Conclusion 92

A travers ces calculs, notre objectif était de définir si le code PENELOPE pouvait être utilisé pour déterminer les grandeurs dosimétriques usuelles en dosimétrie interne pour la RIV. L’étude comparative, menée dans la première partie de ce chapitre (§ III.1.3), a démontré que ce code peut être utilisé pour le calcul de distributions de dose absorbée autour d'une source ponctuelle, au même titre que les codes MC de hautes énergies les plus récents comme EGSnrc. Ces résultats valident, par la même occasion, l’obtention de la fraction absorbée en appliquant la méthode du Dose Point Kernel (§ II.4.1). L'une des raisons pour lesquelles PENELOPE a été choisi est sa capacité à simuler en détail l’ensemble des évènements produits par les électrons qui possèdent une énergie allant jusqu’à 100 eV. Ainsi, l'hypothèse de calculs plus précis en suivant les particules jusqu'à 100 eV au lieu d’une énergie seuil de 10 keV, comme cela a été le cas lors d’études antérieures [52] [166], a été vérifiée pour les électrons monoénergétiques, et l’utilisation de faibles énergies de coupure s’est avérée nécessaire en particulier pour des sources d’énergie incidente inférieure à 100 keV. Dans le cas des radionucléides considérés, le gain de précision sur les SDPK généré en suivant les électrons jusqu’à des énergies incidentes de 100 eV au lieu de 10 keV n'a pas pu être clairement mis en évidence, car les écarts entre les distributions de dose absorbée demeurent

peu significatifs (< 2%) compte tenu de l’énergie moyenne émise par ces sources.

La possibilité de calculer la fraction absorbée en modélisant directement la source de distribution spatiale permet d’affirmer que les méthodes du code PENELOPE répondent à l’ensemble des alternatives de calcul pour déterminer les doses délivrées par les radionucléides. De plus, si la composition du gel MAGIC permet que ses propriétés dosimétriques soient comparables à celles de l’eau, les calculs de DPK et des fractions absorbées présentés dans ce chapitre mais aussi l’ensemble des grandeurs dosimétriques publiées pour un milieu constitué entièrement d’eau, pourront être directement utilisés pour estimer les doses absorbées dans le gel. Et vice-versa, la validation de cette hypothèse impliquerait que la mesure de la dose absorbée dans le gel, au travers de sa réponse en imagerie, suffit à déduire la valeur dans l’eau, sous réserve que les conditions expérimentales soient identiques. Vérifier la légitimité de cette assimilation gel-eau, par une étude de l’équivalence de ces milieux dans le domaine énergétique de la RIV, a été un des points abordés dans le chapitre IV.

CHAPITRE IV

Equivalence du gel MAGIC à l’eau et aux tissus

biologiques

Nous avons évoqué dans le chapitre précédent, l’intérêt de la validation des modèles physiques d’interaction du code PENELOPE dans l’eau, en raison des nombreuses données dosimétriques référencées dans cet environnement. En effet, l’eau est couramment employée pour remplacer le tissu mou lors des mesures dosimétriques et des contrôles qualité des appareils de radiothérapie externe [177]. Cette substitution est rendue possible à cause de l’« équivalence » des propriétés d’interaction admise entre l’eau et le tissu mou, impliquant que ces deux milieux possèdent des caractéristiques d’absorption et de diffusion des rayonnements « comparables » pour des énergies incidentes maximales d’une vingtaine de MeV [178].

Cependant, la notion d’équivalence ne s’applique pas qu’à l’eau et au tissu mou. Elle est requise, en radiothérapie comme en radiodiagnostic, chaque fois que la dose absorbée est mesurée ou calculée par l’intermédiaire d’un milieu de nature différente de celle du milieu étudié. Dans le cadre d’une dosimétrie par gels, le gel radiosensible qui peut remplacer l’eau ou un tissu biologique, joue à la fois le rôle de dosimètre et de milieu de détection des rayonnements. De ce fait, même si le gel possède une réponse en dose absorbée linéaire et reproductible sur une gamme d’énergie donnée, il est important de s’assurer qu’il présente également des propriétés d’interaction proches de celles du milieu substitué. D’après le rapport N°44 de l’ICRU, en radiothérapie, cette condition devrait être associée à une équivalence dosimétrique des deux milieux se traduisant par des écarts de doses absorbées inférieurs à 1%, pour un volume d’intérêt identique.

