La plupart des manipulations qui vont être menées lors des prochains développements suivront la même organisation. Nous commencerons par établir un protocole de mesure de la dose (cuve + dosimètre), puis nous lancerons des acquisitions de dose en profondeur après avoir fait varier un paramètre. Nous pourrons de ce fait dégager l’effet de ces grandeurs sur la distribution de dose..
VI.3.a. confrontation courbe d’ionisation / courbe de rendement
Contrairement au cas des photons, il y a une différence entre une courbe de rendement et une courbe d’ionisation. L’étude faite avec la cuve nous fournit dans un premier temps des informations purement coulombiennes. Celles-si retranscrivent l’énergie perdue par le rayonnement lors de l’ionisation des atomes et de la création permet de décrire le même phénomène, on obtient :
( )
processus inélastique électronique, les électrons vont perdre une portion de leur énergie. Cela va induire une diminution de l’énergie moyenne sans pour autant modifier la fluence.Pour la qualité de faisceau souhaitée, il nous faut tout d’abord mettre en évidence les différents paramètres qui interviennent dans la mesure de la dose en fonction de la profondeur de matière traversée. Soit :
prof en cm z/R50 Ionisation Ez S/ρρρ ρ Pu(z) S/ρρρρ*Pu*Ion
0 0,000 80,047 7,750 1,013 0,980 77,276
0,5 0,151 87,374 6,805 1,024 0,978 85,121
1 0,301 92,607 5,860 1,037 0,974 90,913
1,5 0,452 98,600 4,915 1,050 0,970 97,608
2 0,603 100,000 3,970 1,064 0,967 100,000
2,5 0,753 92,550 3,024 1,079 0,967 93,858
3 0,904 70,305 2,079 1,095 0,967 72,372
3,5 1,055 38,525 1,134 1,112 0,967 40,294
4 1,205 11,583 0,189 1,131 0,967 12,323
4,5 1,356 1,653 0,000 1,152 0,967 1,791
5 1,506 0,000 0,000 1,175 - 0,000
5,5 1,657 0,000 0,000 1,200 - 0,000
Tableau 8: paramètres intervenant dans le calcul de rendement de dose en profondeur du EB9
On se rend compte que même si les différents paramètres ne sont pas constants, il n’y a pas une grande différence entre courbe d’ionisation et de dose en profondeur.
La différence est la plus importante à l’entrée du milieu.
Regardons la comparaison graphique des deux types de rendement :
Figure 15: comparaison entre la courbe de rendement et la courbe d’ionisation en profondeur dans les
conditions standard de mesure
BILAN : on vient de voir que dans le cas des électrons, l’obtention de courbes de rendement en profondeur n’est pas aussi évidente que dans le cas des photons. Cependant la lecture du dosimètre reste très proche de la dose déposée.
La différence se situe à l’entrée, le rendement de dose est plus faible que celui d’ionisation.
VI.3.b. Influence de l’énergie sur le rendement
Tout comme pour les photons que l’on a étudiés dans le chapitre précédent, il existe des paramètres influençant le rendement en profondeur. Le premier que l’on va étudier est l’énergie moyenne du rayonnement incident. Intuitivement, on peut dire que plus l’énergie est grande et plus la longueur de pénétration sera importante.
Examinons différents Rp pour nous en convaincre :
Figure 16 : influence de l’énergie sur le rendement en profondeur en DSP 100 et en champ 13x13
Il existe des formules ″savantes″ permettant de connaître le parcours maximum, le parcours à 50% et 90% de la dose. Une formule plus approximative mais plus facile d’utilisation, consiste à considérer le parcours total en cm comme égal à la moitié de l’énergie moyenne incidente en MeV.
BILAN : la croissance de l’énergie moyenne décale en profondeur le
Quand l’énergie incidente augmente, alors les particules créées sont susceptibles d’être détectées par le dosimètre.
VI.3.c. calcul des TOP
Le protocole de mesure des TOP est identique à celui utilisé lors de la mesure de la dose dans les conditions de référence : champ 10x10 dsp100 à la profondeur de référence. On a vu que la dose dans l’eau dans ces conditions est identique à :
[ ] [ ] [ ]
non-équivalence de dépôt de dose. Pour la correction de fluence :( )
BETH et BLOCK qui elle-même est liée à la concentration électronique, on a :PMMA
La mesure nous donne :
air
TOP TOP u d
eau
D = M . S .P .N 0,108nC/UM.1,064.0,967.0,0917Gy / nC 0,99cGy / UM
= =
ρ
Il y a donc une parfaite corrélation entre la mesure du TOP et la mesure de la dose dans les conditions de référence.
