Pr´ ediction de la DP

D’apr`es notre recherche bibliographique, il n’existe actuellement aucun outil fiable permettant de pr´edire de fa¸con pr´ecise le d´epˆot de dose hors-champ. En milieu hospitalier, la pr´ediction de la dose en dehors des champs de traitement n’existe pas, celle-ci n’´etant pas explicitement incluse dans les logiciels de planification du traitement (TPS). Les physiciens m´edicaux sont oblig´es de r´ealiser des mesures sur fantˆomes anthropomorphes ou in vivo pour chaque technique et chaque configuration afin de connaˆıtre les niveaux de DP. En recherche, des mod`eles empiriques de reconstruction et de pr´ediction ont ´et´e d´evelopp´es sans pour autant faire r´ef´erence. Les travaux autour de la simulation MC de la dose hors-champ sont peu nombreux, le champ d’exploration reste encore large. 1.2.3.1 Outils empiriques

Plusieurs mod`eles empiriques de pr´ediction de la dose hors-champ ont ´et´e d´evelopp´es ou sont en cours de d´eveloppement. Ils s’appuient sur des bases de donn´ees exp´erimentales permettant par extrapolation de d´eterminer une cartographie de la dose corps entier. En raison de la complexit´e du d´eveloppement d’un mod`ele de pr´ediction complet, de nombreuses ´etudes se sont focalis´ees sur la pr´ediction de la dose aux organes envi- ronnants pour un type de localisation. L’´equipe de Stovall [Stov 89] en collaboration avec des ´epid´emiologistes a combin´e des mesures sur des fantˆomes d’eau, sur fantˆomes anthropomorphes et des calculs MC pour d´eterminer la dose re¸cue par quatorze organes p´eriph´eriques pour diff´erents protocoles de traitement du cancer de l’ut´erus. Ils ont pu

16 CHAPITRE 1. DOSE P ´ERIPH ´ERIQUE EN RADIOTH ´ERAPIE reconstituer une cartographie de dose de 20 000 patientes trait´ees entre 1916 et 1975. Certes, ce mod`ele n’est plus adapt´e aux machines utilis´ees de nos jours mais il pr´esente un int´erˆet pour le suivi ´epid´emiologique des femmes trait´ees `a cette ´epoque.

L’´equipe de van der Giessen [Gies 01] a d´evelopp´e un logiciel appel´e Peridose cal- culant la dose hors-champ pour diff´erentes qualit´es de faisceau `a partir de mesures au Cobalt 60 [Gies 93] et aux qualit´es de faisceau correspondant `a 6 MV, 10 MV et 23 MV [Gies 94]. La base de donn´ees exp´erimentales prend en compte les champs tangen- tiels et la pr´esence de caches. Le logiciel permet le calcul de la DP par composante (fuite et diffusion du collimateur) ainsi que la contribution par faisceau. Une comparaison avec des mesures donne un rapport moyen entre les mesures et le calcul de 0,92 avec un ´ecart- type de 35% pour l’ensemble des techniques classiques de traitement et, respectivement, de 1,12 et 26% pour des faisceaux tangentiels. L’utilisation du programme est surtout utile dans le cas de traitement de femmes enceintes. On consid`ere que l’erreur moyenne globale des r´esultats obtenus est de 60% sur la dose. Compte tenu de l’incertitude des facteurs ´evaluant le risque de second cancer `a partir de la DP et des niveaux de dose observ´es, l’auteur soutient que cette erreur reste acceptable. Cependant, ce logiciel pr´esente plusieurs limites :

– Les r´esultats ne sont pas fiables dans le cas de traitement non-coplanaires ; – Il n’est pas utilisable pour des traitements par RCMI ;

– Aucune comparaison avec des calculs MC ou un autre logiciel n’a ´et´e faite ; – Il n’est pas applicable aux faisceaux d’´electrons.

Une ´equipe commune `a l’IGR et `a l’INSERM d´eveloppe actuellement un mod`ele exp´erimental [Dial 09]. Cet outil fait appel `a un module comprenant une base de mod`eles de patients `a faire correspondre `a des images tomodensitom´etrique. Les mod`eles anatomiques (enfant, adulte, sexe, ˆage) sont adaptables aux images tomodensitom´etriques par d´eformation et interpolation. Un module multi-sources permet le calcul de la dose dans le mod`ele. Des sources en dehors du faisceau principal ont ´et´e adapt´ees pour une meilleure prise en compte des diff´erentes composantes de diffusion. `A ce jour, aucun r´esultat n’a ´et´e publi´e sur les performances de cet outil de pr´ediction.

1.2.3.2 Outils Monte Carlo

Une des alternatives aux mod`eles empiriques est le d´eveloppement des outils MC. La pr´ecision de ces m´ethodes de calcul n’est plus `a d´emontrer. En contrepartie, elles n´ecessitent un temps de calcul important pour converger.

Il faut attendre l’ann´ee 2006 et les travaux qui font r´ef´erence de Kry [Kry 06] pour obtenir un mod`ele MC complet d’un acc´el´erateur calculant `a la fois la dose photon et neutron en dehors du champ. `A la suite des ´etudes exp´erimentales men´ees sur des acc´el´erateurs de type RCMI, Kry et son ´equipe ont d´evelopp´e des mod`eles MC de calcul de la DP qu’ils ont pu comparer `a leurs mesures. Un acc´el´erateur Varian a ´et´e mod´elis´e aux qualit´es de faisceau correspondant `a 6 MV [Kry 06] et 18 MV [Kry 07] `a l’aide du code MC MCNPX pour trois tailles de champ (4 × 4 cm2, 10 × 10 cm2 et 20 × 20 cm2). Des ´ecarts moyens de 16% sont obtenus entre les mesures et la simulation MC. Les incertitudes statistiques associ´ees aux calculs sont de 3%, 10% et 20% lorsque la dose vaut, respectivement, 1%, 0,1% et 0,001% du maximum de dose. Les niveaux de dose les plus faibles sont obtenus `a 50 cm du bord de champ. L’incertitude sur les mesures est partout ´egale `a 1,9%. ´Etant donn´ees les faibles doses observ´ees et la distance importante

1.2. DOSE P ´ERIPH ´ERIQUE : D ´EFINITION ET ´ETAT DE L’ART 17 au champ, une incertitude statistique autour de 20% est acceptable.

Bednarz et Xu [Bedn 09] ont d´evelopp´e un mod`ele similaire d’un acc´el´erateur Varian et simul´e le d´epˆot de dose dans et en dehors du champ. Leur mod`ele a ´et´e valid´e `a partir des calculs et des mesures de Howell [Howe 05] et de Kry [Kry 07]. Les performances sont relativement similaires `a celles du mod`eles de Kry, ils obtiennent des diff´erences locales moyennes entre les mesures et le mod`ele de 14% et 16%, respectivement pour le 6 MV et le 18 MV pour des incertitudes statistiques (1σ) inf´erieures ou ´egales `a 20%.

Les mod`eles de Kry restent, `a ce jour, les outils MC de pr´ediction les plus avanc´es. Les ´ecarts avec les mesures et les incertitudes statistiques obtenues sont raisonnablement faibles. Cependant, les mod`eles n’ont pas encore ´et´e valid´es sur un fantˆome anthro- pomorphe permettant de tester leur utilisation clinique et les temps de calcul restent importants. Kry ´evoque 900 heures de calcul sur un processeur (soit environ 1 mois et une semaine) pour 400 millions de particules transport´ees pour atteindre les niveaux d’incertitude pr´ec´edents.