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Sébastien Siméon Radiophysicien
Dosimétrie in-vivo en radiothérapie
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Qu’est-ce les mesures in-vivo en radiothérapie ?
En radiothérapie, la dosimétrie in-vivo consiste à réaliser des mesures de
doses pendant le traitement d’un patient.
• sur / dans le patient
• avec le patient
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Objectifs
– Pour chaque patient :
» vérifier l’adéquation entre la dose délivrée et la dose prescrite => détecter et corriger les erreurs systématiques entre la préparation et la 1ère séance de traitement
» mesurer des doses en des points d’intérêt (OAR : pacemaker, gonades, cristallins…), Contrôle de la dose délivrée à un OAR par rapport au calcul, aux contraintes
– Pour une technique particulière d’irradiation ou dans unservice : évaluer la qualité globale des doses délivrées (« audit interne »)
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Pourquoi des mesures in-vivo ?
o Précision de 5% souhaitable,variation de 10% au volumecible peut modifier de façonsignificative le contrôle localde la tumeur ou taux decomplication
o Pouvoir garantir précision de5% sachant que l’”Erreur esthumaine” (1à 3%)
o Programme assurance qualité
o Recommandations SFPH –SFRO
o ICRP Publication 86
o Accréditation –Certification(HAS)
o Législation
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Législation
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Circulaire Sécurisation de la pratique de la radiothérapie externe du 11 juin 2007 : « Recommandation souhaitée le plus promptement possible »
Critères Inca opposable depuis Mai 2011
!! Problèmes pour les faisceaux modulés en intensité !!
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Mesures in-vivo
Mesures in-vivo = L’unique solution pour vérifier la dosedélivrée au patient, mesure in-fine sur le patient
Recommandée pour l’amélioration de la qualité destraitements
– En l'absence d'erreurs les mesures de routine in vivo, permettent deconfirmer que le traitement est correctement délivré (conditionsd'acceptation du centre).
– Permet la détection de plusieurs types d’erreurs
Utilité prouvée, Mesures in-vivo auraient éviter quelquesaccidents de radiothérapie
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Plan
Introduction
Les différentes philosophies des mesures in-vivo
Quelle mesure pour quel contrôle ?
Mise en route des mesures in-vivo dans un service
Détermination de la dose à mi-épaisseur
Aspects pratiques
Conclusion
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Les différentes philosophies des mesures in-vivo
1. Contrôle de qualité de l'irradiation pour chaque patient : détection
d’erreur
o But détecter les erreurs systématiques provenant de l’étape de
préparation
• Première séance pour chaque champ et à chaque
changement d'un des paramètres
• Impératif avec système de contrôle de paramètres
• Lecture immédiate : patient en place
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Sources d'incertitudes :
- Acquisition des données patient (contours, hétérogénéités)
- Dosimétrie des faisceaux d'irradiation
- Calcul de la répartition de dose
- Transfert des données (transcription,...)
- Mise en place du patient
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o But détecter les erreurs aléatoires au cours des séances
(reproductibilité) erreurs de mise en place
- ~1000 paramètres géométriques et dosimétriques à mettre
en place sur un poste par jour
- Mesure à chaque séance
- Irréaliste à l'heure actuelle
Les différentes philosophies des mesures in-vivo
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2. Evaluation de la qualité globale d’une technique de traitement
Mesures répétées selon un protocole
- sur un nombre limité de patients (éventuellement tous les jours)
- sur un plus grand nombre de patients sur une plus grande
période
But : détection d'erreurs sytématiques liées à la technique
Les différentes philosophies des mesures in-vivo
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Résultats
été 2007Réalité Objectif
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3. Mesures de dose dans des situations où le calcul est imprécis ou
les conditions de traitement différentes du calcul prévisionnel
ICT “Monitorage” [ Bonvalet 96 ]
Per-opératoires [Puel 96 ]
Dose en dehors du champ d’irradiation
Présence d’hétérogénéité
Dose surface cutanée
Cas d’un Stimulteur cardiaque implantable AFFSAPS Le stimulateur doit
être protégé de l'irradiation et ne doit en aucun cas recevoir une dose cumulée supérieure à 5 Gy.