BILAN : la précision du calcul, dans le cas des électrons, est plus fiable que dans le cas des photons. Les conditions de référence et celles des TOP, sont équivalentes, il n’y a donc pas à faire intervenir de facteur de FOC, ni de RTA ou de rapport de distance, le calcul en ressort plus précis.
VI.3.d. mesure par film
L’objectif est de comparer le rendement en profondeur obtenu à partir d’une chambre d’ionisation à celui obtenu par numérisation de cliché radiographique. Pour être sure de se situer dans la zone sensitométrique linéaire, nous allons envoyer 100 TOP sur le film placé longitudinalement entre deux plaques épaisses de plastique équivalent-tissu. Les mesures sont faites, tout comme pour celles effectuées avec la chambre, en DSP100 et champ 10x10. L’acquisition nous renvoie :
Figure 17 : rendement obtenu avec un film radiographique en dsp100 et en champ 10x10
La courbe ci-dessus est obtenue en considérant, une courbe sensitométrique fitée par un polynôme du second degré (Dose=1.0865+29,758.DO+15,195(DO)2) dans la zone de dose considérée (0-80cGy) (Cf TP9).
BILAN : il y a quasi-concordance entre la mesure par film et celle effectuée avec la chambre. La différence vient peut-être du fait de la prise en compte des perturbations engendrées par l’émulsion photographique. La courbe sensitométrique utilisée est celle obtenue à l’aide d’un rayonnement de X6. Il est donc possible qu’il faille ajouter un autre facteur tenant compte de la qualité du faisceau.
VI.3.e. influence des paramètres géométriques
Regardons si l’on retrouve les mêmes caractéristiques vis à vis de la DSP et de l’ouverture collimateur que dans le cas des photons.
➩ influence de la DSP
Pour ce genre d’étude, il faut faire attention aux conditions expérimentales.. Si l’on veut un champs 10x10 quel que soit la DSP, soit on applique un facteur de FOC, soit on applique un champ valant 100.10 1000
c = =
DSP DSP(en cm). Dans le cas des photons, le diffusé du milieu était sensiblement le même quelle que soit la DSP, mais celui issu des mâchoires du collimateur était modifié car l’ouverture n’était pas à chaque fois la même. Dans cette nouvelle étude, les conditions expérimentales sont modifiées, on garde la même ouverture de collimateur. Les phénomènes sont donc inversés, on obtient la même contamination collimateur mais pas le même diffusé du milieu. De plus pour les électrons, le mode balistique est le balayage, il faut donc entrer un nombre de scan et le temps nécessaire pour que la mesure en un point soit effectuée.
La fréquence est de 0,5 Hz, ce qui correspond à 1 scan pour deux secondes et donc 7 scans pour 14 secondes. Ce sont ces deux dernières valeurs qui seront prises pour acquérir les rendements.
On obtient :
Figure 18 : influence de la dsp, pour des mesures dans l’eau en champ 10x10 EB9 MeV
On constate que ces quatre courbes sont quasiment superposées. Pour mieux comprendre le phénomène, comparons la dose à l’entrée pour les différentes DSP étudiées.
Figure 19 : influence de la DSP sur la dose à l’entrée en champ 10x10
Comme pour les photons, on observe une diminution de la dose dès lors que la DSP augmente. Les conditions expérimentales induisent une diminution de la taille de champ quand la DSP augmente, il y a de ce fait moins de diffusé du collimateur et
de surcroît, le flux électronique va être plus atténué si la quantité d’air à traverser augmente.
BILAN : il est intéressant de remarquer que ce type de faisceau n’est pas totalement régi par la loi de l’inverse carrée des distances comme pouvait l’être les faisceaux de photons. L’atténuation de l’air devient alors très importante et ne peut plus être négligée. Le faisceau qui est un balayé suit une loi d’émission qui est de l’ordre de 3% en homogénéité. De nombreux phénomènes sont illustrés indirectement dans ces courbes, il y a le diffusé des mâchoires et du milieu, puis l’atténuation géométrique du faisceau et l’atténuation d’origine interactionnelle du air-gap. Plus le plan d’entrée est éloigné, et plus l’énergie moyenne diminue.
Le dépôt se fait donc dans les couches superficielles, mais à contrario, on a un diffusé du collimateur qui tend à diminuer cette dose.
