C.2 Fantôme anthropomorphique

Dans cette partie, l’incertitude globale de la simulation Monte-Carlo sur la dose relative est de 0,8 %. Concernant le film, de la même manière que pour les fantômes hétérogènes simples, il est difficile d’évaluer l’incertitude globale sur la dose car elle dépend principalement de la qualité du montage.

PenEasy vs film radiochromique

La figure V-23 montre la comparaison des distributions de dose 2D entre la simulation Monte- Carlo PenEasy et la mesure par film radiochromique pour les trois énergies étudiées.

(a) (b)

(c)

Figure V-23 : Comparaison des distributions de dose 2D entre la simulation Monte-Carlo PenEasy et la mesure par film radiochromique pour le faisceau de 6 MeV (a) ; 9 MeV (b) et 12 MeV (c)

D’un point de vue global, nous observons un bon accord entre les simulations Monte-Carlo et la mesure par film avec un gamma index (3 % / 3 mm) de 99,6 % ; 98,8 % et 96,3 % respectivement pour les énergies 6 MeV ; 9 MeV et 12 MeV.

Des écarts sont observés sur les premiers millimètres du film mais cette zone est en dehors du fantôme. Le film n’ayant été simulé que dans le fantôme, il est normal d’observer ces écarts dans cette partie.

En revanche, pour les énergies 9 et 12 MeV, des écarts jusqu’à 10 mm sont observés au niveau des faibles doses dans la partie pulmonaire du fantôme (isodose rouge et noire sur la figure V-23). Deux causes possible peuvent expliquer cet écart. La plus probable est dû à une légère épaisseur d’air entre le film et le fantôme consécutive à une non uniformité de la zone pulmonaire du fantôme. La présence d’air va induire un parcours plus important des électrons pour la mesure, ce qui est observé dans notre comparaison. L’autre possibilité est la non prise en compte de la structure fine du film constitué de deux feuilles de mylar (densité de 1,35) entourant la couche active du détecteur.

Le bon accord entre mesure et simulation Monte-Carlo, nous permet de valider la partie voxelisation de notre géométrie, c’est-à-dire, le programme permettant de transformer les nombres UH des images DICOM en une composition chimique et une densité. La simulation Monte-Carlo PenEasy couplée au programme de voxelisation peut donc être utilisée comme référence.

PenEasy vs eMC

Les résultats que nous présentons ici concerne uniquement le faisceau de 12 MeV. Cependant les conclusions sont similaires pour les deux autres énergies. Afin que les distributions de dose puissent être comparées, nous avons normalisé les deux distributions au même point. Ce point se trouve à une profondeur de 3 cm dans la structure tissus mous au niveau de la coupe centrale.

Les figures V-24 et V-25 représentent les distributions de dose avec eMC et avec la simulation Monte-Carlo pour deux coupes différentes.

eMC PenEasy

Figure V-24 : Distribution de dose dans le fantôme anthropomorphique pour le faisceau de 12 MeV avec l’algorithme eMC et la simulation Monte-Carlo au niveau de l’isocentre

eMC PenEasy

Figure V-25 : Distribution de dose dans le fantôme anthropomorphique pour le faisceau de 12 MeV avec l’algorithme eMC et la simulation Monte-Carlo à 4,5 cm vers pieds par rapport à l’isocentre

Des écarts de distribution de dose sont observés à l’extérieur du fantôme. Ceci s’explique par le fait que la grande majorité des TPS (et notamment l’algorithme eMC) n’affiche pas la distribution de dose à l’extérieur du contour externe du patient/fantôme car cette distribution est inutile (bien que réelle). En revanche, avec PenEasy, le calcul de la dose absorbée est réalisé et affiché dans l’ensemble des voxels du milieu, y compris l’air autour du patient/fantôme. Cette différence est « perturbante » visuellement mais n’a aucun impact sur la distribution de dose dans le patient/fantôme car c’est uniquement une différence d’affichage.

D’un point de vue global, les deux distributions semblent très proches. Nous observons sur la figure V-25, une similitude au niveau de l’emplacement et de l’intensité des points chauds.

Des comparaisons de rendements et de profils de dose dont les emplacements sont schématisés sur la figure V-26 ont été réalisées au niveau de la coupe centrale (cf. figure V-27).

