(1) centre régional françois baclesse, unité de radiophysique - bp 5026 - 14076 caen cedex (2)...
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(1) Centre Régional François BACLESSE, Unité de Radiophysique - BP 5026 - 14076 CAEN cedex(2) Laboratoire de Physique Corpusculaire, ISMRA, bd Maréchal JUIN - 14050 CAEN cedex(3) ELDIM S.A. 1185 rue d’EPRON - 14200 HEROUVILLE SAINT-CLAIR
CENTRE FRANÇOIS BACLESSE
CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR
PLASTIQUE ET CAMÉRA CCDPLASTIQUE ET CAMÉRA CCD
Aurélie ISAMBERT (1), Anne-Marie FRELIN (2), Jean-Marc FONTBONNE(2), Alain BATALLA(1), Thierry LEROUX(3), Anthony VELA(1), Gilles BAN(2),
Karine SEBE(1), Marc LABALME(2)
2Accélérateur linéaire Vue éclatée de la tête d’irradiation
La radiothérapie
Traitement des tumeurs cancéreuses par faisceaux de photons ou électrons haute énergie
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La radiothérapie
Effets biologiques des rayonnements ionisants :
– effet direct : cassure de l’ADN
– effet indirect : radiolyse de l’eau
radicaux libres très réactifs
Capacité de réparation des cellules normales > cellules tumorales
Effet différentiel sur lequel se base la radiothérapie
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La radiothérapie
BUT :BUT :
1.1. Délivrer une dose (énergie par unité de masse) homogène et Délivrer une dose (énergie par unité de masse) homogène et suffisante à la tumeursuffisante à la tumeur
2.2. Protéger les organes à risqueProtéger les organes à risque
• PLANIFICATION individualisée du traitement• Deux types de données nécessaires :
– les données patients (images scanner…)– les caractéristiques du faisceau :
• Dépôt de l’énergie en profondeur,• Profils des dépôts d’énergie,• Facteur de transmission des modificateurs de
faisceaux...
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Image morphologiqueImage morphologiqueTomodensitométrie (scanner RX)Tomodensitométrie (scanner RX)
ImageImage fonctionnellefonctionnellemédecine nucléaire : TEPmédecine nucléaire : TEP
Image morphologique IRMImage morphologique IRMimages M. RICARD, IGR
Données patients : différentes modalités d’imagerie
Précision indispensable sur la délimitation des volumes d’intérêt
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Contourage des volumes d’intérêt
Coupe transverse (image scanner RX)
vessievessie
rectumrectum
Volume à irradier Volume à irradier (prostate)(prostate)
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Balistique
Calcul de la dose
Balistique - calcul de la dose
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Caractéristiques des faisceaux : grandeurs de base
Isodoses du dépôt d’énergie dans le milieu en fonction de l’épaisseur de milieu traversé
PHOTONSPHOTONS
Profondeur (cm)
0
30
6 MV 15 MV
Surface d’entrée
source
9
source
ELECTRONSELECTRONS
Caractéristiques des faisceaux : grandeurs de base
Profondeur(cm)
0
20
Surface d’entrée
4 MeV 10 MeV
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Caractéristiques des faisceaux : matériel de mesure
Cuve à eau Chambre d ’ionisation
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Limitation des systèmes de mesure actuels
Cuve à eau + chambre d’ionisation :
– Difficulté de mise en place– Temps d’acquisition : mesures ponctuelles – Pas d’équivalence eau de la chambre
d’ionisation– …
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But de l’étude
Utiliser les potentialités du scintillateur ponctuel (A-M Frelin) pour faire la cartographie des dépôts d’énergie en 3D :
– acquisition simplifiée des caractéristiques des faisceaux (Contrôle Qualité) ;
– validation de plans de traitement complexes.
