Situation du problème 128

En 2004, une étude de faisabilité a montré qu’il était possible de fabriquer des gels MAGIC radioactifs en incorporant dans le gel, une source non scellée d’iode 131 [56]. Mis à part la validation de cette méthode, son application à l’yttrium 90 a également révélé une réponse des gels en IRM reproductible et croissante en fonction de la dose absorbée [93]. Cependant, la détermination du facteur S nécessaire pour calculer la dose absorbée a fait l’objet de

simplifications concernant la géométrie et la nature des fantômes, imposées par les limitations du logiciel MIRDOSE [36]. Ainsi, à la place des tubes de verre remplis de gel radioactif, les étalons ont été représentés par des sphères d’eau sans paroi. L’utilisation d’un tel modèle soulève quatre points de discussion :

⇒ Bien qu’il s’agisse de volumes identiques, la forme différente du modèle par rapport aux étalons expérimentaux va à l’encontre des recommandations énoncées par le comité MIRD [19], stipulant que la forme et les dimensions des modèles théoriques utilisés pour le calcul du facteur S doivent être conformes aux caractéristiques du dispositif expérimental ;

⇒ Généralement, des récipients en verre sont privilégiés pour conditionner le gel à cause de leur imperméabilité à l’air ambiant, limitant ainsi les risques d’inhibition de la polymérisation par l’oxygène. Négliger la présence de ce matériau conduit à considérer le gel comme un milieu isolé dans l’air. Pourtant, le verre a une masse volumique 2.103 fois supérieure à celle de l’air (Tableau V. 1). De ce fait, la densité électronique de ce matériau est plus grande ce qui favorise davantage les interactions rayonnement-matière (§ II.2.1), même à faible épaisseur. D’autre part, le parcours de la particule du spectre β- de 90Y d’énergie la plus élevée (2,28 MeV, annexe 1) est estimé par PENELOPE à environ 1,14 cm. Dès lors, on comprend qu’en fonction du lieu d’émission et de l’énergie cinétique de l’électron primaire, deux situations peuvent se présenter : la première est celle où toute l’énergie de particule est absorbée dans son milieu d’émission qu’est le gel (situation 1, Figure V.1) ; la seconde est celle où le parcours de la particule excède la distance qui sépare son lieu d’émission de la limite spatiale du gel (verre). Dans ce dernier cas, plusieurs cas de figures peuvent être

observés : des électrons secondaires ayant traversé l’interface gel-verre pourront déposer une partie de leur énergie à l’extérieur du gel (situations 2 et 3, Figure V. 1). Par ailleurs, la création de photons de fluorescence et la rétrodiffusion des électrons favorisée aux basses énergies pourraient faire que certaines de ces particules secondaires ayant atteint le verre, et même l’air, soient à nouveau redirigées vers le gel, compte tenu de l’épaisseur millimétrique du matériau (situations 4 et 5, Figure V. 1). L’ensemble de ces processus d’interaction supplémentaires, générés par la présence d’une interface gel-verre ignorée dans le modèle théorique réalisé à partir du logiciel MIRDOSE, devrait donc modifier la dose absorbée dans les fantômes expérimentaux de gel.

Figure V. 1 : Représentation des interfaces de milieux existants dans un fantôme de gel radioactif. Comparaison avec le modèle réalisé à partir du logiciel MIRDOSE.

Elément atomique B C N O Na Al Si Ar K ρ (g.cm-3) Z 5 6 7 8 11 13 14 18 19 Verre (pyrex) 4,01.10 -2 - - 5,40.10-1 2,82.10-2 1,16.10-2 3,77.10-1 3,2.10-3 2,23 Fractions _ma ssique s Air 1,24.10-4 7,55.10-1 2,32.10-1 1,28.10-2 1,20.10-3

Tableau V. 1 : Fractions massiques et masse volumique du verre et de l’air.

Les compositions de ces milieux sont extraites des données du code PENELOPE [117].

⇒ La composition du gel MAGIC ne pouvant pas être prise en compte avec le logiciel MIRDOSE, le gel a été substitué par de l’eau, en se basant sur les études d’équivalence de milieu réalisées pour la radiothérapie externe [84] [179]. Or, suite aux conclusions du chapitre IV établies pour des sources radioactives telles l’yttrium 90, assimiler le gel à de l’eau conduit à une surestimation du facteur S d’environ +

5,5% pour des volumes sphériques de rayon égal ou supérieur à 0,8 cm (Tableau IV. 9) ;

⇒ En outre, la substitution du gel MAGIC par l’eau pose un ultime problème : celui de négliger les variations de masse volumique du gel au cours de l’irradiation. En effet, les doses absorbées dans les fantômes ont été calculées en émettant l’hypothèse d’une masse volumique de gel constante, identique à celle d’un gel non irradié (1,06 g.cm-3 [185]). Seulement, comme nous l’avons évoqué dans le chapitre I (§ I.2.3.3), il a été prouvé que la masse volumique des gels de polymères augmentait proportionnellement à la dose absorbée [105]. Cette variation constitue d’ailleurs la base de la révélation de la dose absorbée par scanner RX. Ainsi, à partir de mesures effectuées à l’aide d’un pycnomètre à gaz, Mather et al. [195] montrèrent que la masse volumique du gel MAGIC irradié par un faisceau de Cobalt 60 augmentait d’environ 0,01 g.cm-3 entre 0 et 50 Gy. Cette augmentation a été confirmée par Hilts et al. [196] qui relevèrent une fluctuation de masse volumique deux fois plus rapide pour le gel de PAG que pour le gel MAGIC. Or, l’absorption de l’énergie déposée suite aux interactions dépend de la masse volumique du milieu traversé. Cette dernière constitue donc un paramètre qui influence la dose absorbée. Contrairement aux expériences de Mather et al. [195] et de Hilts et al. [196], au cours desquelles la masse volumique n’évolue plus une fois l’irradiation terminée, l’irradiation des gels par 90Y induit une élévation progressive de la masse volumique du gel qui dure plusieurs jours. Puisque celle-ci est fonction de la durée d’irradiation, le facteur S relatif à ces fantômes ne devrait plus être une constante mais, une fonction dépendante du temps. Même s’il était possible de prendre en compte la composition chimique du gel MAGIC avec MIRDOSE, cette variation de masse volumique au cours du temps n’aurait pas pu être intégrée dans les calculs de dose absorbée car les caractéristiques (masse volumique, fractions massiques des atomes) des milieux proposés dans le logiciel sont des données de base préétablies qui ne peuvent pas être modifiées.

L’imprécision de la valeur du _{facteur S donnée par le logiciel MIRDOSE, en considérant} l’ensemble de ces approximations et de ces hypothèses, nous a amenés à remettre en question l’exactitude du calcul de la dose absorbée effectué lors de cette précédente étude [93]. Ces calculs servent à établir la courbe d’étalonnage de la réponse des gels en fonction de la dose qu’ils ont reçue. L’ampleur de l’incertitude associée à ce calcul a été estimée en prenant en compte successivement chacun des quatre facteurs évoqués précédemment. Par ailleurs, les conséquences de ces erreurs sur la courbe d’étalonnage des gels MAGIC ont été analysées.