Impact de la présence du détecteur

Nous nous intéressons maintenant non plus à l’énergie déposée dans le détecteur mais à l’impact de l’introduction du détecteur dans le faisceau sur le dépôt de dose dans l’eau.

L’atténuation du faisceau engendrée par la présence du détecteur a été calculée à partir des rendements en profondeur. La différence de dose a été moyennée sur les profondeurs de 10 à 20 cm, pour lesquels il n’y a plus de contribution des électrons de contamination. Pour les DSP de 75 et 90 cm, l’atténuation vaut respectivement 1,74 ± 0,3 % et 1,78 ± 0,3 %. La différence entre les deux DSP n’est pas statistiquement significative. Dans la partie précédente, nous avons vu que le pourcentage de photons interagissant dans le détecteur était de 2,12 ±10-3 % pour le convertisseur de 1,6 mm. L’atténuation déterminée à partir de la diminution relative de dose dans l’eau est donc plus faible que celle déterminée à partir du pourcentage d’interaction des photons. Cela s’explique par la combinaison de deux effets. Ce sont préférentiellement les photons de la partie basse du spectre qui vont interagir dans le détecteur, puisque la probabilité d’interaction des photons diminue lorsque leur énergie augmente (figure 4-34, gauche). Or, pour des sources mono-énergétiques, le dépôt d’énergie dans l’eau augmente lorsque l’énergie des photons augmente (figure 4-34, droite). Ainsi, les photons qui interagissent plus dans le détecteur contribuent moins au dépôt de dose. C’est la raison pour laquelle le pourcentage de photons interagissant dans le détecteur est plus important que la diminution relative de dose dans l’eau.

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Figure 4-34 : Gauche = Spectre des photons initiaux (noir), et spectre des photons qui interagissent dans le détecteur (rouge). Droite = Rendements en profondeur pour différentes sources ponctuelles de photons mono-énergétiques. Nous nous intéressons maintenant à la modification de forme du dépôt de dose dans l’eau, causée par le détecteur après correction de l’atténuation. La figure 4-35 représente, pour les deux DSP et les deux cas avec et sans présence du détecteur, le rendement et les deux profils : le profil en surface, correspondant au premier millimètre d’eau, et le profil sous 5 mm d’eau. Toutes les courbes ont été mises à l’échelle en normalisant le rendement du cas sans détecteur à 1 au niveau du maximum de dose.

Figure 4-35 : Visualisation de l’impact de la présence du détecteur sur : le rendement en profondeur (gauche), le profil à la surface (milieu) et le profil sous 5 mm d’eau (droite), pour les cas d’une DSP de 75 cm (haut) ou 90 cm (bas). Pour le cas

avec présence du détecteur (rouge), les courbes ont été corrigées de l’atténuation. L’introduction du détecteur dans le faisceau :

- augmente la dose à l’axe pour les faibles profondeurs du fait de la création d’électrons de contamination supplémentaires générés dans le détecteur. Le tableau 4-2 regroupe les valeurs de dose en surface et à 5 mm, exprimées en pourcentage de la dose obtenue à la profondeur du maximum dans le cas sans détecteur. A partir de ces valeurs ont été calculées les augmentations de dose absolue (Dabs, (équ. 4-5)) et relative (Drel, (équ. 4-6)). Les valeurs obtenues sont comparées à celle issues des publications caractérisant les détecteurs concurrents en termes d’augmentation de dose en entrée.

D_abs= D_{avec dét.} – D_{sans dét. (Équ. 4-5)} D_rel = 100.^{Davec dét. – Dsans dét.}

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- modifie la forme du dépôt de dose pour les faibles profondeurs. Les profils de dose se rapprochent de la forme d’un profil de dose due aux électrons de contamination, qui est de la forme d’une gaussienne de fort écart-type. Plus l’écart entre le détecteur et la peau est important, plus la diffusion des électrons est importante, donc plus l’écart-type de la gaussienne va être grand. Ainsi, comme la distance entre la source et le détecteur (DSD) est fixe, plus la DSP est grande, moins l’augmentation de dose au centre du faisceau est importante mais plus l’étendue sur laquelle il y a une augmentation de dose est importante.

- ne modifie pas le dépôt de dose, à 1 % près, au-delà de 2 cm de profondeur en DSP 75 cm et de 1,5 cm en DSP 90.

Pour quatre détecteurs concurrents, les publications les caractérisant traitent le cas de l’augmentation de dose en entrée causée par la présence du détecteur pour un champ de 20 cm (133, 136, 147, 149). Pour toutes les études, l’augmentation de dose a été déterminée expérimentalement, soit à l’aide de films Gafchromic soit avec des chambres d’ionisation plates. Pour le détecteur Compass seulement, une étude par simulation Monte-Carlo a également été réalisée. Les deux approches, mesure et simulation, conduisent alors au même résultat. Pour tous les détecteurs, l’atténuation du détecteur et l’augmentation relative de dose sont regroupées dans le tableau 4-2. Pour notre étude et celles des détecteurs Compass et Magic Plate, les doses avec et sans détecteur et la différence de dose « absolue » sont également connues. Pour pouvoir comparer les résultats entre eux, pour chaque détecteur les conditions d’étude sont indiquées : DSP, profondeur de mesure et DSD. Pour faciliter la comparaison des résultats entre eux, les différences relatives de dose ont pour chaque cas été calculées pour une atténuation de 1 %, en supposant que les deux quantités sont proportionnelles. Pour faire ressortir les conditions d’études les plus proches entre elles, les cases grisées correspondent à une mesure de dose réalisée en surface avec une DSD entre 58 à 70 cm avec une DSP de 75 (gris foncé) ou 90 cm (gris clair). Le détecteur David a été étudié sous un accélérateur Primus (Siemens), tous les autres sous un Clinac 2100 iX (Varian).

