4.4 D´ ependance en ´ energie
5.2.2 Rendements en profondeur
Les rendements en profondeur permettent d’´evaluer l’´evolution de la dose avec la profon- deur dans un milieu homog`ene. Il ont ´et´e mesur´es avec DosiRat puis compar´es aux rende- ments de r´ef´erence mesur´es avec la PTW 30013 au chapitre 3. Les variations de spectres ont ´et´e simul´ees pour chaque conditions d’irradiation et chaque profondeur de mesure, afin de calculer les F CE.
5.2.2.1 Mat´eriel et m´ethodes
Les param`etres des faisceaux ´etaient les mˆemes que ceux des rendements de r´ef´erence soit deux collimateurs diff´erents (10 × 10 cm2 et 4 × 4 cm2) et 6 qualit´es de faisceau : 80, 120 et
225 kV avec soit le filtre en cuivre soit le filtre en aluminium. La distance source d´etecteur ´etait de 30,7 cm et DosiRat a ´et´e centr´e `a l’isocentre avant le remplissage de la cuve, `a l’aide des lasers de positionnement. La cuve a ensuite ´et´e remplie afin de faire co¨ıncider la surface de l’eau avec l’isocentre, correspondant `a la profondeur z = 0 cm. Des mesures de dose ont ensuite ´et´e r´ealis´ees `a des profondeurs allant de 0 cm `a 10 cm. Conform´ement au protocole TRS-398, la profondeur de r´ef´erence pour la normalisation des rendements en profondeurs ´etait de z= 2 cm. Ce point de mesure correspond ici `a l’´etalonnage en dose de DosiRat, pr´esent´e pr´ec´edemment dans ce chapitre (§ 5.1). La figure 5.2.3 montre une mesure effectu´ee en profondeur dans la mini-cuve `a eau `a l’aide de DosiRat.
Figure 5.2.3 : Photo de DosiRat `a z= 1 cm de profondeur dans la mini-cuve `a eau avec le collimateur 10 × 10 cm2.
Figure 5.2.4 : G´eom´etrie de simulation des spectres en ´energie dans des volumes d’eau aux profondeurs de mesure des rendements en pro- fondeur.
5.2 Dosim´etrie relative
5.2.2.2 Simulation des facteurs correctifs
Pour tenir des comptes des ´eventuelles modifications spectrales avec la profondeur et la taille de champ, des facteurs F CE sp´ecifiques ont ´et´e calcul´es. La configuration des mesures a ´et´e reproduite dans GATE, en ajoutant un fantˆome d’eau de 30 × 30 × 20 cm3 `a l’isocentre
de la g´eom´etrie de l’irradiateur, pr´esent´ee sur la figure 5.2.4. Une simulation a ´et´e effectu´ee pour chaque qualit´e de faisceau et chaque collimateur utilis´e. Des volumes d’eau ins´er´es aux profondeurs de mesures ont permis d’enregistrer les spectres de photons correspondants. Leur volume de 2 × 2 × 0,1 cm3 est comparable `a celui de la fibre scintillante, tout en permettant d’obtenir une statistique convenable.
Chaque spectre permet de calculer NDeau(Φ) par qualit´e de faisceau, taille de champ et
profondeur. Les conditions de r´ef´erence pour une qualit´e de faisceau sont d´efinies par le champ 10 × 10 cm2 ou 4 × 4 cm2 et la profondeur de 2 cm. Les facteurs F CE permettent
d’obtenir des rendement corrig´es avec l’´equation (5.2.1).
5.2.2.3 R´esultats et discussion
La figure 5.2.5 montre dans sa partie gauche les rendements mesur´es avec DosiRat avec et sans correction des modifications spectrales. Seules certaines qualit´es de faisceaux ont ´et´e repr´esent´ees. Elles sont repr´esentatives du reste des situations ´etudi´ees et des conclusions tir´ees. Les rendements de r´ef´erence mesur´es avec la PTW 30013 sont ´egalement repr´esent´es ainsi que ceux issus des simulations Monte Carlo (chapitre 3). Les ´ecarts des mesures de DosiRat avec et sans correction par rapport `a la chambre d’ionisation (CI) ont ´et´e calcul´ees. Sur la partie droite de cette figure, les spectres en ´energie correspondant `a trois profondeurs dans l’eau sont ´egalement repr´esent´es, pour la qualit´e de faisceau du rendement mesur´e.
Le tableau 5.2.3 donne ´egalement les ´ecarts maximaux entre les rendements avec et sans prise en compte des F CE et ceux mesur´es avec la chambre, pour tous les cas de figure. Ils permettent d’identifier les conditions d’irradiation o`u la modification de spectre induit un biais significatif sur les mesures.