➩ influence de l’ouverture collim ateur
Examinons les effets de l’ouverture collimateur sur le transfert de dose dans les tissus :
Figure 20 : influence de l’ouverture de champ sur le rendement en profondeur
On est confronté aux mêmes problèmes que lors de l’étude sur la DSP. Il y a plusieurs paramètres que l’on observe au-travers de ces courbes. Regardons en détail, ce qui ce passe au niveau de la profondeur du maximum et de la dose à l’entrée :
Figure 21 : influence de l’ouverture de champ sur la dose
BILAN : cette étude peut se rapprocher de son homologue en qualité de photon. En effet l’augmentation du champ va amplifier la dose déposée par les photons et les électrons de contamination induits par le collimateur et le milieu diffusant. La dose à l’entrée (absolue) va croître avec l’augmentation du champ.
Pour le rendement, le phénomène n’est pas aussi simple à décrire, il faut tenir compte de la dose au maximum. Plus celle-ci est faible et plus le rendement est élevé. La dimension de champ va influer sur un autre paramètre, plus il y a du diffusé (milieu et collimateur), plus le maximum se situe en profondeur.
VII. DOSIMETRIE EN CURIETHERAPIE (TP7)
Les travaux pratiques réalisés jusqu’à présent s’intègrent dans le thème général
« Radiothérapie Externe », or il faut savoir qu’il existe d’autres méthodes thérapeutiques à base de rayonnements ionisants telle que la curiethérapie. Nous allons exposer les caractéristiques de certains traitements par sources scellées qui sont réalisés au CRLCC Val d’Aurelle.
VII.1. F
INALITEL’objectif de ce TP est de réaliser le contrôle de qualité des sources utilisées dans le service de curiethérapie de l’hôpital Val d’Aurelle. En outre, on comparera deux méthodes dosimétriques de curiethérapie interstitielle, la première manuelle, et la seconde à l’aide du logiciel de dosimétrie utilisé en routine. En dernier lieu, nous expliciterons une autre grande partie du traitement, la curie endocavitaire gynécologique.
VII.2. M
ATERIELS UTILISESLe matériel utilisé diffère de celui employé jusqu’à maintenant, on va manipuler d’abord des sources radioactives scellées sous forme de fils d’iridium 192 et de césium 137, associées aux projecteurs de sources (curiethérapie gynécologique) Arplay (manuel) et Télégyn (automatique). Pour le contrôle qualité, on utilisera la chambre à puits PTW Curimentor 2, ainsi que le logiciel de dosimétrie DOSIGRAY pour la comparaison avec la dosimétrie manuelle.
VII.3. E
TUDE EXPERIMENTALEComme il a été énoncé plus haut, la première étape primordiale en curiethérapie est le contrôle qualité des sources et de l’appareillage susceptible d’être contaminé.
Nous verrons ensuite ce que peut apporter un logiciel de dosimétrie lors de thérapie
interstitielle. Enfin, nous décrierons le déroulement dosimétrique de la thérapeutique du cancer gynécologique.
VII.3.a. Contrôle des sources et des différents supports
Tout comme lors des TP de radiothérapie externe, examinons le contrôle de qualité de la curiethérapie par iridium 192 puis par césium 137.
➩ Contrôle de qualité en curiethérapie par Iridium 192
Il y a quatre points essentiels à vérifier si l’on veut effectuer un contrôle rigoureux du matériel utilisé lors de curiethérapie interstitielle.
L’identification : les sources de faibles dimensions telles que les fils d’iridium 192 ne sont pas identifiables individuellement. Ils sont fournis avec un certificat de source radioactive scellée. Sur celui-ci, sont précisées les caractéristiques suivantes : le nombre de fils, la mesure de l’activité de chaque fil (en mCi et en MBq) et la date de calibration, l’activité totale, l’activité moyenne par fil, l’activité linéique moyenne, le débit moyen d’exposition par fil à un mètre, le débit moyen de kerma dans l’air par fil à un mètre. De plus, ces fils sont coupés à la demande ; ce qui rend toute identification caduque. Pour cela, ils sont stockés dans un conteneur spécial. Il faut grâce à des contrôles s’assurer de la dénomination de chaque source, et de leurs caractéristiques intrinsèques.
Vérification de contamination : avant livraison, chaque source scellée est soumise à des contrôles de dimension, de non-contamination et d’étanchéité. Elles sont fournies avec un certificat décrivant les contrôles effectués (frottis, immersion, bullage ou ressuage d’hélium) ainsi que leur taux de contamination enregistré.
