Calcul de dose absolue et des temps d’irradiation

Après le calcul de dose et la validation du plan, le module dosimétrie du TPS permet le calcul des temps d’exposition pour chaque faisceau.

La version standard d’ISOgray (et les TPS en général) calcule des temps d’irradiation exprimés en unités moniteurs. Une unité moniteur, pour un accélérateur linéaire calibré, correspond (pour une énergie donnée) au dépôt de 1 cGy par le champ de référence à la position de référence. Lorsqu’une forme de champ irrégulière est utilisée, des coefficients de corrections sont calculés des méthodes approximatives.

Mais la notion d’unité moniteur a été remplacée dans la version dédiée à la SSRT (modifica-tions à la lib.[3]). Le débit de dose à l’ESRF est en effet exprimé en mGy/s/mA, la dose délivrée dépendant à la fois du temps d’irradiation et de l’intensité dans l’anneau de stockage des électrons. Pour une prescription (faite à l’isocentre ou sur une isodose) donnée en Gy, le logiciel doit donc calculer pour chaque faisceau une exposition en milliampères.secondes (mA.s).

Par ailleurs, en SSRT, ce calcul n’est pas basé sur une taille de champ de référence. Une mesure de calibration est réalisée pour chaque forme de champ irrégulière, de façon à connaître le débit le plus précisément possible. Notons que le protocole de dosimétrie qui sera utilisé pour les essais cliniques a été publié récemment [Prezado et al. 2011], et est une adaptation du code de pratique standard de l’IAEA [IAEA 2000].

4.3 ISOgray

Pour une forme de champ donnée (c’est à dire en présence d’un cache de collimation donné), notons ˙dabsolu

geom, pos le débit de dose mesuré dans une géométrie et à une position donnée, et ˙

dcalcul

geom, posle débit de dose calculé dans cette même géométrie et à cette même position. Pour chaque forme de champ, le débit de dose ˙dabsolu

cuve, ref est mesuré en présence du cache per-sonnalisé, dans la cuve à eau à la position de référence (2 cm de profondeur sur l’axe du faisceau). Ce débit est entré dans le module dosimétrie du TPS (onglet de calcul des temps d’exposition, voir figure 4.10).

FIGURE4.10 – Élément de la version d’ISOgray dédiée à la SSRT permettant l’entrée des débits de dose de réfé-rence mesurés.

Pour chaque incidence, en plus du calcul dans le patient, le TPS réalise un calcul dans une cuve à eau modélisée. Ce calcul est fait en répétant la simulation c mais avec un fichier de géométrie voxélisée modélisant un cube d’eau mesurant 18,77 cm d’arrête, découpé en613voxels, positionné de face et centré sur l’axe du faisceau. La simulation du transport des particules est effectuée depuis le PSF2généré pour l’incidence d’irradiation considérée (par la simulation b décrite plus haut). Le modèle voxélisé de la cuve à eau est fait de telle sorte que la position de référence (sur l’axe à 2 cm de profondeur) corresponde au centre d’un voxel : dans le plan du 7evoxel en profondeur, aux voxels centraux (31e× 31e). Ce calcul est réalisé lorsque l’utilisateur demande le calcul des temps d’irradiation. Il fournit le débit ˙dcalcul

cuve, ref, exprimé en eV/g/primary. Le rapport

Ri= ˙ dabsolu cuve,ref ˙ dcalcul cuve, ref (4.1)

donne alors, pour cette forme de champ i donnée, un facteur de conversion entre débit de dose dans le calcul et débit de dose absolu.

Le calcul dans le patient effectué précédemment avait donné pour chaque incidence un débit ˙

dcalcul

patient,(x,y,z) en eV/g/primary, dans chaque voxel (x, y, z). La multiplication par le facteur de conversion fournit donc le débit de dose absolu à l’incidencei

˙ dabsolu

patient,(x,y,z)= R_id^˙calcul

patient,(x,y,z) (4.2)

(en mGy/s/mA) en tout point(x, y, z) dans le patient, où la mesure est bien sûr impossible. Ceci est vrai dans la mesure où les conditions des deux simulations (dans la cuve et dans le patient) en termes de débit de particules sont identiques (même PSF source et même cache de collimation).

