État de l’art

Un certain nombre de détecteurs existent déjà sur le marché et sont utilisés pour ce type d’applications. Le détecteur parfait n’existant pas encore, tous présentent des avantages et des inconvénients que nous nous proposons de répertorier ici.

a. Les films

La dosimétrie par films est une technique bien implantée pour vérifier les distributions de dose dans un fantôme ou pour effectuer des tests de contrôle qualité de faisceaux d’irradiation. En particulier, elle joue un rôle particulier dans tous les centres où les traitements de RCMI sont implantés.

Le grain d’halogénure faisant, au maximum, 2 à 3 µm, les films présentent une grande résolution spatiale uniquement limitée par le système de lecture. Mais ils présentent aussi des inconvénients majeurs. Ils surestiment la dose aux photons de basse énergie, leur réponse est non linéaire, excepté sur une petite portion autour de 40 cGy, et ils saturent vers 200 cGy. Il faut ajouter à cela des variabilités de l’émulsion et donc de la réponse entre les lots de films, ou même au sein du même lot, et une dépendance à la technique de développement ainsi qu’aux conditions de stockage. Il en résulte que la dosimétrie par film demande beaucoup de temps et qu’il est difficile de faire de la dosimétrie quantitative à mieux que 2 % [Dug98].

Pour permettre des irradiations plus longues, souvent requises lors des contrôles de qualité en RCMI, des films argentiques à portée étendue ont été développés [Est02]. Ces films ne saturent qu’à partir de 700 cGy et ont une réponse linéaire avec la dose, de 0 à 350 cGy [Cha03]. Ils sont également moins dépendants au procédé de développement ainsi qu’aux photons de basse énergie. Par contre, ils sont moins sensibles, donc plus indiqués pour les vérifications de traitement entier.

Les films radiochromiques, quant à eux, présentent un certain nombre d’avantages sur les films argentiques : ils sont insensibles à la lumière visible et ne nécessitent pas de

développement, ce qui exclue les erreurs pouvant être introduites à ce moment là [Lau96]. Ils ont également une grande résolution spatiale mais leur sensibilité aux photons de basse énergie est moins importante. Ils ont également une meilleure équivalence à l’eau, avec un Z effectif entre 6 et 6.5 et, enfin, leur gamme d’utilisation s’étend de 10 à 100 Gy pour certains modèles et même de 50 à 2500 Gy pour d’autres [Nir98].

Néanmoins leur utilisation présente un certain nombre d’inconvénients. Il faut attendre plusieurs heures avant d’effectuer la lecture afin que la densité optique se stabilise et ils sont sensibles à la température pendant et après l’irradiation. Ils sont également sensibles à l’humidité et aux UV et présentent des effets de non uniformité spatiale. Enfin, de hautes doses sont nécessaires et les films radiochromiques sont plus chers que leurs homologues argentiques.

Tous ces facteurs font que la reproductibilité est typiquement de l’ordre de 5 % [Dug98].

b. Les matrices

Des outils permettant les vérifications 2D à l’aide de matrices de chambres d’ionisation ou de diodes silicium sont également présents sur le marché.

Les chambres à ionisations présentent l’avantage d’être robustes, précises, fiables et bien maîtrisées. Les semi-conducteurs peuvent, quant à eux, être très petits, ils sont durcis aux rayonnements, mais présentent l’inconvénient majeur de dériver fortement avec la température. L’un comme l’autre n’étant pas équivalent tissus, leur utilisation nécessite d’importantes corrections dans toutes les configurations de faisceau.

Les matrices nécessitent également une intercalibration mesurant la sensibilité de chaque détecteur par rapport au détecteur central.

Finalement, de telles matrices peuvent être calibrées en dose pour faire des mesures absolues, mais leur résolution spatiale reste un problème.

c. Les systèmes d’imagerie portale

Les systèmes d’imagerie portale, ou EPID (pour Electronic Portal Imaging Device), sont des détecteurs bidimensionnels solidaires de l’accélérateur et placés à l’opposé de la source de rayonnement par rapport à l’isocentre. Bien que d’autres technologies soient parfois étudiées (chambres d’ionisation liquides [Ess96], GEMs [Iac01]…), les systèmes les plus courants sont

ceux reposant sur un écran fluorescent lu par une caméra CCD, et ceux constitués d’un écran de silicium amorphe.

Les systèmes d’imagerie portale servent généralement à plusieurs types de vérifications ([Par98], [Par00]) :

- La fluence des champs délivrés, par comparaison à celle des champs prescrits avant le traitement.

- La géométrie des champs ainsi que la dynamique des lames, avant ou pendant le traitement.

Les systèmes d’imagerie portale peuvent également être utilisés afin d’évaluer la dose, mais la conversion de l’intensité d’un pixel en dose est loin d’être directe [Ren05].

d. Les gels dosimétriques

La dosimétrie 3D est, bien évidemment, la solution la plus complète pour la vérification de traitements conformationnels, d’autant que des études sont menées pour étendre la dosimétrie par gel à des milieux inhomogènes [Wat04]. Mais malgré leur bonne résolution spatiale, la réponse des gels polymères dépend de l’exposition à la lumière et à l’oxygène, de la composition, et de la température du gel pendant la lecture. De plus, ils nécessitent généralement une IRM pour la lecture [Low99], rendant leur utilisation délicate. Si bien que les gels dosimétriques sont peu implantés et que des études sont encore nécessaires pour avoir des gels robustes et des systèmes de lecture précis.

Les principaux avantages conférant un usage aisé à un détecteur en routine clinique sont répertoriés dans le tableau II.1 pour les différents détecteurs décrits dans ce paragraphe. Bien que la liste des caractéristiques requises ne soit pas exhaustive, il montre clairement qu’aucun des dosimètres présents sur le marché n’est parfait et que tous présentent un certain nombre d’inconvénients.

Résolution spatiale Equivalence tissus Linéarité de la réponse Lecture immédiate Films argentiques

Films radiochromiques

Matrices

Imagerie portale

Gels dosimétriques