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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.

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1 (1) Centre Régional François BACLESSE, Unité de Radiophysique - BP CAEN cedex (2) Laboratoire de Physique Corpusculaire, ISMRA, bd Maréchal JUIN CAEN cedex (3) ELDIM S.A rue dEPRON HEROUVILLE SAINT-CLAIR 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)

2 2 Accélérateur linéaire Vue éclatée de la tête dirradiation La radiothérapie Traitement des tumeurs cancéreuses par faisceaux de photons ou électrons haute énergie

3 3 La radiothérapie Effets biologiques des rayonnements ionisants : – effet direct : cassure de lADN – effet indirect : radiolyse de leau radicaux libres très réactifs Capacité de réparation des cellules normales > cellules tumorales Effet différentiel sur lequel se base la radiothérapie

4 4 La radiothérapie BUT : 1.Délivrer une dose (énergie par unité de masse) homogène et suffisante à la tumeur 2.Protéger les organes à risque PLANIFICATION individualisée du traitement Deux types de données nécessaires : –les données patients (images scanner…) –les caractéristiques du faisceau : Dépôt de lénergie en profondeur, Profils des dépôts dénergie, Facteur de transmission des modificateurs de faisceaux...

5 5 Image morphologique Tomodensitométrie (scanner RX) Imagefonctionnelle Image fonctionnelle médecine nucléaire : TEP Image morphologique IRM images M. RICARD, IGR Données patients : différentes modalités dimagerie Précision indispensable sur la délimitation des volumes dintérêt

6 6 Contourage des volumes dintérêt Coupe transverse (image scanner RX) vessie rectum Volume à irradier (prostate)

7 7 Balistique Calcul de la dose Balistique - calcul de la dose

8 8 Caractéristiques des faisceaux : grandeurs de base Isodoses du dépôt dénergie dans le milieu en fonction de lépaisseur de milieu traversé PHOTONS Profondeur (cm) MV 15 MV Surface dentrée source

9 9 ELECTRONS Caractéristiques des faisceaux : grandeurs de base Profondeur (cm) 0 20 Surface dentrée 4 MeV10 MeV

10 10 Caractéristiques des faisceaux : matériel de mesure Cuve à eau Chambre d ionisation

11 11 Limitation des systèmes de mesure actuels Cuve à eau + chambre dionisation : –Difficulté de mise en place –Temps dacquisition : mesures ponctuelles –Pas déquivalence eau de la chambre dionisation –…

12 12 But de létude Utiliser les potentialités du scintillateur ponctuel (A-M Frelin) pour faire la cartographie des dépôts dénergie en 3D : –acquisition simplifiée des caractéristiques des faisceaux (Contrôle Qualité) ; –validation de plans de traitement complexes.

13 13 Intérêt des scintillateurs plastiques Équivalence à leau (# 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 détanchéité Usinage facile et coût réduit Robustesse

14 14 Équivalence à leau dégradée dans les basses énergies (variation du coefficient massique dabsorption) Sensibilité (rapport signal sur bruit) Effet Cerenkov Cerenkov Scintillation Limitations 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1, Longueur donde (nm) Amplitude de la scintillation

15 15 Scintillateur plastique + Fibre optique + photodiodesScintillateur plastique + Fibre optique + photodiodesOU Scintillateur plastique + Fibre optique + caméra CCDScintillateur plastique + Fibre optique + caméra CCD Principe du détecteur ponctuel 10 mm 10 m 2 m Scintillateur plastique Connecteur optique Fibre optique Photodiodes

16 16 Du détecteur ponctuel à la cartographie 3D Cubes équivalents tissus Caméra CCD Scintillateur acquisition du dépôt de dose par balayage

17 17 Détecteur 3D 25 cm Cubes de polystyrène transparent plaque de scintillateur (vue éclatée)

18 18 Vue de dessus Détecteur 3D

19 19 Objectif de la caméra + porte-filtres Détecteur 3D Porte- filtres caméra

20 20 Faisceau de photons 15 MV Plan transverse Données brutes : Scintillation + Cerenkov Premiers résultats Brique plombée source Dose normalisée

21 21 Faisceau délectrons 15 MeV Plan transverse Données brutes Scintillation + Cerenkov Premiers résultats source Dose normalisée

22 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 – lintensité de leffet 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

23 23 D = a. B+ b. R D 1 = a. B 1 + b. R 1 Scintillation + Cerenkov D 2 = a. B 2 + b. R 2 Cerenkov Détermination de a et b Étalonnage (2 / 2)

24 24 Faisceau de photons 15 MV Plan transverse Conversion en dose Données corrigées source Dose normalisée

25 25 Faisceau délectrons 15 MeV Plan transverse Conversion en dose Données corrigées Dose normalisée source

26 26 Faisceau délectrons 15 MeV Même image obtenue avec un film radiologique Données corrigées

27 27 Motorisation : déplacement du dispositif pour cartographie 3D Détecteur 3D

28 28 Données corrigées - Faisceau de photons 15 MV Plans transverses Conversion en dose Détection 3D source

29 29 Données corrigées - Faisceau délectrons 15 MeV Plan frontal Conversion en dose Reconstruction – plan frontal source Dose normalisée

30 30 Conclusion (1 / 2) Limitations : –Rapport S / B faible (scintillateur) –Phénomènes optiques –Améliorer le blindage de la caméra (sensibilité au rayonnement diffusé)

31 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)


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