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Intérêt des scintillateurs plastiques
• Équivalence à l’eau (# tissus)• Peu de dépendance en énergie (dans la gamme des
hautes énergies)• Intensité de la scintillation proportionnelle au débit de
dose • Lecture directe• Composant passif : ni alimentation ni haute-tension• Insensible aux variations de T° et de pression• Pas de problèmes d’étanchéité• Usinage facile et coût réduit• Robustesse
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• Équivalence à l’eau dégradée dans les basses énergies (variation du coefficient massique d’absorption)
• Sensibilité (rapport signal sur bruit)
• Effet Cerenkov
Cerenkov
Scintillation
Limitations
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1,0
350 400 450 500 550 600 650
Longueur d’onde (nm)
Am
plitu
de d
e la
sc
intil
latio
n
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• Scintillateur plastique + Fibre optique + photodiodesScintillateur plastique + Fibre optique + photodiodes
OUOU• Scintillateur plastique + Fibre optique + caméra CCDScintillateur plastique + Fibre optique + caméra CCD
Principe du détecteur ponctuel
10 mm 10 m2 m
Scintillateur plastique
Connecteur optique
Fibre optique
Photodiodes
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Du détecteur ponctuel à la cartographie 3D
Cubes équivalents tissusCubes équivalents tissus
Caméra Caméra CCDCCD
ScintillateurScintillateuracquisition du dépôt de
acquisition du dépôt de
dose par balayage
dose par balayage
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Détecteur 3D
25 cm25 c
m
Cubes de polystyrène transparent
plaque de scintillateur
(vue éclatée)
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Vue de dessus
Détecteur 3D
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Objectif de la caméra + porte-filtres
Détecteur 3D
Porte-filtres
caméra
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Faisceau de photons 15 MV
• Plan transverse
• Données brutes :Scintillation + Cerenkov
Premiers résultats
Brique plombée
source
Dose normalisée
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Faisceau d’électrons 15 MeV
• Plan transverse
• Données brutesScintillation + Cerenkov
Premiers résultats
source
Dose normalisée
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D = a . B + b . R
Étalonnage (1 / 2)
• Perturbation du signal de scintillation par effet Cerenkov : étalonnage nécessaire pour remonter à la dose
• La quantité de lumière globale est fonction de– la dose déposée
– l’intensité de l’effet Cerenkov
• Relation linéaire entre les 2 composantes du signal et la dose :
a, b = coefficients de linéarité liés aux quantités de lumière dans le bleu (B) et le rouge (R) respectivement
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D = a. B+ b. R
D1 = a . B1 + b. R1
Scintillation + Cerenkov
D2 = a . B2 + b . R2
Cerenkov
Détermination de a et b
Étalonnage (2 / 2)
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Faisceau de photons 15 MV
• Plan transverse
• Conversion en dose
Données corrigées
source
Dose normalisée
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Faisceau d’électrons 15 MeV
• Plan transverse
• Conversion en dose
Données corrigées
Dose normalisée
source
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Faisceau d’électrons 15 MeV
Même image obtenue avec un film radiologique
Données corrigées
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Motorisation : déplacement du dispositif pour cartographie 3D
Détecteur 3D
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Données corrigées - Faisceau de photons 15 MV
• Plans transverses
• Conversion en dose
Détection 3D
source
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Données corrigées - Faisceau d’électrons 15 MeV
• Plan frontal
• Conversion en dose
Reconstruction – plan frontal
source
Dose normalisée
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Conclusion (1 / 2)
Limitations :
– Rapport S / B faible (scintillateur)
– Phénomènes optiques
– Améliorer le blindage de la caméra (sensibilité au rayonnement diffusé)
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Conclusion (2 / 2)
Caractéristiques attendues :
– Résolution spatiale inframillimétrique dans les plans transverses (0,43 x 0,87 mm2)
– Résolution spatiale dans les plans sagittaux et frontaux dépend du nombre de plans de mesure (1 plan tous les mm)
– Temps de mesure : 10 s par plan (mais 1 s par plan est envisageable)
Outils :
– Reconstruction 3D
– Analyse des rendements et des profils
– Comparaison avec le calcul (Système de planification de traitement ; codes de Monte Carlo)