L’interpr´etation de ces r´esultats se divise en trois tendances, refl´etant la comp´etition entre l’augmentation du diffus´e qui diminue l’´energie moyenne du faisceau et le durcissement de faisceau, qui l’augmente.
Faisceaux filtr´es au cuivre - champ 10 × 10 cm2 - en haut sur la figure 5.2.5 Les
rendements mesur´es avec DosiRat `a 120 et 80 kV pr´esentent un bon accord avec la dose dans l’eau, les ´ecarts moyens avec la chambre d’ionisation sont de l’ordre de 2 % quelle que soit la profondeur. En revanche, `a 225 kV, le spectre est davantage modifi´e par la plus grande probabilit´e d’interaction par diffusion Compton, combin´ee `a l’important volume irradi´e par le champ 10 × 10 cm2. En cons´equence, la proportion de photons de basse ´energie dans le
spectre augmente significativement. Dans cette configuration, cet effet n’est pas compens´e par le durcissement de faisceau. Les mesures en profondeur sont alors sous-estim´ees par DosiRat.
Apr`es prise en compte de ces modifications spectrales, les mesures sont correctement cor- rig´ees. Ce cas de figure est n´eanmoins le plus ´eloign´e des conditions d’irradiation pr´eclinique, mais utile aux mesures de r´ef´erence servant entre autre `a mod´eliser l’irradiateur dans SmART-Plan.
Faisceaux filtr´es au cuivre - champ 4 × 4 cm2 - au milieu sur la figure 5.2.5 Pour toutes
les qualit´es de faisceau filtr´ees au cuivre combin´ees `a la collimation 4 × 4 cm2, la mesure de DosiRat est en bon accord avec celle de la chambre et ne n´ecessite pas de correction, les modifications spectrales ´etant n´egligeable. A 225 kV, ce cas de figure est le plus proche des irradiations pr´ecliniques et constitue la r´ef´erence choisie pour ´etalonner DosiRat en dose dans l’eau (§ 5.1). Nous verrons un peu plus loin dans ce chapitre l’importance cependant de corriger le facteur d’´etalonnage ´etabli dans la cuve `a eau pour se rapporter aux dimensions du petit animal, `a l’aide du mini-fantˆome.
Filtration aluminium - en bas sur la figure 5.2.5 Ce cas de figure concerne princi- palement les acquisitions d’imagerie. Ces faisceaux, moins filtr´es que ceux au cuivre, contiennent des photons de basses ´energies allant jusque 15 keV. Les rendements mesur´es avec DosiRat surestiment la dose au del`a de la profondeur de r´ef´erence, quelle que soit la qualit´e de faisceau et la collimation. Les ´ecarts importants (10 %) par rapport `
a la mesure de la chambre d’ionisation sont caus´es par l’augmentation de l’´energie moyenne avec la profondeur, provoqu´ee par le durcissement de faisceau. Ici encore, les modifications spectrales sont correctement prises en compte par les facteurs correctifs F CE.
Lessardet al [79] ont observ´e le mˆeme ph´enom`ene lorsqu’ils ont mesur´e des rendements en profondeur `a 80 et 100 kV dans l’eau avec leur dosim`etre `a fibre scintillante et les ont compar´es `a des rendements mesur´es avec des films Gafchromic EBT2. Les ´ecarts dˆus au durcissement de faisceau ont ainsi ´et´e corrig´es de la non ´equivalence eau du polystyr`ene `a partir de rapport de coefficients d’att´enuation massiques entre l’eau et le polystyr`ene. En revanche, la pr´esence de quenching de la scintillation a ´et´e consid´er´ee n´egligeable dans leur travaux.
En conclusion, la dosim´etrie relative a mis en ´evidence l’impact de la d´ependance en ´energie sur les mesures, essentiellement issue de la non ´equivalence `a l’eau du dosim`etre `a fibre scintillante. Cet effet est correctement corrig´e par les facteurs correctifs de l’´etalonnage mais n´ecessitent une parfaite connaissance des faisceaux. N´eanmoins, la d´ependance est significative pour les acquisitions d’imagerie et les grands champs d’irradiation. Pour les conditions d’irradiation pr´ecliniques, d´efinies par le faisceau de 225 kV, 0,3 mm de Cu et une collimation inf´erieure `a 4 × 4 cm2, aucune correction n’est n´ecessaire, si le facteur d’´etalonnage est d´etermin´e avec pertinence, dans des conditions proches de celles des me- sures.