Lors de cette étude il va falloir établir des rendements en profondeur et des rapports tissus maximum. Pour ces raisons, nous utiliserons deux chambres d’ionisation cylindriques souples PTW (M233642 n°104 etM31002), volume de mesure de 0.125cm3 , une Cuve à eau PTW munie de son réservoir, un électromètre TANDEM et UNIDOS, PTWMP3, un flotteur permettant de régler le niveau d’eau lors de la mesure de la RTM ainsi que le logiciel Méphisto. Il faudra aussi, lors de l’étude portant sur la simulation lumineuse, se servir de films radiographiques X-OmatV ainsi que d’un numériseur de densité optique MacBeth TD932 pour l’étude de la
pénombre. Pour les tests d’homogénéité et de symétrie nous nous servirons de la barrette LA48 PTW. Toutes les mesures se feront sur le Sat20.
III.3. E
TUDE EXPERIMENTALECette expérimentation rentre dans le cadre du Contrôle Qualité de l’appareil (NACP 1980 et cahier SFPH n°29). Toutes les vérifications qui vont suivre sont généralement réalisées avec une périodicité mensuelle, seule la vérification de la linéarité du moniteur est semestrielle.
III.3.a. Vérification des caractéristiques du faisceau en régime photons et électrons
α) détermination de la distance source croisillon
Le constructeur nous renseigne sur cette distance, elle doit être de 50 cm. Lors
Procédure : il faut tracer la courbe ci-dessus et déterminer d2 afin de la comparer avec la valeur du constructeur. Le champ doit être le plus étroit possible pour ne pas être perturbé par le diffusé (5x5). Il faut considérer que l’atténuation dans l’air est négligeable.
Les mesures seront faites avec une chambre adéquate pour la dosimétrie relative et enrobée d’un capuchon d’équilibre électronique. On obtient :
Figure 5 : vérification des données constructeur quant à la distance source croisillon
Grâce à cette étude on peut voir qu’à 1cm près, les données fournies par le constructeur sont bonnes. En effet, la distance source-croisillon mesurée est de 50.8cm
Vu le dispositif expérimental, on peut considérer pour la suite des TP que celle-ci est de 50 1cm± .
β ) correspondance entre le faisceau lumineux et le faisceau de rayonnement
Afin de pouvoir se servir du faisceau lumineux il est nécessaire de vérifier sa superposition parfaite avec le faisceau réel.
Procédure : pour vérifier cela on va utiliser un film radiologique que l’on va irradier perpendiculairement au faisceau dans les conditions d’équilibre électronique (dans la zone du référence de dose).
A l’aide d’une aiguille on va pointer les bords du faisceau lumineux sur le film.
On le met ensuite sous des plaques de polystyrène afin d’être dans les conditions d’équilibre électronique. Par exemple, pour X18 on se place à DSF(film)100 à la profondeur de 10 cm. Puis on soumet le film à une dose qui permettra d’obtenir une densité optique de 1 ou 2 (zone de linéarité du film), correspondant à 100 ou 300 UM.
On fait cela pour toutes les tailles de champ, toutes les énergies et toutes les orientations de bras (par économie, nous ne ferons pas toutes les mesures). On développe les films, puis on analyse à l’œil nu, ou avec un logiciel, la correspondance entre la simulation et le champ irradié. On admet une tolérance de 2 mm entre l’isodose 50 % et les marques.
La numérisation des films (VIDAR) et l’utilisation de soft (RIT 113) peut permettre de quantifier les résultats. L’interprétation visuelle nous révèle cependant une bonne concordance entre la simulation et le faisceau souhaité.
γ) homogénéité et symétrie des champs d’irradiation
C’est un test très important pour la qualité de la thérapie. Pour plus de rigueur, il faudrait utiliser des profils obtenus dans les conditions de référence. Ce qui suggère de faire les mesures dans la cuve à eau. Cette disposition est irréalisable car le temps de mesure est trop important, surtout pour les faisceaux d’électrons qui sont reliés au trigger car ils sont obtenus par balayage. Une alternative peut alors être envisagée : utiliser la barrette PTW pour la plupart des qualités de faisceaux.
