detecteurs pour les mesures dosimetriques en 1d, 2d …

DETECTEURS POUR LES DETECTEURS POUR LES

MESURES MESURES

DOSIMETRIQUES EN 1D, DOSIMETRIQUES EN 1D,

2D ET 3D2D ET 3D

Pr. Mounir BESBESPr. Mounir BESBES

IntroductionIntroduction

�� AAQ est un composant essentiel des Q est un composant essentiel des services de radiothérapie services de radiothérapie oncologiqueoncologique

�� Un besoin pressant de délivrer Un besoin pressant de délivrer

11/09/201211/09/2012 M. BESBES ISAM. BESBES ISA 22

�� Un besoin pressant de délivrer Un besoin pressant de délivrer une dose précise a été bien établiune dose précise a été bien établi

�� Les équipements et les techniques Les équipements et les techniques modernes demandent des modernes demandent des systèmes de dosimétrie très systèmes de dosimétrie très sophistiquéssophistiqués

Besoins pour la dosimétrieBesoins pour la dosimétrie

�� La radiothérapie moderneLa radiothérapie moderne inclue:inclue:–– L’utilisation des MLC et des L’utilisation des MLC et des faisceaux and nonfaisceaux and non--coplanairescoplanaires

–– les traitements conformationelsles traitements conformationels


–– les traitements conformationelsles traitements conformationels–– IMRT, SRS/SRTIMRT, SRS/SRT–– BrachytherapyBrachytherapy

!Plusieurs dosimétres sont inadequates!Plusieurs dosimétres sont inadequates

Procedures d’AQ exigeantProcedures d’AQ exigeant

des Systèmes de dosimétriedes Systèmes de dosimétrie

�� Calibration des faisceaux externesCalibration des faisceaux externes�� Vérification de la planification des Vérification de la planification des faisceaux externesfaisceaux externes

�� Vérification de la dose délivréeVérification de la dose délivrée


�� Vérification de la dose délivréeVérification de la dose délivrée�� Vérification de la position du patient Vérification de la position du patient au cours du traitementau cours du traitement

�� Brachytherapy (LDR, HDR, IVBT)Brachytherapy (LDR, HDR, IVBT)�� Procédures d’imagerieProcédures d’imagerie

Caractéristiques des dosimètresCaractéristiques des dosimètres

�� Équivalent tissueÉquivalent tissue�� Linéarité de la réponse en fonction Linéarité de la réponse en fonction de la dose de la dose

�� Independent du débit de dose & de Independent du débit de dose & de la modalitéla modalité


la modalitéla modalité�� Le contenu du volume conforme au Le contenu du volume conforme au paroiparoi

�� Lecture instantanée, stable durant Lecture instantanée, stable durant l’intégration de la dose, analysis, and l’intégration de la dose, analysis, and possibly shippingpossibly shipping

Types de dosimètresTypes de dosimètres

�� Dosimètre PointDosimètre Point�� Détecteurs plansDétecteurs plans


�� Détecteurs plansDétecteurs plans�� Détecteurs volumiquesDétecteurs volumiques

Dosimètre pointDosimètre point

�� MOSFET DétecteursMOSFET Détecteurs�� Diamond DétecteursDiamond Détecteurs

�� Diodes, Chambers d’ionisationDiodes, Chambers d’ionisationPlastic ScintillateursPlastic Scintillateurs


�� Plastic ScintillateursPlastic Scintillateurs

MOSFET DétecteursMOSFET Détecteurs



�� Caractéristiques:Caractéristiques:–– 0.04 mm2 taille du détecteur0.04 mm2 taille du détecteur–– Independent du débit de dose, Independent du débit de dose, de l’energie & de la modalité, de l’energie & de la modalité,


de l’energie & de la modalité, de l’energie & de la modalité, linéaire, pas de perturbationlinéaire, pas de perturbation

–– Reproductibilité 0.4% (1Reproductibilité 0.4% (1!!))–– Réponse anisotropiqueRéponse anisotropique• • Thomson & Nielsen Electronics, Thomson & Nielsen Electronics, Ltd.Ltd.


