Etude d’un faisceau modulé par un filtre en coin

1. Configuration d’irradiation

Nous allons, à présent, mesurer la distribution de dose pour un champ d’irradiation de 10 cm ×10 cm, avec un faisceau vertical. Dans cette configuration, le scintillateur est placé en DSD 100 sous 2.8 cm de polystyrène. Un filtre en coin, placé dans le faisceau, permet d’en moduler l’intensité dans une direction et, de cette manière, de modifier l’angle des isodoses dans cette direction. Dans notre cas, la modulation a été effectuée dans la direction de l’axe y, et crée un angle de 60° entre les isodoses et l’horizontale. Cette configuration d’irradiation est représentée Figure VI.34.

Figure VI.34 : Irradiation en champ 10 cm × 10 cm avec le filtre en coin 60°. Le scintillateur est placé en DSD 100, à une profondeur de 2.8 cm. Pour plus

Dans le paragraphe précédent, le DosiMap était irradié verticalement et en champ 10 cm × 10 cm. Le rayonnement Čerenkov n’était donc produit que dans les 6.25 cm jouxtant le scintillateur, limitant ainsi sa quantité, mais également ses variations de couleur. Dans cette configuration d’irradiation, le rayonnement Čerenkov est produit dans un volume deux fois plus grand. De plus, il est généré depuis le scintillateur jusqu’à la sortie du cube, favorisant ainsi les variations spectrales du rayonnement Čerenkov.

2. Quantités de lumière mesurées

Les intensités lumineuses mesurées avec le damier sur l’axe y (Figure VI.35), et celles mesurées avec les différents filtres puis démodulées numériquement (Figure VI.36) montrent que la quantité de rayonnement Čerenkov (proportionnelle aux quantités de lumière mesurées dans le bleu et le vert) est effectivement 2.5 à 3 fois plus importante que celle mesurée dans le paragraphe précédent, alors que la quantité de scintillation (donnée par la modulation) est environ 1.5 fois plus faible. Cette configuration est donc plus défavorable que la précédente pour nos mesures de dose.

3. Distribution de dose

Les distributions lumineuses obtenues ont permis de calculer les distributions de dose pour les deux méthodes de déconvolution, soustractive et colorimétrique, et pour les deux filtres, bleu et vert. Celles-ci, ainsi que la distribution de dose mesurée avec un film dosimétrique placé juste au dessus du scintillateur, sont représentées Figure VI.37. Il est intéressant de constater

Figure VI.36 : Distributions lumineuses mesurées avec les filtres bleu, vert et rouge sur l’axe y (x = 0).

Figure VI.35 : Distribution lumineuse mesurée avec le filtre rouge et distribution de

scintillation correspondante sur l’axe y (x = 0)

que les distributions mesurées par les différentes méthodes sont soit très bruitées (déconvolution soustractive), soit floues (déconvolution colorimétrique avec le filtre bleu). Le filtrage colorimétrique avec le filtre vert constitue un compromis entre les deux, car la proportion de rouge (principale source de bruit à cause de la démodulation) vis-à-vis du vert est supérieure à la proportion vis-à-vis du bleu, et que la soustraction du rayonnement Čerenkov y est meilleure que pour le filtre bleu.

Afin d’établir une analyse quantitative, les distributions de dose obtenues par les différentes méthodes vont à présent être comparées avec le film dosimétrique, d’abord sur une coupe (x = 0), puis par index γ.

3.1. Distribution de dose sur l’axe des y

Les distributions de dose mesurées sur l’axe y pour chaque mode de filtrage et pour le film dosimétrique sont représentés Figure VI.38. Elles révèlent les problèmes liés au changement

Figure VI.37 : Distributions de dose mesurées avec le film dosimétrique et le DosiMap, par la méthode de filtrage soustractif et par la méthode colorimétrique (filtre bleu et filtre vert). Ces distributions seront comparées sur l’axe y, représenté en pointillé.

de couleur du rayonnement Čerenkov évoqués plus tôt, et qui sont à l’origine du flou observé Figure VI.37. En effet, alors que la déconvolution soustractive du rayonnement Čerenkov reproduit fidèlement la distribution de dose mesurée par le film, la déconvolution colorimétrique utilisant le filtre vert présente des gradients moins abrupts. Le phénomène s’accentue encore avec le filtre bleu. Les écarts quadratiques entre les mesures faites avec le DosiMap et celles faites avec le film (Figure VI.39) mettent clairement en évidence ce phénomène.

Ces difficultés liées aux gradients n’ayant pas été observées pour les profils de faisceau mesurés au paragraphe précédent (Figure VI.28), elles ne peuvent s’expliquer que par la plus grande quantité de rayonnement Čerenkov produite dans cette configuration d’irradiation.