Procédure : ce test peut être simplifié si l’on utilise la barrette PTW dans l’air7. En effet, grâce à elle on a un préréglage de la DSC, et un traitement de données qui nécessite seulement une acquisition : le logiciel Mephisto qui calcule
automatiquement l’homogénéité et la symétrie. L’étude va porter sur différentes tailles de champs, et différentes inclinaisons du bras. On calcule alors :
[ ]
max min
I +I I(x)
H= ±3% et S= 0.97;1.03
2 I(-x)
∈
Nous allons premièrement montrer ce que l’on obtient avec la cuve, sachant que les mesures qui ont suivi ont été réalisées avec la barrette.
Figure 6 : profil de dose obtenu avec un faisceau de X18,à DSC100 et en champ 10x10 à 10 cm de profondeur dans l’eau
Pour les photons, l’homogénéité et la symétrie que l’on a obtenue sont très satisfaisants. Il n’en est pas de même pour les électrons qui présentent quelques petits problèmes. Un simple réglage peut permettre de corriger l’asymétrie et le manque d’équilibre du signal.
δ) pénombre des champs d'irradiation
La pénombre peut perturber la dose que l’on va délivrer sur un accélérateur ; contrairement au Co, elle est due au manque d’équilibre électronique latéral, ainsi qu’à la dimension du parcours des électrons secondaires en bord de champ. Cette étude va se faire grâce aux courbes obtenues lors de l’étude d’homogénéité. Là
encore le logiciel va faire le calcul automatiquement. Il faut déterminer P=X8 0 %-X2 0 %
et le comparer aux valeurs qui sont rentrées dans le TPS. A priori il ne semble pas qu’il y ait d’écarts significatifs entre ce que l’on doit avoir et les données acquises.
ε) contrôle de l’énergie
La spécification d’un faisceau se fait à l’aide de l’énergie nominale du faisceau, et de son énergie moyenne. Cette dernière est implémentée dans l’indice de qualité du faisceau, (CDA ou TPR ). Ici nous nous intéresserons aux accélérateurs ainsi 1020 qu’aux générateurs de rayons X basse énergie.
Procédure : accélérateur. Nous allons commencer par tracer le RTM du faisceau choisi (DSC constante=100) à l’aide de la cuve à eau.
Ensuite il faut déterminer I=J2 0/J1 0 et s’assurer qu’il n’a pas varié de plus de 1% par rapport à la recette de l’appareil.
tube à RX. Nous effectuerons cette fois une mesure de Couche de Demi-Atténuation, CDA=R5 0 %-R1 0 0 %. Là encore il faut vérifier que l’écart à la recette est inférieur à 1%.
Ce système de mesure est très long à mettre en œuvre. La sonde est reliée à un flotteur qui va permettre de quantifier le travail que la pompe du réservoir va devoir effectuer. Nous allons commencer par tracer la courbe de RTM des photons HE (X18). Pour une DSC de 100cm, voilà le résultat obtenu :
Figure 7 : RTM en X18, pour la détermination de l’indice qualité du faisceau
La qualité de faisceau que l’on obtient est proche de celle établie lors de la recette, ici on a I=0.7816 et Ir ec et t e=0.785, ce qui entraîne un écart de 0,43%. Voyons s’il en est de même pour le faisceau d’électrons de 9MeV. Cette fois la technique n’est plus isocentrique, mais en DSP constante :
Figure 8 : rendement en EB9MeV, pour la détermination de l’indice qualité du faisceau
A la recette de l’appareil, les mesures qui ont été retenues sont peu différentes
de celles obtenues lors de ce rapport. En effet :
recette p p recette 0 0
E 8.34
0.96% d 'écart E 8.26
E 7.72
0.38% d 'écart E 7.75
=
=
=
=
L’écart est minime, on est dans les normes, en ce qui concerne l’indice de qualité des faisceaux.
BILAN : aucune remarque en ce qui concerne les divers paramètres que l’on vient d’étudier, si ce n’est un petit réglage à appliquer à la symétrie des faisceaux d’électrons, ce qui est fait à chaque maintenance de l’appareil.
III.3.b. Vérification des caractéristiques du moniteur
Le moniteur doit donner une indication proportionnelle à la dose délivrée, dans les conditions de fonctionnement normales de l’appareil. L’action de délivrer une dose passera donc indirectement par le biais du moniteur. Si celui-ci est mal réglé, chambre en état correct de fonctionnement est suffisante (pas d’étalonnage nécessaire). Sa répétabilité intrinsèque a été au préalable vérifiée à l’aide d’une source de Strontium. On obtient un écart type de reproductibilité avoisinant les 0,55%, ce qui est tout à fait correct. Observons ce qui se passe dès que l’on fait varier le nombre d’UM. On s’aperçoit que L est invariant en fonction du nombre d’UM (à 0,5% prés). La chambre moniteur est donc bien étalonnée.