Ainsi, sachant une doseDi (en mGy) prescrite à l’incidencei, les calculs des débits absolus de chaque incidence au point de prescription ˙dabsolu

d’obtenir le temps d’exposition (en mA.s) à appliquer pour cette incidence

Ei= _˙ ^Di

dabsolu

patient,(x,y,z)=prescription

. (4.3)

Dans le code, ce calcul de débit de dose absolu et des temps d’exposition a nécessité les modi-fications suivantes.

• Non prise en compte des facteurs de correction et autres paramètres pour le calcul unité moniteur, ajout d’éléments pour l’entrée des débits de dose de référence (figure 4.10), et pour le lancement du calcul en cuve à eau (lib.[4]).

• Génération de fichiers d’entrée pour le calcul dans la cuve à eau (lib.[3]).

• Ajout au script de lancement des calculs Monte Carlo (lib.[5]) des commandes pour ce calcul en cuve à eau.

• Récupération des résultats du calcul en cuve à eau, enregistrement dans la base de données, prise en compte de ces résultats dans le calcul des temps d’irradiation (lib.[3])

• Modification des données du plan de traitement (remplacement des résultats en unités mo-niteurs par les valeurs ESRF), et de leur affichage dans la boite de dialogue d’affichage et d’impression de la fiche de traitement (lib.[4]).

4.4 Conclusion

Le TPS a été modifié de façon à lui ajouter la ligne de traitement ID17 de l’ESRF comme un appareil standard de radiothérapie externe, et à appliquer au calcul de dose Monte Carlo un traitement particulier pour les balistiques de faisceaux ESRF.

Les points principaux de ce traitement particulier sont

• la prise en compte d’images patient avec iode (leur ayant soustrait les images de référence) pour l’incorporation de voxels iodés dans la modélisation du patient,

• le lancement du calcul avec les codes penmain puis penct, en leur ayant généré des fichiers sources adaptés,

• le calcul de dose absolu, permettant le calcul du temps d’irradiation à chaque incidence. Les temps de simulation écrits dans les fichiers d’entrée à penmain et penct sont fonctions des choix de l’utilisateur du TPS (temps de simulation total et splitting), de façon à ce que l’incertitude statistique obtenue dans le temps imparti soit aussi faible que possible. Ces fonctionnalités adaptées à la SSRT ont nécessité de nombreuses modifications au code source d’ISOgray, principalement à la librairie de gestion (enregistrement, traitement) des données du plan traitement, à la librairie de calcul Monte Carlo, et à la librairie de modules graphiques (pour la modification ou l’ajout d’éléments à l’interface d’ISOgray).

Le calcul a été accéléré, grâce à la parallélisation de penct principalement. Dans l’exemple d’un champ 3× 3 cm2 présenté dans ce chapitre, 10 minutes sont nécessaires pour obtenir une incertitude statistique globale de 2 % pour un faisceau. Pour une balistique, cela représente donc 1h40 de calcul. Le temps de calcul pourra cependant être encore réduit en utilisant de plus rapides et récentes ressources informatiques. De plus, si cela n’altère pas les résultats, les paramètres au code PENELOPE utilisés actuellement pour la simulation b (présentés au chapitre 2) pourront être

4.4 Conclusion

modifiés pour gagner du temps. Ils ont en effet été choisis dans un premier temps de façon assez stricte, avec une énergie de coupure basse pour les électrons. Les temps de simulation restent donc à ce jour plus longs que les calculs de dose standard en radiothérapie, mais vu le très faible nombre de traitements à planifier en SSRT, le temps de calcul n’est pas un problème important.

Les modifications apportées au TPS ont été testées au fur et à mesure de leur développement. Le chapitre suivant développe plus en détail certains points de la validation du TPS.

Chapitre 5

Validation du TPS

Sommaire

5.1 Validation de la procédure de voxélisation du TPS . . . 119