Elles confirment donc les considérations faites précédent sur les variations spectrales du rayonnement Čerenkov et leur incidence sur la déconvolution colorimétrique. Elles montrent également que si le filtre vert présente de meilleurs résultats que le filtre bleu, sa transmission en dessous de 500 nm (où l’atténuation du polystyrène est variable), bien que faible, est suffisante pour altérer la déconvolution colorimétrique de grandes quantités de rayonnement Čerenkov. Ces constatations mettent donc en évidence la nécessité d’utiliser un filtre présentant un spectre de transmission plus nettement séparé du spectre d’absorption du polystyrène. Un filtre vert dont le spectre de transmission ne débute qu’à environ 550 nm constituerait la réponse à ce problème.

En dehors des zones de gradient, toutes les distributions de dose concordent avec plus ou moins de précision. En effet, la valeur efficace de bruit mesurée entre 10 et 15 cm vaut respectivement 2.65 %, 1.3 % et 1.85 % pour les distributions de dose mesurées par filtrage

Figure VI.39 : Ecarts quadratiques entre les distributions de dose mesurées avec le DosiMap et celle mesurée avec le film dosimétrique.

Figure VI.38 : Distributions de dose mesurées par le film dosimétrique et par le DosiMap, pour les différentes méthodes de filtrage (soustractif, colorimétrique avec les filtres bleu et vert).

soustractif, par filtrage colorimétrique avec le filtre bleu, et par filtrage colorimétrique avec le filtre vert. Ces valeurs sont environ 1.5 fois supérieures à celles mesurées pour le rendement en profondeur au paragraphe précédent, ce qui d’après les expressions données pour le bruit pour chacune des deux méthodes de déconvolution (Eq. IV.28 et Eq. IV.33) est dû, d’une part à l’intensité plus faible de la scintillation et, d’autre part, à une plus grande proportion de rayonnement Čerenkov. Néanmoins, le rapport entre ces différentes valeurs de bruit restent sensiblement le même que précédemment.

En outre, ces valeurs restant inférieures à 3 %, elles sont tout à fait acceptables.

3.2. Comparaison avec le film dosimétrique par index γγγγ

Les mesures du DosiMap ont alors été comparées à celle du film dosimétrique par la méthode de l’index γ avec des critères d’accord de 3 % et 3 mm. Les cartographies γ correspondantes ont été représentées Figure VI.40 pour les doses relatives supérieures à 10 %. En effet, comme le montre la coupe analysée plus haut, les doses supérieures à 50 % de la dose maximale ne posent pas de réel problème. Ce sont donc plutôt les doses relatives se situant entre 10 et 40 %, correspondant aux zones de gradient, qu’il convient de comparer.

Dans le cas du filtrage soustractif, les zones de désaccord entre le film dosimétrique et le DosiMap sont essentiellement localisées dans les zones de faible gradient et sont liées au bruit. Dans le cas du filtrage colorimétrique avec le filtre bleu, au contraire, l’accord est très bon dans les zones de faible gradient, et se dégrade fortement dans les zones de fort gradient à cause du rayonnement Čerenkov. Le filtrage colorimétrique avec le filtre vert constitue, ici aussi, un cas intermédiaire entre les deux cas de figure car il permet une meilleure suppression

Figure VI.40 : Cartographie γ.pour les doses relatives supérieures à 10 %, et pour des critères d’accord de 3 % et 3 mm.

du rayonnement Čerenkov que le filtre bleu, et des mesures moins bruitées que le filtrage soustractif. Dans tous les cas, plus de 80 % des pixels présentent une valeur de γ inférieure à 1, et la valeur de moyenne de ce γ est très satisfaisante, puisqu’elle vaut 0.6 pour le filtrage soustractif, 0.8 pour le filtrage colorimétrique avec le filtre bleu, et 0.65 pour le filtrage colorimétrique avec le filtre vert.

Les mesures faites dans ce paragraphe ont donc permis de mettre en évidence l’importance de la non uniformité de l’atténuation du cube vis-à-vis de la déconvolution colorimétrique, notamment en présence de quantités importantes de rayonnement Čerenkov. Elles nous ont également permis de constater que le filtre vert, face à ce phénomène, donnait de meilleurs résultats que le filtre bleu, et qu’un filtre vert légèrement plus haut en longueur d’onde devrait résoudre ce problème. N’ayant pas pu tester la méthode colorimétrique avec un tel filtre au cours de cette étude, cette hypothèse sera vérifiée lors de prochaines mesures.

En dépit de ce problème et de la dégradation du rapport signal sur bruit, les distributions de dose mesurées avec le DosiMap présentent un bon accord avec la distribution mesurée par le film dosimétrique, dans les zones de faible gradient pour la déconvolution colorimétrique, et sur l’ensemble de la distribution pour la déconvolution soustractive. Dans le cas du filtrage colorimétrique, l’utilisation d’un filtre adapté résoudra le problème du rayonnement Čerenkov e,t sans le damier, le bruit associé aux signaux de faible intensité sera fortement réduit.