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4. Evaluation de la qualité de la dose délivrée dans un département :
sur une période donnée, en continu
Par mesure sur tous les patients, éviter erreur systématique pour
tous les patients
- Données physiques (coefficients de transmission, coins,
porte-caches,..., rendement en profondeur, RTA, RTM)
- Logiciel de calcul de la distribution de dose, du nbre d'UM
- Calibration du faisceau, erreur de calcul, choix d'un mauvais
coefficient
Les différentes philosophies des mesures in-vivo
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Quelle mesure pour quel contrôle ?
Idéal : placer un dosimètre directement au point de spécification
de la dose (volume cible)
Réalité : RAREMENT POSSIBLE
En routine : “Techniquement Réalisable“
o mesure de la dose à l’entrée
o mesure de la dose à la sortie
o mesures de doses internes, intracavitaires
o ou par calcul à partir des doses mesurées à l’entrée et
sortie
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1. Dose ponctuelle à l'entrée du patient (mesure)
Détecteur placé sur ou en dehors de l'axe du faisceau
o Fonction :
- des caractéristiques du faisceau émis par la machine
- du positionnement du patient
- de la présence des accessoires interposés dans le faisceau
o Contrôle :
- Temps d'irradiation / nombre d'UM
- Coin
- Caches
- Valeur UM
- Mise en place patient (DSP)
- Dimensions du champ
Quelle mesure pour quel contrôle ?
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2. Dose ponctuelle à la sortie du patient (mesure)
o Détecteur placé sur ou en dehors de l'axe du faisceau
Fonction :
- Paramètres agissant sur l'entrée
- Anatomie du patient :
épaisseur, hétérogénéités des tissus traversés
o Contrôle :
- Epaisseur
- Prise en compte des hétérogénéités
- Couplée à la dose d’entrée => calcul dose au volume cible
Quelle mesure pour quel contrôle ?
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3. Dose transmise (mesure)
Ne pas confondre avec la dosimétrie
portale réalisée sans patient qui est utilisée pour
la vérification des faisceaux
o Matrice de dose transmise (systèmes d'imagerie temps réel)
=> Dose sur l’axe
Distribution de dose
Profil de dose mesuré
Quelle mesure pour quel contrôle ?
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4. Dose interne (cavités naturelles) (mesure)
o Dose au volume cible
o Dose aux organes à risque
Quelle mesure pour quel contrôle ?
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5. Dose au point de spécification et comparaison à la dose
prescrite (calcul)
Contrôle :
1. Erreurs de dosimétrie
2. Erreurs de mise en place du patient
3. Variation de la réponse du moniteur de l'accélérateur
Quelle mesure pour quel contrôle ?
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1. Définition de la stratégie et des modalités de mise en oeuvre
Quels objectifs ?
Mesure de dose / estimation de la dose / contrôle absence d’erreur
Mesure pour tous les faisceaux Photons / électrons / IMRT /
arcthérapie / minifaisceaux ?
Notion de techniquement mesurable
Photons
Electrons
Mise en route des mesures in-vivo dans un service
Photons
Electrons
Juin 2011
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– Quelle précision souhaitée ?
– Précision de 5% souhaitable, variation de 10% au volume ciblepeut modifier de façon significative le contrôle local de latumeur ou taux de complication
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
– Quelle technologie, quels détecteurs utiliser pour les faisceauxPhotons / électrons / IMRT ?
Diodes / Mosfet / Thermoluminescence / autre
Comment gérer les différentes énergies ?
– Quels contrôles ?
Dose d’entrée
Dose de sortie
Mesure à l’isocentre
Calcul de la dose à l’isocentre à partir
des doses d’entrée et sortie mesurées
=> La plus simple : dose d'entrée
Isocentre
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– Comment intégrer les mesures in-vivo dans l’organisation existante ?
– Quelle procédure, quelle méthodologie associer?
– Quels moyens matériels et humains ? Qui fait les mesures en routineet recueille les résultats ?
» Mesure par les physiciens
» Mesure dose d’entrée en temps réel, validation par les manipulateurs
» Mesures des doses d’entrée en temps réel par manipulateurs et calcul de la dose à l’isocentre en différé par un dosimétriste ou physicien.
– Quelles responsabilités entre manipulateurs, physiciens, médecins ?Qui interprète les résultats ?