β ) reproductibilité et linéarité en rotation de bras, et influence des mâchoires du collimateur
Dans un premier temps, il faut pour un même nombre d’UM, faire varier l’inclinaison du bras, la tolérance de l’écart du moniteur doit être inférieure à 3%.
Ensuite, il faut regarder si la mâchoire la plus près du moniteur va influer sur la mesure, autrement dit si (X,Y)⇔(Y,X). On va considérer un champ 5x15 :
0 0
I =200UM I =200UM
(X,Y)=(15,5) & (X,Y)=(5,15)
I = 5.075 (unité arbitraire) I = 5.24 (unité arbitraire)
⇒ ⇒
Cela signifie que lorsque la mâchoire Y (apparemment la plus proche du moniteur) est en position fermée, il y a beaucoup de diffusé qui est renvoyé sur le moniteur, et donc moins de dose déposée dans les tissus pour un même nombre d’UM. Il faut établir un coefficient d’asymétrie des mâchoires (carré équivalent). Pour le moment on peut dire D(15x5)(5x15)=96.8%, il serait intéressant de regarder ce que devient ce coefficient quant la taille du champ est modifiée.
BILAN : le moniteur paraît en parfait état de fonctionnement. Comme on vient de le voir la mâchoire Y semble être positionnée en amont, il serait donc intéressant dans le futur d’étudier les différents carrés équivalents pour les couples de valeurs (X,Y), afin de pouvoir les comparer aux différentes approches théoriques (X Y)
C AAX Y
= +
+
IV. DETERMINATION DE LA DOSE DANS UN FAISCEAU GAMMA DU COBALT (TP4)
Le centre de Val d’Aurelle, dédie une place importante à l’appareillage de Cobalthérapie. En effet cet appareil propose de bonnes caractéristiques quant-au traitement des patients. Cette qualité de faisceau est surtout utilisée dans le cas de cancer du sein et ORL. C’est un rayonnement équivalent à des X HE (4-6 MeV), mais sa nature en est totalement différente. Le processus n’est pas issu de dispositif accélératif, mais est lié à un principe plus primaire issu de l’interaction faible. En effet, certains noyaux (naturel ou artificiel) peuvent se retrouver dans un état excité, or, comme par définition, tout objet physique tend à minimiser son énergie, ces noyaux vont retomber sur un minimum d’énergie possible. Cette chute énergétique s’effectue par l’émission de particules. Dans le cas qui nous intéresse, nous avons affaire principalement à une émission photonique d’énergie avoisinant les 1MeV. Au vu de la différence de principe d’obtention des gamma du Cobalt, il est intéressant de dédier un chapitre entier à ce type de faisceau.
IV.1. F
INALITE DUTP
Le guide fourni par l’IGR, préconise d’effectuer, en outre, différents tests caractérisant des paramètres pouvant influencer la dose délivrée. C’est le cas de la taille du champ ou de la distance DSC. Ce genre d’étude peut aussi être réalisé sur un autre accélérateur, donc pour des questions d’accessibilité, nous les ferons lors du TP5 sur le Saturne 20.
L’objectif de ce TP est de comprendre les spécificités propres aux appareils de traitement basés sur l’émission gamma du Cobalt. Nous verrons en particulier les tests qui rentrent dans un cadre complémentaire à celui du contrôle qualité déjà abordé (TP1), et aussi une approche comparative entre la pratique et la théorie de certaines notions dosimétriques.
IV.2. M
ATERIEL UTILISEL’appareil de traitement utilisé est le télécobalt du centre, le Thératron 1000.
Les mesures seront effectuées avec à une chambre d’ionisation cylindrique 0,125cc M233642 PTW ainsi qu’avec son électromètre associé le Dosimètre PTW UNIDOS.
Les mesures de dose relative seront acquises grâce à la cuve à eau (avec réservoir) PTW couplée avec un autre type de dosimètre, le PTW MP3. L’étude nécessitera aussi l’utilisation d’un chronomètre.
IV.3. E
TUDE EXPERIMENTALELors du TP2, l’étude sur la détermination de la dose du faisceau de Cobalt dans les conditions de référence (DSC100, zea u=5cm ; 10x10) fut faite selon les deux protocoles dosimétriques (277-398). Les résultats concordaient avec ceux établis lors de l’étalonnage de la source (Cis-Bio), la discordance étant inférieure à 1 %. Cette manipulation ayant été fait, il nous reste quelques caractéristiques à étudier, afin de bien comprendre la méthodologie d’utilisation de ce type d’appareil.
