cartographie des faisceaux de radiothÉrapie par scintillateur plastique et camÉra ccd
DESCRIPTION
CENTRE FRANÇOIS BACLESSE. CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE 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). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/1.jpg)
(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)
![Page 2: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/2.jpg)
2Accélérateur linéaire Vue éclatée de la tête d’irradiation
La radiothérapie
Traitement des tumeurs cancéreuses par faisceaux de photons ou électrons haute énergie
![Page 3: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/3.jpg)
3
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
![Page 4: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/4.jpg)
4
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...
![Page 5: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/5.jpg)
5
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
![Page 6: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Contourage des volumes d’intérêt
Coupe transverse (image scanner RX)
vessievessie
rectumrectum
Volume à irradier Volume à irradier (prostate)(prostate)
![Page 7: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Balistique
Calcul de la dose
Balistique - calcul de la dose
![Page 8: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/8.jpg)
8
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
![Page 9: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/9.jpg)
9
source
ELECTRONSELECTRONS
Caractéristiques des faisceaux : grandeurs de base
Profondeur(cm)
0
20
Surface d’entrée
4 MeV 10 MeV
![Page 10: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Caractéristiques des faisceaux : matériel de mesure
Cuve à eau Chambre d ’ionisation
![Page 11: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/11.jpg)
11
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– …
![Page 12: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/12.jpg)
12
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.
![Page 13: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/13.jpg)
13
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
![Page 14: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/14.jpg)
14
• 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
![Page 15: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/15.jpg)
15
• 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
![Page 16: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/16.jpg)
16
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
![Page 17: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Détecteur 3D
25 cm25 c
m
Cubes de polystyrène transparent
plaque de scintillateur
(vue éclatée)
![Page 18: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Vue de dessus
Détecteur 3D
![Page 19: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Objectif de la caméra + porte-filtres
Détecteur 3D
Porte-filtres
caméra
![Page 20: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Faisceau de photons 15 MV
• Plan transverse
• Données brutes :Scintillation + Cerenkov
Premiers résultats
Brique plombée
source
Dose normalisée
![Page 21: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Faisceau d’électrons 15 MeV
• Plan transverse
• Données brutesScintillation + Cerenkov
Premiers résultats
source
Dose normalisée
![Page 22: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/22.jpg)
22
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
![Page 23: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/23.jpg)
23
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)
![Page 24: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Faisceau de photons 15 MV
• Plan transverse
• Conversion en dose
Données corrigées
source
Dose normalisée
![Page 25: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Faisceau d’électrons 15 MeV
• Plan transverse
• Conversion en dose
Données corrigées
Dose normalisée
source
![Page 26: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Faisceau d’électrons 15 MeV
Même image obtenue avec un film radiologique
Données corrigées
![Page 27: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Motorisation : déplacement du dispositif pour cartographie 3D
Détecteur 3D
![Page 28: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Données corrigées - Faisceau de photons 15 MV
• Plans transverses
• Conversion en dose
Détection 3D
source
![Page 29: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Données corrigées - Faisceau d’électrons 15 MeV
• Plan frontal
• Conversion en dose
Reconstruction – plan frontal
source
Dose normalisée
![Page 30: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Conclusion (1 / 2)
Limitations :
– Rapport S / B faible (scintillateur)
– Phénomènes optiques
– Améliorer le blindage de la caméra (sensibilité au rayonnement diffusé)
![Page 31: CARTOGRAPHIE DES FAISCEAUX DE RADIOTHÉRAPIE PAR SCINTILLATEUR PLASTIQUE ET CAMÉRA CCD](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062721/56813836550346895d9fe4f7/html5/thumbnails/31.jpg)
31
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)