�� Caractéristiques (cont):Caractéristiques (cont):�� Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:�� It is a silicon chip 1 mm square (active area 0.2 mm x 0.2mm !) It is a silicon chip 1 mm square (active area 0.2 mm x 0.2mm !) which is located below the black epoxy bulb. which is located below the black epoxy bulb. �� TheThe MOSFET dosimeter is sensitive to radiation and one of its MOSFET dosimeter is sensitive to radiation and one of its

electricalelectricalproperties (“threshold voltage”) is permanently changed by the properties (“threshold voltage”) is permanently changed by the

absorptionabsorption


properties (“threshold voltage”) is permanently changed by the properties (“threshold voltage”) is permanently changed by the absorptionabsorption

of radiation. The parameter that is a function of absorbed dose is aof radiation. The parameter that is a function of absorbed dose is avoltage. voltage. �� The threshold voltage is measured by the Reader by passing aThe threshold voltage is measured by the Reader by passing acurrent down the cable to the MOSFET dosimeter chip and measuring current down the cable to the MOSFET dosimeter chip and measuring

andandrecording this voltage on the chip. This voltage increases with recording this voltage on the chip. This voltage increases with

increase inincrease inabsorbed dose. The Bias Supply provides a constant bias voltage on absorbed dose. The Bias Supply provides a constant bias voltage on

thetheMOSFET during irradiation.MOSFET during irradiation.

Modes opérationellesModes opérationelles

�� IT IS AN ADDITIVE DOSEMETER (in voltage)IT IS AN ADDITIVE DOSEMETER (in voltage)

�� A. The standard Bias Supply (TNA. The standard Bias Supply (TN--RDRD--20) is used at doses 20) is used at doses > 100 cGy.> 100 cGy. For many beam measurements of 200 cGy or For many beam measurements of 200 cGy or TBIs at 500 cGy thisTBIs at 500 cGy this is the Bias Supply of choice.is the Bias Supply of choice.

�� Calibration only onceCalibration only once before you use the dosimeters. before you use the dosimeters. ReRe--


�� Calibration only onceCalibration only once before you use the dosimeters. before you use the dosimeters. ReRe--calibraticalibration on halfway through the life of the dosimeters.halfway through the life of the dosimeters.

�� TThe life of the dosimeters?he life of the dosimeters? : +/: +/--20,000 mV.20,000 mV.

�� If If the goal isthe goal is to measure the dose at Dmaxto measure the dose at Dmax (TBI (TBI conditions)conditions), then you should add the, then you should add the appropriate buildappropriate build--up up (e.g. 1.5 cm of bolus for 6 MV photons) to the(e.g. 1.5 cm of bolus for 6 MV photons) to thedosimeters.dosimeters.

AvantagesAvantages

�� Small sizeSmall size:: Active region of 0.2 x 0.2 mmActive region of 0.2 x 0.2 mm

�� Same MOSFET dosimeter is useful for both photon and Same MOSFET dosimeter is useful for both photon and electroelectron n modalities of LINACs. One dosimeter/ calibration modalities of LINACs. One dosimeter/ calibration factor for all photonfactor for all photon & & electron modalitieselectron modalities

�� There are no dose rate or temperature effects.There are no dose rate or temperature effects.


�� There are no dose rate or temperature effects.There are no dose rate or temperature effects.

�� No angular dependenceNo angular dependence ( ( ±±2% for 3602% for 360°°))

�� DoseDose--rate and temperature independentrate and temperature independent

�� Only one Reader is required to measure up to four bias Only one Reader is required to measure up to four bias supplies and upsupplies and up to twenty dosimeters. One Reader can to twenty dosimeters. One Reader can easily serve four treatmenteasily serve four treatment rooms at once.rooms at once.

MOSFET AnisotropieMOSFET Anisotropie


LinéaritéLinéarité


Résolution spatialeRésolution spatiale


Diamond DétecteursDiamond Détecteurs

�� Détecteur solide, similaire au diodeDétecteur solide, similaire au diode�� Petit volume, ~2 mm3, résolution Petit volume, ~2 mm3, résolution spatiale élevéespatiale élevée


spatiale élevéespatiale élevée�� Proche de l’éProche de l’équivalentquivalent--eau, pas comme eau, pas comme le diodele diode

�� Dépendance aux débits de dose, Dépendance aux débits de dose, principalement au rendement en principalement au rendement en profondeurprofondeur

Chambres de micro ionisationChambres de micro ionisation

Exradin model 1


Exradin model 1

! petit Volume

– 0.05 cm3

– Valable pour SRS,

IMRT,

brachytherapy

Chambres microChambres micro--ionisation [cont.]ionisation [cont.]