IV.3.a. Contrôle de la chaîne de mesures
Ce type de test consiste à effectuer les études que l’on a déjà détaillées lors des précédents chapitres ( Cf TP2, ANNEXES) : linéarité, répétabilité et reproductibilité du dosimètre et contrôles préalables de l’appareil. Pour l’ensemble de ces tests, aucune remarque n’est à signaler (Cf X HE).
IV.3.b. Détermination de la valeur d’entrée sortie de la source
Comme la période radioactive de la source est nettement supérieure à la durée d’une mesure (de l’ordre de la minute), il est possible de connaître la valeur du temps de mise en champ d’irradiation, et celle de fin de mise en champ. Dès la mise en fonctionnement de l’appareil, une force mécanique place la source dans la zone prévue à cet effet, puis en fin de séance le processus est inverse. Pour effectuer ce test, il faut effectuer trois mesures en intégration de 2, 3 et de 4min (M1, M2 et M3).
réel irrad 1
2 min 1entrée +1traitement +1 sortie t M 4 min 1entrée +1traitement +1 sortie t M
⇒ ⇒ ∝
⇒ ⇒ ∝
1 2 3 1 4 2 4 3 1 2 3 1 2 3 1 4 2 4 3 1 2 3
Les mesures sont proportionnelles à la durée réelle d’irradiation. Un artifice mathématique permet de remonter à la durée d’entrée sortie de la source.
es 1 négligeable devant les durées d’irradiation. En effet les irradiations durent environ 2 min (ce qui correspond à ~2Gy), on a donc un défaut de dose de 0,55%
IV.3.d. Détermination de la pénombre géométrique
Dans le cas du Cobalt, la pénombre est due essentiellement à la non- ponctualité de la source. Nous essayerons de vérifier si les données fournies sur la source par le constructeur concordent avec celles obtenues par expérimentation.
➩ Spécificité de la pénom bre
Pour effectuer ce test, on va tracer des profils avec des films radiologiques. On se place à DSC constante (DSC100), en faisant varier l’épaisseur de plexiglas situé au-dessus. On effectue deux clichés : un dans l’air et un sous 5 centimètres de plexiglas. On obtient une pénombre moyenne de 1,3 cm pour un écart inférieur à 5 %.
Comme le parcours des électrons secondaires crées est restreint (0,45 cm), on peut considérer que la pénombre est essentiellement due à la géométrie de la source. On approxime en disant qu’à DSC100 la pénombre est due pour 90 % à la géométrie de la source.
➩ Vérification du diam ètre de la source
En se servant des relations de géométries élémentaires concernant la structure
IV.3.e. Relation activité-débit de KERMA
On a une relation entre l’activité d’une source ponctuelle et le débit de kerma à une distance donnée. Cette formule est applicable dans le cas où il n’y a pas de collimation, car les perturbations induites ne sont pas prises en compte. Nous allons essayer de voir quelle est la limite de validité du calcul dans le cas thérapeutique :
att
K&1m =162,5 cGy/Min .e =162,5.e =1,529Gy/Min. Cette méthode théorique doit être d’ailleurs la méthode utilisée pour étalonner les
Il est alors facile de confronter la valeur théorique à l’expérimentale. L’écart est de 0,6%. On remarque que l’écart est le même que lors du calcul effectué lors du
V. DETERMINATION DE LA DOSE SUR L’AXE DU FAISCEAU DE PHOTONS (TP5)
Jusqu’à présent, les différentes études menées pouvaient être considérées comme partie d’une des fonctions essentielles du radiophysicien : le contrôle qualité.
Lors de ce présent TP, l’accent va plutôt être porté sur une des notions tout aussi essentielle : les paramètres pouvant influencer la distribution de dose. Lors de la planification d’un traitement, il va souvent être demandé au physicien une rapide analyse quant aux différentes alternatives à exploiter pour optimiser la thérapie. Il lui faut donc bien maîtriser ces éléments pour être utile et efficace lors de la mise en place du traitement.
V.1. F
INALITE DE CETP
Si l’on applique une variation à certains paramètres géométriques, on s’aperçoit que la finalité dosimétrique peut en ressortir modifiée. Il est important de bien caractériser ces éléments. L’objectif de ce TP consiste à montrer l’influence de certains paramètres géométriques sur la dose à l’entrée et la distribution de dose en profondeur d’un faisceau de photons. Les éléments étudiés sont : la DSP, l’ouverture collimateur et les objets interposés dans le faisceau (coin ou compensateur).