Celui-ci doit être inférieur à 185Bq (0,005 µ Ci), et doit être vérifié aussi souvent que faire se peut, à l’aide d’un spectromètre par exemple. Il est aussi nécessaire de vérifier la contamination de toute la chaîne de stockage.
Etalonnage : avant toute utilisation, même si les sources sont accompagnées d’un certificat du fournisseur précisant le débit de kerma de référence ou leurs activités, il est indispensable de vérifier l’exactitude de ces valeurs..
Gestion des fils radioactifs : les programmes d’assurance de qualité doivent inclure le suivi des lots de fils depuis leur arrivée jusqu’à leur élimination, en passant par toutes les étapes de leurs manipulations successives. On peut ainsi connaître à tout moment l’état du stock ainsi que le nombre et l’activité des fils en cours d’utilisation. Pour cela, chaque fil sorti du stock est contrôlé (activité, homogénéité et longueur active). Toutes ces vérifications sont registrées.
Pour parvenir à contrôler les différents points énoncés ci-dessus, une chambre puits est indispensable, elle permet une mesure directe et instantanée du débit de référence global de n’importe quelle source radioactive. Elle est constituée de deux électrodes cylindriques coaxiales. L’électronique associée convertit le courant d’ionisation produit par le rayonnement émis en une tension proportionnelle au débit de kerma de référence globale de la source. Il existe aussi, dans certains de décontamination. Le contrôle visuel est assuré par l’autoradiographie, c’est une méthode consistant à placer la source radioactive bien étirée en contact direct avec et comparé les valeurs théoriques prévisionnelles (décroissance radioactive) aux
l’activité donnée par le laboratoire d’étalonnage était de 20.6mCi (pour 14cm), le 06/02/03 le calcul en prévoit une de 16,44 mCi (1,17 mCi/cm). La pratique nous donne une valeur relativement proche qui est de 1.27mCi/cm (8,36 % d’écart) sachant que l’étalonnage du laboratoire officiel permet d’obtenir des valeurs avec 7% d’incertitude. Parallèlement à ces mesures, une étude de contamination est menée dans la gammathèque des fils d’iridium, à l’aide d’une babylyne et de frottis (paillasse + local) analysés en spectrométrie. elle nous a révélé un débit de kerma moyen de 1 µµµµGy/h et aucune contamination du local n’a été constatée.
➩ Contrôle de qualité en curiethérapie par Césium 137
Voici la liste des paramètres qu’il faut vérifier pour contrôler l’état des sources utilisées en curiethérapie endocavitaire.
Vérification du stockage : les sources scellées qui ont des dimensions suffisantes, (cas du césium 137), portent un numéro d’identification. Si elles sont incluses dans des porte-sources, ceux–ci ont gravé sur leurs crochets d’assemblage l’indication du radioélément, le numéro de série et le nom du fournisseur. Au
Les détecteurs placés dans chaque chambre, qui permettent de vérifier l’activité depuis l’extérieur, peuvent aussi être contrôlé en sortant une source (réelle cette fois) du projecteur.
Vérification de contamination : tous les appareillages se trouvant à proximité des sources sont susceptibles d’être contaminés, il est donc primordial d’effectuer des frottis que l’on analyse aux spectromètres, pour savoir, si c’est le cas, à quel radionucléide est due la contamination.
Vérification du positionnement de la source : lors du transit, il est possible que la source ne soit pas bien mise en place dans l’applicateur, ce qui peut totalement modifier la répartition de dose dans l’organisme. Pour éviter cela, on simule l’opération avec une source fictive.
BILAN : les résultats de toutes ces vérifications révèlent un bon fonctionnement du dispositif de curiethérapie par train de grains de Césium.
Tout comme pour les fils d’iridium, les différents éléments rentrant dans le processus thérapeutique par césium (gynatron, paillasse, chambre etc…), n’ont montré aucune contamination. Les analyses spectrales des frottis et du débit de kerma dans le service n’ont rien révélé de dangereux.
VII.3.b. Confrontation dosimétrie manuelle et assistée par TPS
La dosimétrie d’une curiethérapie interstitielle est dans un premier temps calculée à la main (Cf TD de Madame Briot), puis elle est simulée avec un logiciel de dosimétrie. Il sera donc possible de quantifier l’écart qu’il peut y avoir entre ces deux méthodes.
