’irradiation, les erreurs dosimétriques ont augmenté par rapport aux faisceaux conventionnels. La raison principale en est qu’il n’existe pas de protocole dosimétrique standard. Dans le cas de la MRT, un protocole dédié a été développé sur la base d’une mesure de faisceau large avec une chambre d’ionisation PinPoint combinée à la multiplication avec un OF pour prédire la dose dans le pic. Ce protocole est pratique en ce sens qu’il permet de surmonter le manque de résolution spatiale du détecteur et de toute façon d’aller de l’avant avec les procédures pré-cliniques en permettant le calcul de la dose pic. La dose dans la vallée est ensuite récupérée à l’aide du PVDR, également basé sur des calculs MC.Au cours de la dernière décennie, des détecteurs à haute résolution spatiale permettant des mesures à l’échelle du micron sont devenus disponibles. Parmi eux, le détecteur de microdiamants PTW, les films HDV2 combinés avec le système de lecture approprié et le FNTD. Les mesures effectuées sur la ligne de lumière biomédical ID 17 avec ces trois dosimètres ont mis en évidence des divergences entre les valeurs simulées MC de OF et PVDR et les données expérimentales qui traitent d’un problème concernant la validité du protocole de dosimétrie actuel. En outre, il a été souligné que les valeurs OF et PVDR différent entre les différents codes MC, ce qui représente un problème lorsque ces valeurs sont associé au protocole de dosimétrie. Obtenir des valeurs fiables d’OF et de PVDR pour les mesures expérimentales et numériques représente le défi de ce travail.Dans ce travail, les écarts entre les simulations MC et les données mesurées sont attribués à un manque de détails dans les simulations MC et au fait que les caractéristiques spécifiques du détecteur peuvent influencer la mesure. Une série de simulations MC est mise au point pour quantifier chacun de ces effets. Le principal inconvénient d'une telle étude est le temps de simulation, de sorte que des astuces sont utilisées pour accélérer le calcul et néanmoins garder les résultats aussi précis que possible.


  • Résumé

    The use of small fields in radiotherapy techniques has increased substantially, in particular in stereotactic treatments and large uniform or nonuniform fields that are composed of small fields such as for intensity modulated radiation therapy (IMRT) or Microbeam Radiation Therapy. For these irradiation fields, dosimetric errors have increased compared to conventional beams. The main reason for this is that no standard dosimetric protocol exists. In the case of MRT, a dedicated protocol has been developed based on a broad beam measurement with a PinPoint chamber combined with the multiplication with an OF to predict the peak dose. This protocol is handy in the sense that it allows to overcome the lack of spatial resolution of the detector and anyway move forward with pre-clinical procedures by enabling the calculation of the peak dose. The valley dose is then retrieved using the PVDR also based on MC calculations.Over the last decade, detectors with high spatial resolution allowing measurements at the micron scale became available. Among them, the PTW microDiamond detector, HDV2 films combined with the appropriate read-out system and FNTD. Measurements performed at the ID 17 biomedical beamline with these three dosimeters highlighted discrepancies between the MC simulated values of OF and PVDR and experimental data which addresses an issue regarding the validity of the current dosimetry protocol. Moreover, it has been highlighted that OF and PVDR values differ between the different MC codes which represents a problem when associated with the dosimetry protocol. Obtaining reliable values of OF and PVDR for both experimental and numerical measurement represents the challenge of this work.In this work, the discrepancies between the MC simulations and measured datas are assigned to a lack of details in the MC simulations and to the fact that detector specific characteristics can influence the measurement. A series of MC simulation is developed to quantify each of these effects. The major drawback of such study is the simulation time, so tricks are used to speed up the calculation and nevertheless keep the results as accurate as possible.


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