Rem arque : la nature du rayonnement, son énergie, l’obliquité et les hétérogénéités vont aussi engendrer des modifications de dose. Ces paramètres ne rentrent pas dans le cadre de la géométrie du faisceau, ils seront traités en détail lors du TP8 sur le TPS.
V.2. M
ATERIELS UTILISESComme pour tous les Travaux Pratiques basés sur l’étude de faisceau de rayons X, nous utiliserons l’appareil de traitement Saturne 20 X18. Nous utiliserons en parallèle la cuve à eau associée au logiciel Mephysto de PTW pour acquérir les Rp et
les RTM, ainsi que la chambre d’ionisation cylindrique souple 0,125cc PTW (n°
259)8 associée au dosimètre PTW-TANDEM MP3. Pour les mesures nécessitants des résultats précis et absolus, il sera préféré les chambres rigides 0,3cc PTW n°470 et n°821 (étalonnée) associées au dosimètre UNIDOS.
V.3. E
TUDES EXPERIMENTALESAvant de commencer ces études, il est nécessaire d’expliquer en quoi l’énergie va influencer la dose en profondeur. Si cette notion n’est pas détaillée au préalable, il est très difficile d’expliquer l’influence des paramètres géométriques qui lui sont très proches.
V.3.a. Influence de l’énergie
Le processus de dépôt d’énergie dans la matière (tissus), peut se comprendre en faisant intervenir deux phases bien distinctes. Il y a premièrement une partie
″ascensionnelle″ de dose appelée build-up Elle représente la mise en équilibre électronique longitudinale de la dose. Cette caractéristique est liée au déplacement des électrons secondaires, car ce sont eux qui vont déposer la dose par ionisation ou excitation de la matière. Plus l’énergie moyenne du rayonnement sera élevée, et donc plus l’énergie transmise aux électrons sera importante (voix photoélectrique, Compton et Production de Paire), plus le build-up s’étendra sur une plus grande distance. La deuxième zone correspond à une série de décroissance exponentielle, liée aux différents coefficients d’atténuation des milieux traversés.
Soit :
Figure 9: influence de l’énergie sur le dépôt de dose en DSP100 champs 10x10
La dose à l’entrée diminue quand l’énergie augmente, les électrons secondaires vont déposer l’énergie par une multitude de chocs inélastiques électroniques. Cette réaction est régie par la formule BETH (~ln(E)/E) qui nous suggère que le dépôt va être maximum pour une énergie minimum. Si les électrons sont fortement énergétiques, alors sur les premiers centimètres ils ne vont pas déposer beaucoup d’énergie.
BILAN : ce chapitre a permis de mettre en évidence le déplacement des électrons secondaires, ainsi que les différents processus d’interaction. Ces caractéristiques seront utiles pour expliquer les prochains paragraphes. En somme plus l’énergie est grande, plus le maximum de dose est décalé en profondeur.
V.3.b. la transposition DSP:DSA
C’est le genre de transposition que l’on a déjà observée lors du TP2. Cela correspond au passage de la dose dans les conditions de référence (isocentrique) à la dose dans les conditions de TOP (à DSP constante), on a vu que :
Ce schéma correspond à l’équation suivante : faut une profondeur de matériau traversée différente (Cf ANNEXES ), on obtient :
( )
D’où : conditions usuelles du TOP on est 0,981cGy/UM. La mesure des TOP nous réconforte dans ce raisonnement, car on a : penser que le cheminement qui nous permit d’en arriver au résultat est satisfaisant.
Comme on l’a remarqué plus haut, il suffit d’une petite manipulation pour
Il serait intéressant de comparer les deux sortes de rendement : un mesuré et l’autre calculé à partir d’une courbe de RTM.
Figure 10 : comparaison entre la mesure d’un rendement et la déduction de celui-ci à partir d’un RTM de X18 (à droite). Comparaison de l’allure d’un Rp à celle d’un RTM (à gauche)
BILAN : on se rend compte qu’il est très facile de passer d’un rendement à un RTM. Ce dernier permet de ne considérer que la pénétration du faisceau dans
BILAN : on se rend compte qu’il est très facile de passer d’un rendement à un RTM. Ce dernier permet de ne considérer que la pénétration du faisceau dans