E n o n c é c o m m u n d u t r a i t e m e n t à é t u d i e r.
Une application de curiethérapie ORL (langue) est effectuée avec 5 fils d’iridium 192 de 5cm de long, de diamètre 0,5 mm et de débit de kerma normal valant 88,44 µGy.h- 1.m2, soit 6,32 µGy.h- 1.m2.cm- 1 le 13/01/2003. Ces fils forment trois triangles équilatéraux dont les cotés mesurent 13 mm. Cette dosimétrie sera effectuée suivant le protocole de Paris. Les fils radioactifs doivent de ce fait être
même plan perpendiculaire à la direction des lignes. Ce plan appelé plan central, est des organes plus ou moins proches du volume traité, pour cette thérapeutique.
➩ Calcul m anuel
Pour connaître le débit de dose de base, il faut faire quelques simplifications.
Par exemple la longueur des sources devient négligeable devant la distance plan médian-point d’intérêt. Le coefficient de décroissance radioactive au 07/02/02 est de 0,79, ce qui induit un débit de kerma linéique valant 4,99 µGy.h- 1.m2.cm- 1. Dans la
Si l’on cherche à expliciter τ afin que 60 Gy soient délivrés à la tumeur, on de la géométrie de l’implantation et de la nature des fils. Les formules données par la littérature permettent de déterminer la valeur des paramètres suivants :
l = longueur traitée = 0,7 × la longueur active (L) = 0,7×5 = 3,5 cm
& & , les différents paramètres intervenant dans cette formule sont :
Φ(R) : facteur d’atténuation dans les tissus.
R : distance séparant la source (considérée comme ponctuelle) de l’organe cible.
2
➩ Calcul effectué avec le TPS
On rentre dans le logiciel, les mêmes caractéristiques intrinsèques, ainsi que la même configuration géométrique des fils d’iridium que lors du précédent cas. On obtient ainsi le débit de dose de l’isodose de référence (85% DB) de valeur DR=0,63Gy/h ; ce qui induit un temps de traitement de 4j ;1h ;30min (en tenant compte de la décroissance durant le traitement). On peut aussi obtenir l’allure des isodoses :
Figure 22 : dosimétrie d’une application interstitielle pour une normalisation sur l’isodose de référence
On en déduit les différentes caractéristiques de l’isodose de référence, soit l = 3,5 cm
E = 1,3 cm e = 1,6 cm M = 0,3 cm (±0.1cm)
∆ l = 0%
∆ E = 0%
∆ e = 1,875 %
∆ M = 13 %
BILAN : on observe de nettes différences de temps d’application des sources entre le calcul manuel et le calcul assisté par TPS (9%). Deux phénomènes entrent en jeu pour expliquer cet écart : la position du barycentre n’est pas très bien prise en compte par Dosigray, par ailleurs la calcul du débit de dose à une distance d du fil n’est pas très fiable, car les données sont tirées d’une courbe.
Les résultats du volume de l’isodose de référence paraissent apporter une plus forte similitude entre les deux approches.
VII.3.c. Curiethérapie gynécologique
La curiethérapie endocavitaire consiste à mettre en place des sources radioactives dans des cavités naturelles proches du foyer tumoral.
➩ Etat de l’art
Dans le cas gynécologique à bas débit de dose (Ce 40-200cGy/h), le centre Val d’Aurelle préconise l’utilisation de la méthode d’application de Fletcher. Celle-ci consiste à installer dans la patiente, une sonde utérine et un applicateur vaginal contenant deux sources positionnées perpendiculairement à l’axe du vagin. Ces deux dernières sont solidaires par des applicateurs métalliques rigides. Pour l’applicateur vaginal, il existe différents types d’ovoïdes en fonction de l’anatomie de la patiente (mise en place de capuchon ou non selon le volume vaginal). Le principe de cette technique est de conserver un débit de dose constant à la surface de l’applicateur.
Pour cela, on jouera sur les propriétés intrinsèques de chaque source :plus le diamètre de l’ovoïde sera grand, plus l’activité de la source devra être importante.
Les sources utilisées dans les applicateurs de Fletcher sont des sources de Césium 137 de type CSM-3. On rappelle que la période du Cs137 est de 30,18 ans, ce qui implique une prise en compte de la radioprotection sur le long terme.
Toutes les sources utilisées ont la même taille, soit 20.9mm. Une source est
Toutes les sources utilisées ont la même taille, soit 20.9mm. Une source est