MODELISATION PAR METHODES MONTE CARLO DE L’ ESPACE DES PHASES D’ UN FAISCEAU DE PHOTONS EN RADIOTHERAPIE Chamberlain Francis DJOUMESSI ZAMO Chamberlain Francis DJOUMESSI ZAMO Master 2 Physique Médicale 2006 Centre de Lutte Contre le Cancer Léon-Bérard (LYON) Jean Noël BADEL - Physicien médical et doctorant Nathalie DUFOUR - Doctorante en physique médicale David SARRUT - Maître de Conférence en Informatique Chantal GINESTET - Responsable Unité de physique Médicale

PLAN I - LE CENTRE Léon-Bérard II - LE GROUPE DE RECHERCHE RAYONNEMENTS IMAGES ET ONCOLOGIE III - POSITION DU SUJET IV - MATERIELS ET METHODES V - RESULTATS VI - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

LE CENTRE LEON- BERARD Membre de la Fédération Nationale des Centres pour la Lutte Contre le Cancer (FNCLCC) Les armes thérapeutiques: - la chirurgie - la chirurgie - la chimiothérapie - la chimiothérapie - la radiothérapie - la radiothérapie 2000 patients par an En radiothérapie externe: - 5 accélérateurs (+5 imageurs portal) - 5 accélérateurs (+5 imageurs portal) - 1 scanner dédié - 1 scanner dédié - un cone beam - un cone beam Plusieurs équipes de recherche

LE GROUPE DE RECHERCHE : RAYONNEMENTS, IMAGES ET ONCOLOGIE Les thématiques de recherche : Les thématiques de recherche : Le poumon Le poumon Recalage déformable Recalage déformable Dosimétrie 4D Dosimétrie 4D Les simulations Monte Carlo Les simulations Monte Carlo GEANT 4 Simulation d’irradiation réelle en radiothérapie Simulation d’irradiation réelle en radiothérapie Etude du dépôt de dose en hadronthérapie Etude du dépôt de dose en hadronthérapieMCNPX Dosimétrie par imagerie portale numérique Dosimétrie par imagerie portale numérique

PROBLEMATIQUE Détermination de la dose transmise en radiothérapie à partir de l’imageur portal I View GT d’ ELEKTA par méthodes Monte Carlo Plaque de cuivre Matrice de silicium amorphe Imageur portal ELEKTA

POSITION DU SUJET Etat actuel dans les simulations Monte Carlo : - -Définition d’un point source présentant une distribution cônique - Utilisation du spectre énergétique des photons obtenu lors de la modélisation du faisceau pour le TPS But recherché : Obtenir l’espace des phases du faisceau incident - L’énergie - La position - La direction Objectif : Simulation par le code MCNPX de la tête de l’accélérateur linéaire SL15 d’ELEKTA

MATERIELS ET METHODES Le code MCNP : Monte Carlo N- Particles (MCNPX Version 2.5f) Le fichier d’entrée: La définition de la géométrie La description des matériaux La spécification de la source de particules La physique L’information recherchée (les tally) Le fichier de sortie Le fichier de sortie

LA TETE DE L’ACCELERATEUR L’accélérateur linéaire SL-15 ELEKTA (cas du 6 MV, photons) Plan d’extraction de l’espace des phases faisceau d’électrons cible collimateur primaire cône égalisateur

LE FICHIER D’ ENTREE DANS MCNPX 1 – La géométrie du monde: - l’univers de la simulation - la cible - la cible - le collimateur primaire - le collimateur primaire - le cône égalisateur - le cône égalisateur 2- Les matériaux conforme aux données constructeur (ELEKTA) conforme aux données constructeur (ELEKTA) 3 – La source primaire : - Electrons (le nombre) - Electrons (le nombre) - distribution gaussienne en énergie (centrée en 6.5 MeV, FWHM = 0.5 MeV) - distribution gaussienne en énergie (centrée en 6.5 MeV, FWHM = 0.5 MeV) - source surfacique circulaire de rayon 1 mm de distribution spatiale uniforme - source surfacique circulaire de rayon 1 mm de distribution spatiale uniforme 4- La physique : - collisions électroniques - collisions électroniques - le rayonnement de freinage - le rayonnement de freinage - l’annihilation - l’annihilation - l’effet Compton - l’effet Compton - la diffusion élastique - la diffusion élastique - l’effet photoélectrique - l’effet photoélectrique - la création de paires - la création de paires - la fluorescence - la fluorescence

Informations en sortie : le tally - Une fluence énergétique de photons en MeV.cm -2 -La distribution angulaire des photons (normalisées par particules sources) On utilise : -Un détecteur point radiographique de surface plane qui admet les contributions directe et diffusée des photons -Des grilles de détection : 2 mm x 2 mm -Une énergie discrétisée par pas de 250 eV entre 0 et 7 MeV

Les fichiers de sortie Le fichier de sortie : MCTAL -La moyenne de l’estimateur de la variable souhaitée -L’erreur relative (elle doit être <0,05 pour les détecteurs plans radiographiques) -La pente du calcul -La variance de la variance -La figure de mérite (FOM)

Le fichier de sortie

RESULTATS Modélisation de la géométrie par MCNPX: Le cône égalisateur dans le plan yz La cible dans le plan yz La tête de l’accélérateur dans le plan yz

RESULTATS Distributions énergétiques des photons après la cible et le collimateur primaire pour différents angles d’émission. Probabilité Energie (MeV) Probabilité Energie (MeV) 0°-5° 5°-10° 10°-15° 15°-20° 0°-5° 5°-10° 10°-15°

RESULTATS spectre de la fluence énergétique en sortie du cône égalisateur Distribution 3D de la fluence énergétique Probabilité Position X (cm) Position Y (cm) Position X (cm) Probabilité

CONCLUSION Ce qui a été fait Ce qui a été faitSimulation: Faisceau d’électrons Cible Collimateur primaire Cône égalisateur Modélisation de la physique et Représentation de l’espace des phases Obtention des courbes de fluence énergétique Ce qui reste à faire - Modélisation du collimateur secondaire et MLC Mesures expérimentales et validation des résultats

-Continuer l’étude sur la réduction de la variance -Optimiser le temps de calcul - Transposer ce travail sous GEANT4 PERSPECTIVES