1.2 Notions fondamentales en dosimétrie
1.2.4 Mesure et calcul de dose : TG-51 et rapport 76
La mesure de dose dans un milieu de référence s’effectue directement à l’aide d’une chambre à ionisation, détecteur de référence utilisé dans le cadre du projet de doctorat présenté. Elle peut se faire autant pour des faisceaux de photons ou d’électrons. Pour transformer en dose la lecture de charge fournie par l’électromètre relié à la chambre, il faut connaître quelques facteurs dépendant du détecteur utilisé, du type et de l’énergie du faisceau de radiation. Le groupe de travail numéro 51 (TG-51) de l’American Association of Physicists in Medicine (AAPM) présente la méthodologie à suivre pour arriver à convertir la mesure de la chambre à ionisation en dose pour un faisceau à haute énergie (1,17 MeV et plus) [47] et le rapport 76 de cette même association spécifie la marche à suivre pour une énergie de 40 à 300 kV [48]. Il est important de noter que l’énergie d’un faisceau de photons est habituellement spécifiée par la tension accélératrice du canon à électrons de l’accélérateur linéaire ou de la paire d’électrodes de l’appareil kV. Cette tension représente l’énergie maximale que peut acquérir un photon, l’énergie moyenne des photons du faisceau se situant à environ un tiers de cette valeur. L’énergie d’un faisceau d’électrons, elle, est spécifiée selon l’énergie des électrons acquise dans le guide d’onde de l’accélérateur linéaire, représentant environ leur énergie moyenne.
Selon le TG-51 (AAPM) I. Photons
La dose est directement reliée à la charge mesurée par la chambre M (et corrigée pour la variabilité causée par les conditions expérimentales) par le facteur de calibration de la dose absorbée dans l’eau de la chambre dans un faisceau de qualité Q : DQ
w = M × ND,wQ . La qualité du faisceau fait varier le facteur de calibration selon le type de particules du faisceau et son énergie. La mesure de charge est corrigée pour la recombinaison des ions dans la chambre (perte de signal), la polarité et les effets de calibration de l’électromètre et l’influence de la
pression et de la température. Les facteurs corrigeant pour la recombinaison ionique et la variabilité due à l’électromètre sont des quantités connues (instrinsèques aux instruments), tandis les facteurs pour la polarité et les effets de pression et de température doivent être calculés. Le premier est déterminé en faisant des mesures avec chacune des polarités appliquée à la chambre à ionisation puis en calculant le ratio suivant :
Ppol =
Mbrut+ − Mbrut− Mbrut où M+
brut est la charge positive collectée, M −
brut est la charge négative collectée et Mbrut est la charge collectée pour le dosimétrie de référence. Ce facteur n’a pas à être recalculé à chaque prise de mesures. Le deuxième est calculé grâce à la relation suivante :
PT P = (273, 2 + T ) (273, 2 + 22, 0)×
101, 33 P
où T est la température en °C et P, la pression en kPa. Celui-ci doit être déterminé à chaque fois qu’une série de mesures est prise.
Le protocole décrit précédemment s’applique pour les conditions expérimentales suivantes : la chambre doit être placée à 10 cm dans un fantôme eau-équivalent, la grandeur du champ de photons doit être de 10 x 10 cm2 et on s’attend à ce que la distance entre la surface du fantôme et la source de radiation (DSP=distance source-peau) soit de 100 cm.
II. Électrons
La formule reliant dose et charge varie un peu lorsqu’un faisceau d’électrons est utilisé : DQ
w = M × PgrQ× kR0 50× kecal× N 60Co D,w où M est la charge, PQ
gr est le facteur de correction du gradient de l’ionisation, k0R50 est le facteur de conversion pour la qualité du faisceau spécifié par la profondeur à laquelle la dose est à 50% de dose maximale, kecal est le facteur de conversion des photo-électrons et N60Co
D,w est
le facteur de calibration de la dose absorbée dans les conditions de référence pour un faisceau provenant d’une source de Co. Le facteur PQ
gr est déterminé à l’aide de la relation suivante PgrQ = Mbrut(dref + rcav)
Mbrut(dref) et k0
R50 pour une chambre cylindrique par
k0R50(cyl) = 0, 9905 + 0, 0710e(−R50/3,67)
Les valeurs de kecal, elles, sont tabulées. Le protocole fournit la dose de référence pour une profondeur de référence dref différente de dmax: dref = 0, 5 × R50− 0, 1(cm). Pour une énergie de faisceau plus petite ou égale à 20 MeV, la mesure doit se faire avec un champ carré de 10 cm de côté. La DSP doit se situer en 90 et 110 cm.
Selon le rapport 76
Le rapport 76 de l’AAPM spécifie la méthode de calcul de dose et les conditions de référence à respecter pour des faisceaux de photons d’énergie de 40-300 kV. Dépendamment de l’objectif de la mesure, deux méthodes peuvent être suivies. Si l’on désire faire la mesure de la dose à la surface d’un fantôme d’eau, on utilisera la méthode de calcul dans l’air tandis que si l’on désire faire la mesure de la dose à une profondeur quelconque (>2 cm) dans l’eau, on utilisera plutôt la méthode de calcul en fantôme.
I. Méthode dans l’air
Le calcul de dose se fait toujours à partir de la charge mesurée par la chambre indiquée par l’électromètre, corrigée pour les mêmes effets qu’à haute énergie (recombinaison ionique, polarisation et étalonnage de l’électromètre, pression et température). La dose dans l’eau à la surface du fantôme se calcule comme suit :
Dw,z=0= M × NK× Beau× Ptige,air× µen ρ
eau air
air
La charge M corrigée, multipliée par NK donne le kerma dans l’air au point de mesure, dans des conditions d’équilibre électronique et considérant qu’il n’y a aucune contamination en élec- trons du faisceau primaire. NK est alors défini comme le facteur d’étalonnage de la chambre basé sur le kerma dans l’air. Beau est le facteur prenant en compte la contribution du rétrodif- fusé par le fantôme d’eau (qui n’est pas présent dans la mesure dans l’air mais qui l’est dans les conditions pour lesquelles on veut trouver la dose). La correction pour les variations dans le diffusé des photons entre la calibration dans les laboratoires nationaux et la mesure dues à la tige de la chambre à ionisation est représentée par le facteur Ptige,air. Ce facteur est déterminé à l’aide d’une chambre dont la valeur de Ptige,air est connue et de mesures faites avec cette chambre et la chambre au facteur inconnu dans le champ de référence et le champ pour lequel on veut calculer la dose. Finalement, le ratio des coefficients massiques d’absorption permet de faire la conversion entre la dose dans l’air et la dose dans l’eau (la composante du rétrodiffusé étant tenue en compte par Beau). Le rapport provient de la moyenne des coefficients sur tout le spectre incident de photons dans l’air.
II. Méthode dans un fantôme
Pour calculer la dose à une profondeur quelconque dans un fantôme d’eau, il faut d’abord déterminer la dose de référence à 2 cm :
Dw,z=2= M × NK× PQ,chambre× Pgaine µen ρ eau air eau
avec un champ carré de 10 x 10 cm2 et à une DSP de 100 cm. PQ,chambcorrige pour la variation de la réponse de la chambre due au déplacement de l’eau par celle-ci et pour la présence de la tige. Pgaine est présente selon si une gaine imperméable est utilisée pour faire la mesure.
L’absorption et la diffusion des photons par cette gaine sont alors prises en compte par ce facteur. Les autres facteurs demeurent identiques à ceux de la méthode dans l’air.