simulations monte carlo pour la dosimétrie en radiothérapie synchrotron

simulations Monte Carlo pour la dosimétrie en radiothérapie synchrotron

étudiants en thèse: C. Boudou, J.F. Adam, M.C. Biston, A. Joubert J. Balosso, A.M. Charvet, H. Elleaume, F. Estève, N. Foray, J.F. Le Bas

Rayonnement Synchrotron et Recherche Médicale

European Synchrotron Radiation Facility

vendredi 5

décembre 2003

05/12/2003- simulations Monte Carlo pour la dosimétrie

tumeurs cérébrales

épidémiologie : – 10 cas/100 000 personnes/an– 65% sont des gliomes

tumeurs de haut grade: mauvais pronostic6 moins d’éspérance de vie dans 50% des cas

radiothérapie (MeV)– 50 Gy dans la zone tumorale

(fractions)– limitation: tolérance des tissus

sains


dose élevée dans la zone ciblée effet balistique => faisceau ajusté à la

tumeur + rotation

Tomothérapie: domaine des keV

1992: principe proposé par [Solberg, Norman]1999: 8 patients traités par tomothérapie [Rose,

Norman]


Tomothérapie …

augmentation du dépôt de dose ⇛ iode

renforcée par effet photoélectrique

symbiose irradiation + chimio ⇛ platine

Photo ActivationTherapy PAT

facteur d'augmentation de dose DEF

solution d'iode à 10 mg/mlseuil K

)(

)().(

eau

eauiodesolDEF

en

enen


RS tomothérapie

Tomothérapie par injection d’iode15Gy @ tumeursurvie augmentée de 160%

Photoactivation du cis-platine15Gy @ tumeursurvie augmentée de 680%

résultats préliminaires in vivo


Rayonnement Synchrotron

E keV

intensité normalisée

105

1

RS

0 100

tube RX

faisceau monochromatique

ESRF

anneau de stockage

synchrotron

LINAC


Rayonnement Synchrotron

imagerie=> mesure absolue de

l'atténuation des tissus

radiothérapie => énergie optimale

facteur d'augmentation de dose DEF

solution d'iode à 10 mg/mlseuil K

faisceau monochromatique


RS tomothérapie

essais pre-cliniques petit animal planification de traitement => dosimétrie

problème de la dosimétrie 3D

simulations

dosimètre chimique pour les tissus équivalents eau


interactions → dose

photo-électron

électron Auger

photoélectrique

fluorescence

hν0

hν0

hν'

électron Compton

Compton

diffusé

DOSE = énergie déposée unité

de masse

RS


1° : approche déterministeatténuation du rayonnement primaire

pas de rayonnement diffusé

pas d’émission secondaire

atténuation du rayonnement au point de calcul

énergie absorbée au point de calcul

enxGyDose att )exp(][ 0

image tomo: image des μatt

image de la dose


2°: approche statistique

interactions sections efficaces

angle de diffusion, perte d’E

MCNP "échantillonne" :

méthode Monte Carlo

énergie déposée / masse voxel = dose absorbée

+ Σ E entrant- Σ E sortant= énergie déposée

photon incident Ei

photon de fluorescence: Ef

voxel photon diffusé Ed


MCNP pour la dosimétrie

MCNP1° cartographie

de la dose

segmentation des images tomographiques :

⇨ géométrie voxellisée

configuration source

2° planification de traitement

coupes CT

♦ énergie

♦ nb incidences

♦ taille du faisceau et COR


carte de dose

carte des incertitudes statistiques

énergie déposée en MeV

calcul MCNP 1

0

80*80 pixels 350 μm 78,8 keV s=0,1*1cm²

dose : Gy/photon incident

conversion en Gray*1,6e-13 / massevox


déterministe/MC

monte carlo déterministetransport de dose par le rayonnement diffusé et la fluorescence

utilité de la méthode Monte Carlo !

irradiation tomo @ 50keV faisceau = 1*0,1 cm² 45*45 pixels, 700

µm

en présence d’iode

1

0


dosimétrie de Fricke

irradiation RX ⇒ modification chimique du gel (Fe2+ → Fe3+ )

visualisation : Imagrie par Résonance Magnétique ⇒ relaxation (1/T1) proportionnelle à la dose reçue

RS

Fricke gelpseudo-tumor

RS

Fricke gelpseudo-tumor

géométrie: gel dans un “fantôme”: cylindre en

plastique de 10cmØ


dosimétrie de Fricke

⇒ validation des résultats de simulation

1

0

paramètres d’irradiation : énergie: 78,8 keV faisceau: 1*0,1cm²

IRM

MC

∗ gel de Fricke□ simulation


dosimétrie MC pour les irradiations en tomothérapie avec le RS

comparaison avec les traitements conventionnels

optimisation des calculs, tables actualisées...

autres codes (EGSnrc, PENELOPE…)

critères d’irradiation optimale

... planification de traitement

conclusion & perspectives


augmentation de dose

acquisition tomo 50 keV (5 cGy/coupe)

90*90 pixels, 350 μm

avant injection après injection d'iode

après-avant = [I]

1

0

irradiation tomo @ 50keV faisceau = 1*0,1 cm² 45*45 pixels, 700 µm

600000 histoires

avec iodesans iode

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