Exradin

model 14P

volume 0.002 cm3


volume 0.002 cm3

Exradin

model 16

volume 0.007 cm3

Détecteurs avec petit volumeDétecteurs avec petit volume

�� Effets de la polarité:Effets de la polarité:–– Plusieurs rapports donnentPlusieurs rapports donnent:: Ppol = Ppol = 0.980.98IIonisation imprévisibleonisation imprévisible


�� IIonisation imprévisibleonisation imprévisible�� Correction de la recombinaison:Correction de la recombinaison:–– RapportsRapports anecdotiquesanecdotiques

�� Effets de l’ouverture du collimateur:Effets de l’ouverture du collimateur:–– Dépendance du volume sur la dose Dépendance du volume sur la dose en profondeur et sur le FOCen profondeur et sur le FOC

Plastique ScintillateurPlastique Scintillateur

�� Plusieurs plastiques Plusieurs plastiques scintillateurs organiques utilisés scintillateurs organiques utilisés dans le domaine des dans le domaine des rayonnements ionisantsrayonnements ionisants


rayonnements ionisantsrayonnements ionisants�� Équivalent tissu aux hautes Équivalent tissu aux hautes énergiesénergies

�� Utilisé de façon similaire que les Utilisé de façon similaire que les diodes et les diamondsdiodes et les diamonds

AlanineAlanine

�� Dosimètre chimique (acide amino alanine) Dosimètre chimique (acide amino alanine) en forme de baguettes (pellets), pastilles en forme de baguettes (pellets), pastilles (rods), sous forme de film(rods), sous forme de film

�� Ils sont habituellement encapsulés avant Ils sont habituellement encapsulés avant utilisationutilisation

�� Dosimètre additif Dosimètre additif


�� Dosimètre additif Dosimètre additif �� Irradiation provoque la création des Irradiation provoque la création des

radicaux libres ( électrons non appariés) radicaux libres ( électrons non appariés) proportionnels à la dose absorbéeproportionnels à la dose absorbée

�� Détermination est faite par Résonance Spin Détermination est faite par Résonance Spin Électron (RSE)(ESRÉlectron (RSE)(ESR))

EPREPR

�� C’est une lecture non destructiveC’est une lecture non destructivedu spectre de l’EPR du spectre de l’EPR

�� C’est la première dérivation du spectre C’est la première dérivation du spectre d’absorption paramagnétique des d’absorption paramagnétique des électrons: entre différents niveaux électrons: entre différents niveaux d’énergie sous l’application d’une d’énergie sous l’application d’une


d’énergie sous l’application d’une d’énergie sous l’application d’une fréquence à micro onde en présence d’un fréquence à micro onde en présence d’un champ magnétiquechamp magnétique

�� Le spectromètre EPR mesure l’amplitude Le spectromètre EPR mesure l’amplitude de la ligne central du spectre des radicaux de la ligne central du spectre des radicaux libres dans le champ magnétiquelibres dans le champ magnétique

�� La magnitude est proportionnelle à la La magnitude est proportionnelle à la dose absorbée et la masse du dosimètredose absorbée et la masse du dosimètre

Réponse % DoseRéponse % Dose

Dose :


Dose :

2 Gy à 105 Gy

Avantages: AlanineAvantages: Alanine

�� Réponse linéaire en fonction de la Réponse linéaire en fonction de la dose entre 5Gy et 2kGy; dose entre 5Gy et 2kGy;

�� Absence de dépendance de l’énergie Absence de dépendance de l’énergie et du débit de dose sur la réponse; et du débit de dose sur la réponse;

�� Équivalent eau sur toute la gamme Équivalent eau sur toute la gamme


�� Équivalent eau sur toute la gamme Équivalent eau sur toute la gamme d’énergie; d’énergie;

�� Taille petite; Taille petite; �� Absence de perte d’information( Absence de perte d’information(

fading) sur plusieurs années fading) sur plusieurs années �� Lecture non destructive ..Lecture non destructive ..

Détecteurs plansDétecteurs plans

�� Plastic scintillateurPlastic scintillateur�� Détecteur arraysDétecteur arraysFilmFilm


�� FilmFilm�� TLD sheets(feuilles) et plates TLD sheets(feuilles) et plates (pastilles)(pastilles)

�� Imagerie portaleImagerie portale

Plastic ScintillateursPlastic Scintillateurs

�� Lumière collectée à travers le Lumière collectée à travers le photomultiplicateur puis au photomultiplicateur puis au détecteur videodétecteur video


détecteur videodétecteur video�� Résolution spatiale limitéeRésolution spatiale limitée�� Utilisé pour augmenter la Utilisé pour augmenter la réponse du film radiographique réponse du film radiographique et réduire la dépendance à et réduire la dépendance à l’énergiel’énergie

Détecteur ArraysDétecteur Arrays

– Linear arrays for rapid

measurements of


measurements of

beam profile

– Array can be moved for

planar data

Sun Nuclear Corp.