…
– Plusieurs procédures peuvent être utilisées dans un même service =>toujours un compromis
Mise en route des mesures in-vivo dans un service
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– Quel seuil d’acceptation des résultats ? Quel seuild’intervention et pour quelles actions ? Que faire des résultats endehors des tolérances ?
– Comment et où sont enregistrés les résultats ? Existe-t-il unlogiciel associé aux dosimètres ? Logiciel commercialisé, logicielmaison ? Résultats dans le dossier informatisé du patient ?
Gauducheau,
Nantes
IGR, Villejuif
Mise en route des mesures in-vivo dans un service
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
2. Quels dosimètres ?
Dosimètres thermoluminescents
Lecture différée
- Equipement :
*Lecteur : manuel, automatique 45 à 75 K €
*Four, balance,
*Dosimètres 10 à 15 € le dosimètre
- Travail :
* mise en route, calibration, formation, interprétation des résultats
* calibration périodique, régénération, mesures, lectures
- Consommables : fluides, dosimètres,...
Pastilles thermoluminescentes
Lecteur automatique
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2. Quels dosimètres ?
Dosimètres OSL (luminescence stimulée optiquement)
Lecture différée
Matériau : le plus courant Oxyde d’aluminium dopé
au carbone (Al2O3 :C)
Forme : pastilles
Avantage par rapport à la thermoluminescence :
signal non perdu après lecture
Etude en cours : réalisation de détecteurs 2D
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
2. Quels dosimètres ?
Diodes / mosfet
- Equipement par machine de traitement :
*Diodes, mosfet 750 € la diode
*Electronique 4500 €
- Travail :
* mise en route, calibration initiale, formation, interprétation
des résultats
* calibration périodique, mesures, lectures
- Consommables : diodes,...
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DIODE
Mesure en un point (axe de chaque faisceau)
– A lecture immédiate / temps réel
» Diodes semi-conducteur
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Type de diodes
Possibilité de rajouter un « bolus » pour obtenir le point
de mesure à la profondeur z max de l’énergie
Haute énergie (23MV, 25MV)
Moyenne énergie (10MV,15MV)
Basse énergie (4MV, 6MV)
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Mesure en un point
– A lecture immédiate après lafin d’irradiation
» Détecteur Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field effect Transistor)
Système
BEST MEDICAL CANADA (BMC)
Technologie récente
Moins de facteurs de
variation que les diodes mais
à renouveler plus
fréquemment que les diodes
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Système One Dose Sicel Technologies
Détecteur Mosfet à usage unique, livrés calibrés
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Détecteur Mosfet implantable
Int.J.radiation Oncology Biol Phys Vol69, N°3, P925-935
DVS Sicel Technologies, Inc, Morrisville, NC)
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
2. Quels dosimètres ?
Système d'imagerie de contrôle temps réel
- Equipement par machine de traitement :
*Imageur 240 K € Silicium amorphe
*Logiciel de calcul de la dose à partir de la matrice de
l'image 50 K €
- Travail :
* mise en route, calibration initiale, formation, interprétation
des résultats
* préparation des fichiers, calibration périodique, mesures,
analyse, comparaison avec calcul
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3. Quels types de mesure?
o Mesures systématiques ( 400 Patients / an / machine )
- Matériels : moniteurs de dose, diodes
Amortissement 5 ans (1 système/appareil de traitement) 3 €
- Consommables (diodes) : 2 par an 4 €
- Personnels : manipulateurs, technicien, physicien : 1h 25 €
Coût par patient : 32 € / Coût d’un traitement : 2200 €
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o Mesures particulières (RTL) : 200 Mesures par an
- Matériels : lecteur RTL 9 €
Amortissement 10 ans
- Consommables (dosimètres) 1 €
- Personnels : 1h 25 €
Coût par traitement : 35 €
3. Quels types de mesure?
Mesures in vivo < 2% coût du traitement
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4. Tests des dosimètres
- Déterminer, analyser et vérifier les performances des dosimètres
en fonction des paramètres susceptibles de les influer, dans des
conditions les plus proches de leur utilisation
- Définir leurs limites, les précautions à prendre
Précision des mesures
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4.1. Calibration des diodes : relier le signal du détecteur à la dose dans
des conditions de référence
Etalonnage des diodes de telle sorte que placée à la surface d’un fantome, en
équilibre électronique, elles indiquent la valeur de la dose d'entrée mesurée
par la chambre d'ionisation placée à la profondeur du maximum.