Dans ce chapitre, nous étudions l’équivalence du gel MAGIC à certains tissus biologiques particulièrement irradiés lors des traitements en RIV (§ I.1.2). L’eau a été rajoutée à cette liste car il est fréquent qu’on l’utilise en première approximation pour rendre compte de la composition chimique du tissu tumoral, souvent méconnue au moment de l’évaluation des doses délivrées par ce type de traitements [36]. Pourtant, plusieurs publications ont déjà abordé l’équivalence du gel MAGIC à d’autres milieux. Elles comportent, cependant, différents points qui laissent penser que les conclusions émanant de ces travaux ne s’appliquent pas intégralement à notre domaine d’étude. A titre d’exemples :

- Sellakumar et al. [179], qui étudièrent les propriétés d’atténuation et d’absorption d’un éventail de 14 gels de polymères pour substituer l’eau lors de mesures de doses absorbées suite à des irradiations par modulation d’intensité ou par stéréotaxie, conclurent que le gel MAGIC était un candidat potentiel pour ce type d’applications.

Cependant, au cours de cette étude, les particules d’énergie inférieure à 10 keV n’ont pas été considérées du fait des hautes énergies des particules émises lors de ces traitements particuliers de radiothérapie externe. Or, dans le domaine d’étude qui nous concerne, les sources radioactives présentent des spectres d’émission qui intègrent ces faibles énergies. Ces considérations méritent donc que l’équivalence du gel MAGIC à l’eau soit revu et adapté aux énergies des sources radioactives usuelles de la RIV ; - Venning et al. [180] montrèrent également l’équivalence dosimétrique du gel MAGIC à l’eau par des comparaisons de distributions de dose calculées pour un faisceau de photons de 6 MV. Mais la nature de ces particules, différente des rayonnements (β-) émis par les sources radioactives faisant l’objet de notre étude, pourrait conduire à une interprétation différente des résultats remettant en cause l’équivalence de ces deux milieux ;

- En plus de l’eau, Pantelis et al. [181] comparèrent les propriétés d’atténuation et d’absorption des photons du gel MAGIC par rapport à celles du tissu mou. Toutefois, divers autres tissus biologiques, de composition plus ou moins différente de celle du tissu mou, sont concernés par l’irradiation en RIV. Une étude approfondie de l’équivalence du gel MAGIC passe donc par la prise en compte de tissus supplémentaires, plus spécifiques à ce domaine thérapeutique.

Pour ces raisons, nous avons consacré la première partie de ce chapitre à la modélisation du milieu chimique que constitue le gel MAGIC, en déterminant ses sections efficaces électroniques et photoniques respectivement à partir de 100 eV et de 1 keV grâce au code MC PENELOPE (§ IV.1). A cette occasion, l’influence de chacun des atomes a été étudiée en se basant sur leurs sections efficaces pondérées pour chaque processus d’interaction.

Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’équivalence du gel à l’eau et à cinq tissus biologiques : la thyroïde, le tissu mou, le tissu adipeux, le muscle et le cartilage (§ IV.2). Cette étude a été menée sous plusieurs aspects : les caractéristiques physiques du gel ont d’abord été comparées à celles des autres milieux en termes de fractions massiques, de masse volumique, de densité électronique et de numéro atomique effectif. Puis, l’analyse des propriétés d’interaction a été réalisée à partir de grandeurs relatives au transport des photons (coefficients d’atténuation et d’absorption) et des électrons (pouvoirs d’arrêt radiatif et collisionnel, pouvoir de diffusion). Enfin, les propriétés dosimétriques de l’ensemble des milieux considérés ont été confrontées à celles du gel sur la base de facteurs S calculés dans

dans tout le volume cible (modèle source = cible, Figure I. 3). L’équivalence dosimétrique du gel aux autres milieux étudiés a été déduite à partir de ces grandeurs pour des sources de 131I, de 32P et de 90Y en tenant compte des recommandations formulées par l’ICRU [178], et les facteurs correctifs, nécessaires en cas de non équivalence, ont été déterminés.