Film radio chromiqueFilm radio chromique

! Requires no processing


! Requires no processing

! Little energy dependence

! No dose rate dependence

! Easy handling

Film Phantom for IMRTFilm Phantom for IMRT

• • MedMed--Tec CorpTec Corp


Electronic Portal ImagingElectronic Portal Imaging

Imagerie portaleImagerie portale

�� Vérification immédiate :Vérification immédiate :–– Placement du champPlacement du champ–– Programmation du CMLProgrammation du CML–– Techniques dynamiquesTechniques dynamiques


–– Techniques dynamiquesTechniques dynamiques–– Comparaison avec les images du Comparaison avec les images du simulateur simulateur

Dosimètres volumiquesDosimètres volumiques

�� Gels de FrickeGels de Fricke�� Gels polymèresGels polymères


�� Gels polymèresGels polymères

Performance demandées pour Performance demandées pour

les dosimètres 3Dles dosimètres 3D

�� Habilité d’intégrer la dose absorbée dans un Habilité d’intégrer la dose absorbée dans un milieu équivalentmilieu équivalent--tissutissu

�� Résolution spatiale élevée (à moins de Résolution spatiale élevée (à moins de 1mm)1mm)Réponse linéaire à moins de 5% de précisionRéponse linéaire à moins de 5% de précision


�� Réponse linéaire à moins de 5% de précisionRéponse linéaire à moins de 5% de précision�� Indépendant du débit de dose et de la Indépendant du débit de dose et de la qualité du faisceauqualité du faisceau

�� Indépendant de la doseIndépendant de la dose�� TempsTemps minimum d’acquisition de la minimum d’acquisition de la distribution de la dose en 3 Ddistribution de la dose en 3 D

Fricke Gel DosimètrieFricke Gel Dosimètrie

�� 1984 1984 -- Gore & Schulz observe Gore & Schulz observe ""T1T1et T2 dans une solution de Fricke et T2 dans une solution de Fricke irradiéeirradiéeLes ions ferriques augmentent le Les ions ferriques augmentent le


�� Les ions ferriques augmentent le Les ions ferriques augmentent le comportement paramagnétique de comportement paramagnétique de l’eaul’eau

�� Images T2 de la solution de Fricke Images T2 de la solution de Fricke dans un gel agarosedans un gel agarose montre la montre la distribution de la dosedistribution de la dose

Fricke gel, SRS, single isocenterFricke gel, SRS, single isocenter


Glass rod

Lateral profile comparison Lateral profile comparison --

SRS, single isocenterSRS, single isocenter


Inconvénients du dosimètre de Inconvénients du dosimètre de

FrickeFricke

�� la diffusion des ions à travers le gel décroît la diffusion des ions à travers le gel décroît le signal et la résolution spatialele signal et la résolution spatiale

�� Gel a une conductivité électrique élevée, RF Gel a une conductivité électrique élevée, RF est atténuée facilement provoquant une est atténuée facilement provoquant une


est atténuée facilement provoquant une est atténuée facilement provoquant une déviation d’angledéviation d’angle

�� La distribution de la dose est détectable La distribution de la dose est détectable seulement en RMNseulement en RMN

�� Le dosimètre de Fricke est non sensibleLe dosimètre de Fricke est non sensible

Dosimétrie 3D par Gel Dosimétrie 3D par Gel

Acknowledgements

David Followill, Ph.D.William Hanson, Ph.D.Charles Bloch, Ph.D.

Edward Jackson, Ph.D.Susan Tucker, Ph.D.

Support from the Radiological Physics Center PHS grants CA10953 and CA81647-1 awarded by the NCI, DHHS.

BANG® polymer gelsBANG® polymer gels

�� Composition:Composition:–– 3% N,N’3% N,N’--methylenemethylene--bisbis--acrylamideacrylamide–– 3% acrylic acid3% acrylic acid–– 1% sodium hydroxide1% sodium hydroxide–– 5% gelatin5% gelatin


–– 5% gelatin5% gelatin–– 88% water88% water

• • (Oxygen removed)(Oxygen removed)�� Manufactured in normal atmospheric Manufactured in normal atmospheric conditionsconditions

--CostCost-- Convenience Convenience -- Make it yourself, timeMake it yourself, time

BANG® polymer gelsBANG® polymer gels

�� Gels équivalent tissu sont infusés avec le Gels équivalent tissu sont infusés avec le mixture des monomères acryliquesmixture des monomères acryliques