* e max (bolus si capuchon insuffisant)
* Réglage des diodes pour avoir
directement l’affichage de la dose
d’entrée ( e max) : la lecture 100
correspondra alors à 100 cGy.
DSP 100 Chp 10*10
e max
Chambre
Diode
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4.2. Diodes : Réponse des diodes lors d’irradiation postérieure
Après calibration des diodes, pour utilisation des diodes en
sortie de faisceau
DSP 100
e
0.9 < Fcor < 1.1 e max (bolus si capuchon insuffisant)
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4.3. Diodes : Réponse des diodes en présence d’un coin physique
ou intégré
( Lcoin / coefficient de transmission ) / L
Exemples Coin physique Coin dynamique
X6 0.945 1
X10 1 1
X25 1 1
L Lcoin
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4.4. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la taille de champ
EFFET DE LA TAILLE DE CHAMP
0,94
0,96
0,98
1
1,02
1,04
1,06
0 10 20 30 40
Dimensions (cm)
X 6 MV,
X 10 MV, EDP 10
X25 MV, EDP 20
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4.5. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la distance
source-diode
DSDiode
EFFET DE LA DSP SUR LA REPONSE
DES DIODES EDP20
0,99
1
1,01
70 90 110 130 150
DSP (cm)
X 6 MV
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4.6. Diodes : Réponse des diodes en fonction de l’obliquité du
faisceau
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4.7. Diodes : Réponse des diodes en fonction du débit de dose
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4.8. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la dose
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• Température ambiante
- t° salle : 22° à 25°C : conditions d’ étalonnage,
diode sur contention (masque), diode sur table de traitement
- t° peau patient : 32°C après 4 minutes (en pratique
28°C pris en compte supposant une durée de présence de la diodeau contact de la peau du patient de 1 à 2 minutes (Grusell andRikner-1993)
Correction : 0,3% / °C *
* Données Institut Gustave Roussy, Villejuif
4.9. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la température
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Mise en route des mesures in-vivo dans un service
4.9. Diodes : Influence des diodes sur les profils de dose
=> Mesures quotidiennes exclues
-10
10
30
50
70
90
110
-100 -50 0 50 100
Profil à 50 mm sans
diode
Profil à 50 mm avec
diode
X6 MV
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Effet des diodes sur un profil de dose X25 MV
-10
10
30
50
70
90
110
-100 -50 0 50 100
Profil à 50 mm
sans diode
Profil à 50 mm
avec diode
Profil à 50 mm
avec diode et
bolus
=> Mesures quotidiennes exclues
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D 1 / 2
D S M
D E M
e
e / 2
e / 2
e m a x
D S P
D S T
e m a x
DTM (D12 )ii1
n
coincal CCFCDSMDEMD 2/21
Détermination la dose à mi-épaisseur
[NOEL 95]
Méthodologie : Reconstitution de la dose à mi-
épaisseur (D1/2) sur l'axe du faisceau en
multipliant la moyenne des doses d'entrée et de
sortie corrigées * par un facteur de correction
(FC) #
*Corrigées des paramètres susceptibles
d'affecter la réponse des détecteurs utilisés :
coin, température, débit de dose
# Fonction de l’énergie du faisceau, dimensions
du champ, distance de traitement, épaisseur du
patient
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)²( maxDSPcal
eDSPcalFCcal
* Facteur Ccal : facteur introduit pour prendre en compte
les conditions de calibration (diode placée à la peau, dose
à la profondeur emax ) :
* DEM : Dose d'entrée mesurée corrigée des facteurs
coin, taille de champ
* DSM est la dose de sortie mesurée corrigée du facteur de
réponse de la diode pour une irradiation postérieure, du
facteur coin et de la taille du champ
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Définition de la procédure associée aux mesures :
Exemple des mesures in vivo
- Mesures de la dose, recherche d’erreur systématique de manière
systématique pour tous les faisceaux photons à la première séance et à
chaque changement d’une des caractéristiques d’un faisceau.
- Validation de la dose si l’écart entre la dose mesurée et la dose calculée
est inférieur à ± 5%. Différents niveaux d’actions.