Figure V-26 : Emplacement des zones de comparaison 1D entre le calcul de dose eMC et la simulation Monte- Carlo PenEasy sur fantôme anthropomorphique

Figure V-27 : Comparaison des distributions de dose calculées avec eMC et PenEasy. La couleur de l’encadré correspond à la zone tracée au niveau de la figure V.26

Encadré bleu : Sur le premier centimètre, le dépôt d’énergie calculé avec l’algorithme eMC est plus important que pour la simulation Monte-Carlo. Un écart de 10 % est mesuré à une profondeur de 0,5 cm. Au-delà, un très bon accord est observé entre les deux distributions de dose (écart < 2 % ou < 0,1 mm) quel que soit le milieu traversé (os dense, os cartilagineux et tissu mou).

Encadré rouge : Sur toute la mise en équilibre électronique, le dépôt d’énergie avec l’algorithme eMC est plus important que pour la simulation Monte-Carlo. L’écart est maximum à l’entrée du fantôme (10 %) pour devenir nul à la profondeur du maximum de dose. Cet écart ne semble pas dépendre du milieu de mesure (tissu mou ou os cartilagineux). Au-delà du maximum de dose, un très bon accord est observé entre les deux distributions de dose (écart < 2 % ou < 0,1 mm).

Encadré vert : Tout comme précédemment, une surestimation de la dose déposée avec eMC au

niveau de la mise en équilibre électronique est observée avec un écart de 10 %. En revanche au niveau de la zone pulmonaire, eMC sous-estime de manière importante le dépôt de dose par rapport à la

Encadré rose : Malgré une fluctuation importante du dépôt de dose avec PenEasy, une bonne correspondance est observée entre les deux distributions avec un écart moyen inférieur à 5 %.

Encadré orange : Au niveau de la zone pulmonaire, on observe une sous-estimation importante de l’algorithme eMC (15 %) par rapport à PenEasy. En revanche, au niveau de la partie tissu mou, une bonne correspondance est observée (écart < 5 %).

Au vu de ces résultats, il en ressort les trois points suivants :

- au niveau de la mise en équilibre électronique une surestimation du dépôt de dose avec l’algorithme eMC d’environ 10 % est observée ;

- après la mise en équilibre électronique, une bonne correspondance (écart < 5 %) est observée dans les tissus mous et les tissus osseux ;

- dans les zones pulmonaires, une sous-estimation du dépôt de dose avec l’algorithme eMC d’environ 20 % est observée.

Le fait qu’eMC considère le matériau tissu mou comme de l’eau ne semble pas avoir d’impact au-delà de la mise en équilibre électronique. En effet, le parcours des électrons (R80, R50 et R20) est

identique avec eMC et PenEasy. Les sections efficaces d’interaction du matériau tissu mou sont donc probablement très proches de l’eau. La modification du parcours induite par la modification du spectre électronique que l’on avait observée précédemment due à la différence eau-muscle n’est pas présente ici. En effet, le parcours des électrons (R80, R50 et R20) est identique entre eMC et PenEasy.

Les écarts de dose déposée au niveau de la zone pulmonaire, peuvent venir de deux causes principales :

- une différence de composition chimique entre le matériau poumon utilisé par l’algorithme eMC pour la détermination des fonctions de densité de probabilité et le matériau poumon présent dans le fantôme anthropomorphique. Les matériaux équivalents poumon utilisés dans les objets tests possèdent une composition chimique assez différente des compositions issues de l’ICRP [ICRP110] ou des travaux de Schneider [SCH00] (cf. tableau V-14) ;

H C N O Na Mg Al Si P S Cl K

Plaques GAMMEX 8,46 59,38 1,96 18,14 11,19 0,78 0,1

Fantôme anthropomorphique 8,32 63,36 3,15 20,46 3,29 1,37

ICRP 110 10,3 10,5 0,2 0,3 0,3 0,2

Schneider et al. 2000 10,3 10,7 3,2 74,6 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2

Tableau V-14 : Différentes compositions chimiques du matériau poumon

- la composition chimique réelle du fantôme ne correspond pas aux spécifications du fabricant. Une discordance entre la composition chimique réelle du fantôme et celle entrée dans la simulation Monte-Carlo PenEasy peut engendrer de tels écarts.

La composition chimique du fantôme anthropomorphique est proche des plaques GAMMEX que nous avons utilisées pour la comparaison en milieu hétérogène simple. Or, nous avons eu de bons résultats dans cette configuration. La première hypothèse nous semble donc peu probable.