Simulation par méthodes Monte-Carlo de la dosimétrie par imagerie portale numérique dans le cadre du contrôle du traitement en radiothérapie: 1 ére partie: Validation de la relation «dépôt de dose intensité du pixel» et évaluation des paramètres influençant l acquisition des images portales numériques Jean-Noël BADEL 1+3 badel@lyon.fnclcc.fr N. DUFOUR 1, C. GINESTET 1, D. SARRUT 1+4, M. AYADI 1+4, M. SEBBAN 1, V. BOLDEA 1+4, I. MAGNIN 3, C. CARRIE 2 1: Unité de Physique Centre Léon Bérard, 28 rue Laënnec, 69 373 LYON cedex 08 2: Service de radiothérapie Centre Léon Bérard 3: CREATIS 7 av. Jean Chapelle Bât. Blaise Pascal 4 ème étage Domaine de la Doua 4: LIRIS FRE 2672 CNRS/INSA de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1/Université Lumière Lyon Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 1
INTRODUCTION Contexte: Accroissement de la complexité des traitements (RTC, IMRT augmentation des doses) Évolution technique de l équipement Objectifs: Détermination prévisionnelle de la dose portale La comparer avec la dose réelle acquise par l imageur Besoin: Imageur portale numérique Études actuelles: Contrôler le traitement des patients: Position du patient Dose transmise au patient à partir de la dose portale Évaluation des propriétés dosimétriques de l imageur Simulation par méthode Monte Carlo d images portales et de la dose transmise Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 2
Présentation de l imageur portal numérique: Imageur portal d ELEKTA: iview GT Device Composition Plaque de métal Scintillateur Gd 2 O 2 S:Tb (Lanex Fast Scintillator Kodak) Matrice de silicium amorphe (dépôt de matériaux semi-conducteur sur un substrat en verre) Caractéristiques de l image 1024x1024 pixels Taille maximale à l isocentre: 26x26 cm² Distance Source Détecteur =160 cm Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 3
Principe de détection et de lecture Électrons secondaires RX Plaque métallique (Cu, ou Al, ) RX Scintillateur Photons lumineux Matrice de photodiode et de TFT Pixel Data line Gate Drivers Support en verre Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 4
Logiciel pour la visualisation et le traitement des images portales IP de référence IP de contrôle Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 5
Première partie: Évaluation des capacités dosimétriques de l imageur portal numérique Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 6
Caractéristiques dosimétriques de l imageur portal numérique Deux conditions de mesures: A. Mesure avec une chambre d ionisation cylindrique PTW à la même distance que l imageur B. Acquisition d image avec l mageur portal numérique Fantôme en PMMA de 10 cm Position de la mesure avec la chambre d ionisation iview GT ELEKTA Support en PMMA Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 7
A- Mesure de la Dose déposée au niveau de l imageur par la chambre d ionisation: La référence Charge en nc Matériels et méthode: 4,000000 Lecture de la chambre d'ionisation placée au niveau de l'iview en fonction du nombre de UM pour une taille de champ de 10x10 cm² - Faisceau de photons de 6 MV (SL-15 Elekta) - Champ 10x10 cm 2 - Débit de dose: 200 UM.min -1 - Chambre d ionisation cylindrique PTW - Fantôme en plexiglas de 10 cm d épaisseur centré à l isocentre 3,500000 3,000000 2,500000 2,000000 1,500000 1,000000 0,500000 0,000000 y = 0,0234x - 0,0012 R 2 = 1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Nombre de UM DSP=95cm, fantôme 10cm, air gap de 55cm Régression linéaire Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 8
Intensité des niveaux de gris B- Évaluation de la linéarité entre Dose portale et Intensité du pixel Matériels et méthode: - Faisceau de photons de 6 MV (SL-15 Elekta) - Champ 10x10 cm 2 - Débit de dose: 200 UM.min -1 - Fantôme en plexiglas de 10 cm d épaisseur centré à l isocentre - Extraction d une région d intérêt de 100x100 pixels Niveau de gris en fonction du nombre de UM pour une taille de champ de 10x10 cm² 600000,00 500000,00 400000,00 300000,00 200000,00 100000,00 y = 3495,7x - 1238,8 R 2 = 1 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Nombre d' UM DSP=95cm, fantôme de 10cm, air gap de 55cm Régression linéaire La relation entre l intensité du pixel et la dose portale est linéaire Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 9