Aspects pratiques
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Mesures in vivo
Aspects pratiques
1er niveau : - déclenché par les manipulatrices d’après affichage
direct des diodes en dose d ’entrée
- vérification que l ’écart entre la dose d’entrée
mesurée et la dose calculée est inférieur à 10%
si écart supérieur : contrôle de tous les paramètres,
recherche immédiate d ’une éventuelle erreur
commise dans la phase de réalisation du
traitement. Appel éventuel d ’un physicien.
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Mesures in vivo
Aspects pratiques
2eme niveau : - réalisé par les physiciens
- reconstitution de la dose au point de spécification
* si 5% < écart < 10%, mesures in vivo
demandé le lendemain
* si écart > 10%, étude approfondie du dossier
(dosimétrie, calcul du temps de traitement) +
mesures in vivo le lendemain + présence du
physicien
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Saisie des données dans le dossier informatisé
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Mesures in vivo [Noel 95]:
- Etude réalisée sur 5 ans, 7519 patients
-79 erreurs ont été détectées (écart ≥ 5 %), dont plus de la
moitié aurait entraîné une variation sur la dose délivrée
supérieure à 10 %.
- Erreur entre la dose réalisée et la dose prescrite est
inférieure à 5% dans 91.3% des cas, compris entre 5% et 10%
dans 8% des cas et 3/4 des seconds contrôles reviennent
dans la fourchette des ±5%.
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EXEMPLES
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Au poste de traitement :
Lat g : De mes : 118 Ds mes : 83
Lat d : De mes : 122 Ds mes : 82
Exemple : ORL 2 faisceaux latéraux X6
De calculée par le logiciel de calcul
de dose : 120 cGy
Epaisseur : 12 cm
E=12 cm
COEFFICIENTS DE CORRECTION
X25 X10 X6 60Co
ISO DSP ISO DSP ISO DSP ISO DSP
5
8
12
16
20
24
30
35
40
1,020
1,045
1,045
1,045
1,013
0,970
0,906
0,852
0,779
1,020
1,045
1,045
1,045
1,035
0,999
0,945
0,900
0,855
1,030
1,030
1,030
1,020
0,964
0,921
0,857
0,803
0,750
1,030
1,030
1,030
1,020
0,989
0,950
0,893
0,845
0,797
1,040
1,040
1,020
0,997
0,945
0,893
0,815
0,750
0,685
1,040
1,040
1,020
1,020
0,972
0,924
0,852
0,792
0,732
1,029
1,029
1,025
0,944
0,862
0,781
0,658
1,029
1,029
1,026
0,953
0,880
0,808
0,699
Coefficient de correction Fc : 1.02
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Coefficient de correction Fc : 1.02
Lat g : De mes : 118 Ds mes : 83
Lat d : De mes : 122 Ds mes : 82
Correction irradiation diode en post X6 : 0.915Fcal = (100+1.4)2 / 100 2 = 1.028
Exemple : ORL 2 faisceaux latéraux X6
D1/2 = [(DEM + DSMCor)/2] x FC x Fcal
=>>Dlatg = [(118 + 83*0.915)/2] x 1.02 * 1.028 =101.7 cGy
Dlat = [(122 + 82*0.915)/2] x 1.02* 1.028 =103.3 cGy
Dose totale mesurée =205 cGy
Prescription médicale = 200 cGy D = +2.5%
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CONCLUSIONS
Pendant très longtemps, malgré recommandations SFPH / SFRO (Mesures
systématiques à la première ou deuxième séance), peu de mesures in vivo
(à part techniques particulières ICT,..) ou ICRP Publication 86
Enquête CNAM de 1999 (178 centres sur 179 enquêtés), moins de 10% des
centres pratiquent la dosimétrie in-vivo,
pour 90% des centres (98% des patients, soit plus de 150.000 patients par
an ?) dose distribuée non connue car non mesurée
Pourquoi ? Coût, travail, "à priori" sur ce type de mesures, choix
d'investissement plus prestigieux, Mise en place en routine clinique
souvent considérée comme difficile, « volonté » des physiciens de mesurer
la dose délivrée plutôt que de vérifier l’absence d’erreur…
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Puis il y a eu la législation …et l’obligation
– Circulaire Sécurisation de la pratique de la radiothérapie
externe du 11 juin 2007 : « Recommandation souhaitée le plus
promptement possible »
– 1 des 18 Critères Inca opposables depuis Mai 2011