�� Radiation induit de la polymérisation en Radiation induit de la polymérisation en créant des microparticules polymèrescréant des microparticules polymères


créant des microparticules polymèrescréant des microparticules polymères�� La concentration de ces particules est La concentration de ces particules est proportionnelle à la doseproportionnelle à la dose

�� Les particules sont piégées dans le gelLes particules sont piégées dans le gel�� En développant, une image 3D stable de la En développant, une image 3D stable de la distribution de la dose est obtenuedistribution de la dose est obtenue

Lecture de l’image 3D Lecture de l’image 3D

informationinformation

�� Le débit de relaxation des protons Le débit de relaxation des protons dans l’eau par RMN est proportionnelle dans l’eau par RMN est proportionnelle à la doseà la doseLes particules polymères diffusent une Les particules polymères diffusent une


�� Les particules polymères diffusent une Les particules polymères diffusent une lumière lumière

�� La DO est proportionnelle à la doseLa DO est proportionnelle à la dose�� RMN ou optical CT peuvent être RMN ou optical CT peuvent être utiliser pour développer l’image des utiliser pour développer l’image des distribution dans les gels BANGdistribution dans les gels BANG

Optical Computed TomographyOptical Computed Tomography

OCTOCT


Design des fantômes


Polymer Gel ScanningPolymer Gel Scanning

�� Gels scannés avant irradiationGels scannés avant irradiation�� Gels scannés postGels scannés post--irradiation dans la irradiation dans la

même positionmême position


même positionmême position�� Images pré irradiation images soustraies Images pré irradiation images soustraies

des images postdes images post--irradiationirradiation�� Les différences des valeurs des pixels sont Les différences des valeurs des pixels sont

proportionnelles à la dose délivréeproportionnelles à la dose délivrée

Polymer gel calibrationPolymer gel calibration

Pre-irradiation scan Post-irradiation scan


Subtracted image

Sensitivity and dynamic rangeSensitivity and dynamic range

Low sensitivity, high range

High sensitivity, low range


IMRT Plan EvaluationIMRT Plan Evaluation

�� Phantom imaged with planning insert installedPhantom imaged with planning insert installed

�� PTV1, PTV2, OAR and TLD volumes contouredPTV1, PTV2, OAR and TLD volumes contoured

�� CORVUS treatment planning usedCORVUS treatment planning used

�� 99--field IMRT treatmentfield IMRT treatment


�� 99--field IMRT treatmentfield IMRT treatment

�� 6 MV energy6 MV energy

�� TLD for TP verification (5 times)TLD for TP verification (5 times)

�� 3 Gel inserts treated3 Gel inserts treated

�� 4th gel used for calibration4th gel used for calibration


Plan d’évaluation de l’IMRTPlan d’évaluation de l’IMRT



Plan d’évaluation de l’IMRTPlan d’évaluation de l’IMRT

�� Subtracted ‘raw data’ images converted to doseSubtracted ‘raw data’ images converted to dose

imagesimages

�� Measured dose images compared to TPS dose Measured dose images compared to TPS dose image using DoseLabimage using DoseLab


image using DoseLabimage using DoseLab

�� Profile comparisons and planar comparisonProfile comparisons and planar comparison

performedperformed

–– Absolute comparison using 10% dose / 5 m DTAAbsolute comparison using 10% dose / 5 m DTA

–– Relative comparison using 5% dose / 3 mm DTARelative comparison using 5% dose / 3 mm DTA

Plan VerificationPlan Verification

Treatment plan validated using TLDTreatment plan validated using TLD


Measured/Measured/�� Location Measured[Gy] Calculated[Gy] PredictedLocation Measured[Gy] Calculated[Gy] Predicted

�� PTV1 sup 8.06PTV1 sup 8.06±±0.7% 7.88 1.0230.7% 7.88 1.023�� PTV1 inf 8.15PTV1 inf 8.15±±1.4% 8.15 1.0001.4% 8.15 1.000�� PTV2 6.33PTV2 6.33±±2.1% 6.25 1.0122.1% 6.25 1.012�� OAR 3.19OAR 3.19±±1.1% 3.40 0.9371.1% 3.40 0.937

Reproductibilité du GelReproductibilité du Gel


Reproductibilité du scanneur OCTReproductibilité du scanneur OCT

Difference in Pixel Value300

400


500

600

700

800

900

200-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50Off-Axis Distance [mm]

detecteurs pour les mesures dosimetriques en 1d, 2d …

Documents