L’analyse de l’ensemble ces données montre que :

- toutes les études trouvent, comme nous, que l’augmentation de dose à l’axe décroit sensiblement lorsque la DSP augmente.

- alors que le détecteur David a l’atténuation la plus importante, 7 %, c’est le détecteur pour lequel l’augmentation de dose en entrée semble être la plus faible. Cela s’explique d’une part parce que c’est le seul cas pour lequel la dose n’a pas été mesurée à la surface mais à 1,5 ou 3,5 mm de profondeur. Or la décroissance de l’augmentation de dose est très rapide, puisque dans notre cas par exemple entre la surface et 5 mm, l’augmentation est divisée par 8 à DSP 75 et par 4 à DSP 90. Et d’autre part, le détecteur David est celui pour lequel la DSD est la plus faible, possible sous l’accélérateur Siemens seulement. Donc pour une même DSP, la distance entre le détecteur et la peau est plus importante, avec un écart de 15 à 25 cm par rapport aux autres détecteurs. Or nous avons vu que plus cette distance est importante plus la diffusion des électrons créés dans le détecteur est importante entre le détecteur et la surface, et moins l’augmentation de dose engendrée à l’axe est importante.

- les détecteurs Compass et Magic Plate et le détecteur à fibre scintillantes ont tous les trois été étudiés en DSP de 90 cm et en termes de dose en surface. Les DSD sont comparables : 58 cm pour le Magic Plate et 64 ou 65 pour les deux autres. Les augmentations de dose, ramenées à une atténuation qui serait de 1 %, sont proches mais pas strictement égales : 9 et 12 % pour les détecteurs Compass et à fibres scintillantes, et 12 % également pour le détecteur Magic Plate. Ce dernier est pourtant situé 6 ou 7 cm plus loin de la peau, donc l’augmentation de dose devrait être diminuée par rapport aux deux autres. Il y a donc soit une sous-estimation de l’augmentation de dose en entrée dans les études des détecteurs Compass et à fibres scintillantes, soit une surestimation dans l’étude du Magic Plate.

- notre étude, réalisée dans des conditions comparable à celles qui viennent d’être vues (DSP 90 cm, dose en surface) conclut à une augmentation de dose en surface plus importante : 19 % après être

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ramenée à une atténuation de 1 %. Soit entre 1,5 et 2 fois plus que celles des détecteurs Magic Plate, à fibres scintillantes et Compass. La différence de DSP explique en partie cette différence : notre détecteur est situé 12 ou 5 cm plus près de la peau. Une autre explication vient de la limite de notre modèle analytique. Nous avons en effet vu au chapitre 3 que nous sous-estimons d’un facteur environ 2 les électrons de contamination à l’intérieur du faisceau. Ainsi, avec notre modèle la dose en entrée de la cuve à eau pour le cas sans détecteur est sous-estimée. Avec présence du détecteur, les électrons de contamination sont majoritairement issus du détecteur. La sous-estimation des électrons de contamination par notre modèle n’impacte alors plus la dose en entrée quand le détecteur est présent. Les limites de notre modèle conduisent donc à surestimer l’augmentation de dose qui découle de l’introduction du détecteur dans le faisceau.

Détecteur _(cm) ^{DSP Profondeur} _{de mesure} ^DSD _(cm) ^Att. _(%)

Dose sans détecteur (% du max) Dose avec détecteur (% du max) Diff. "absolue" (% du max) Davec - Dsans Diff. relative (%) Diff. rel. (%) ramenée à att. 1% TraDeRa 75 ^surface 70 1,8 31 70 39 126 70 5 mm 86 99 13 15 8 90 ^{surface 23 31 8 35 19} 5 mm 60 65 5 8 4 Compass (IBA) 75 surface 65 3,3 ^{32,6 77,4 44,8 137 42} 90 26,8 34,9 8,1 30 9 Fibres scintillantes ^{90 surface 64 1,7 - - - 21 12}

Magic plate ⁸⁰ surface 58 1 ^{29,2 36,5 7,3 25 25}

90 28,5 31,9 3,4 12 12 David (PTW) 70 ^{1,5 mm} 44 7 - - - 6 1 3,5 mm - - - 4 1 90 ^{1,5 mm - - - 2 0} 3,5 mm - - - 1 0

Tableau 4-2 : Récapitulatif des données disponibles dans la littérature sur les détecteurs amont en termes d’augmentation de dose en entrée. Comparaison à nos résultats.

Pour conclure sur l’impact de la présence du détecteur, nous retiendrons que :

- il n’y a un effet que dans la région de mise en équilibre électronique en entrée du milieu diffusant. Le surplus de dose engendrée décroit sensiblement avec la profondeur qui augmente et avec la DSP qui augmente. Il y a également une décroissance avec la taille de champ, décrite dans la littérature (133, 136, 147), mais que nous n’avons pas étudiée. L’effet de la taille de champ est moins important que celui de la DSP et de la profondeur de mesure.

- le résultat obtenu avec notre étude est cohérent avec ceux des études publiées dans la littérature, avec une tendance à surestimer l’augmentation de dose découlant des limites de notre modèle.

- en tenant compte des résultats obtenus pour tous les détecteurs, excepté le détecteur David, l’ordre de grandeur de l’augmentation de dose en surface est estimée à environ 55 % ou environ 13 % par pourcentage d’atténuation du faisceau, respectivement pour des DSP de 75 et 95 cm, dans le cas d’un champ de 20 cm de côté.

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