Comparaison de l évolution des mesures A et B en fonction de la Dose Ecart de 10% iview GT Chambre d ionisation La sensibilité de l imageur augmente avec la Dose Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 10
Deuxième partie: Modélisation du système: source + fantôme + imageur portal Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 11
Intensité Modélisation de l iview GT et simulation d images portales par MCNP X Taille du champ x² Source de photons θ x 10 1 0,1 0,01 Spectre énergétique des photons de 6 MV Emoy = 2,6 MeV 0,125 0,625 1,125 1,625 2,125 2,625 3,125 3,625 4,125 4,625 5,125 5,625 Energie en MeV Fantôme en PMMA Description: Spectre de photons de 6MV Distribution uniforme Émission dans un angle solide θ: tan x DSP 1000 événements/cm² Description: Épaisseur variable Centré à l isocentre Tally de type TIR, Cosine bins, Segment bins iview GT Description: Couches successives de Cu et AL Scintillateur en Gd 2 O 2 S:Tb Couches de mylar Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 12
Modélisation de l iview GT et calcul de la dose déposée par GATE iview GT Définition du système Source de photons Fantôme en PMMA photons électrons Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 13
Troisième partie: Évaluations qualitative et quantitative par manipulations et simulations des facteurs influençant la dose portale Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 14
Évaluation des paramètres influençant l acquisition des images portales: Énergie du faisceau: 6 et 10 MV Épaisseur du fantôme: Taille du champ d irradiation: 5x5, 10x10, 15x15, 20x20 et 25x25 cm² 5, 10, 20 cm Air-gap: 57,5; 55; 50 cm Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 15
iview GT Distribution 3D des probabilités de présence des photons sur le détecteur Pour un champ 10x10 MCNP X Région d intérêt Distribution 2D des probabilités de présence des photons sur le détecteur Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 16
Niveau de gris Energie moyenne en MeV Mode expérimental et méthode Monte-Carlo iview GT MCNP X 250000,00 Niveau de gris moyen en fonction de l'ouverture de champ dans une région d'intérêt centrée à l'axe de 100x100 pixels 50 UM - Energie 6 MV 4 Energie moyenne du spectre en photon atteignant le GADOX calculée par MCNP X en fonction de la taille du champ 200000,00 150000,00 100000,00 y = 2025,4x + 152461 R 2 = 0,949 y = 1891,4x + 116344 R 2 = 0,9952 y = 1712,7x + 65801 R 2 = 0,9963 Air gap 57.5cm, fantôme 5cm Air gap 55cm, fantôme 10cm Air gap 50cm, fantôme 20cm Linéaire (Air gap 57.5cm, fantôme 5cm) Linéaire (Air gap 55cm, fantôme 10cm) Linéaire (Air gap 50cm, fantôme 20cm) 3,5 3 2,5 y = -0,0549x + 3,1873 R 2 = 0,672 y = -0,0947x + 3,6645 R 2 = 0,9063 y = -0,0083x + 2,824 R 2 = 0,1488 Air gap=57,5cm, fantôme=5cm Air gap=55cm, fantôme=10cm Air gap=50cm, fantôme=20cm Linéaire (Air gap=50cm, fantôme=20cm) Linéaire (Air gap=55cm, fantôme=10cm) Linéaire (Air gap=57,5cm, fantôme=5cm) 50000,00 2 0,00 0 5 10 15 20 25 30 Taille de champ carré en cm 1,5 5 10 15 20 25 Taille du champ en cm² Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 17
Niveau de gris Charge en nc Niveau de gris Charge en nc Mesures avec chambre d ionisation vs iview GT sur l influence de l épaisseur du fantôme 5 cm 10 cm iview GT iview GT Chambre d ionisation Chambre d ionisation Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 18
Spectres en énergie des faisceaux de photons atteignant la ROI calculés par MCNP X 5x5cm² vert=10cm, rouge=5cm 20x20cm² vert=10cm, rouge=5cm 10cm vert=20x20cm², rouge=5x5cm² 5cm vert=20x20cm², rouge=5x5cm² Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 19
Conclusion et Perspectives Contrôle de la dose portale: - La relation entre la dose portale et l intensité du pixel est linéaire - Les premières simulations Monte Carlo vérifient les résultats expérimentaux - L évaluation de la dose transmise par simulation doit être menée: - Besoin de voxelliser un examen scanographique - Comparaison avec un autre code Monte Carlo (ex: GEANT 4) Journées des LARD 21 et 22 Octobre 2004 Limoges 20