Développement de références dosimétriques pour les petits champs dans des faisceaux de photons de haute énergie Présentation du projet et premiers résultats M. LE ROY, L. DE CARLAN, F. DELAUNAY, J. GOURIOU V. LOURENÇO, A. OSTROWSKY, S. SOREL, A. VOUILLAUME J-M. BORDY, S. HACHEM* CEA, LIST, Laboratoire National Henri Becquerel, F-91191 Gif-Sur-Yvette, France * LEO, Université Nice Sophia-Antipolis, Parc Valrose, 06008 Nice, France maiwenn.le-roy@cea.fr
Contexte (1) Radiothérapie conventionnelle Conditions de référence : AIEA TRS-398 et AAPM TG-51 10 x 10 cm² à 100 cm de la source Accélérateur avec cône égalisateur Collimateur multilames RCMI Champs d irradiation de plus en plus petits et irréguliers Tomothérapie Cyberknife Champ : 5 x 10 cm² Diamètre : 6 cm Distance de référence: 85 cm Distance de référence: 80 cm sans cône égalisateur sans cône égalisateur Besoin de nouvelles références dosimétriques 2/26
Contexte (2) Programme européen External Beam Cancer Therapy Initié par les laboratoires de métrologie européens pour 3 ans (2008-2011) 3 axes de recherche sur le traitement des cancers: La Radiothérapie Conformationnelle avec Modulation d Intensité Les ultrasons haute intensité L hadronthérapie Références primaires pour les petits champs Coordination LNHB (+PTB, NPL) Etude de dosimètres secondaires (coordination ENEA) Nouvel indice de qualité des faisceaux adapté aux petits champs (coordination NPL) 3/26
Objectifs Déterminer les références en termes de dose absorbée dans l eau en RCMI Électrons Photons 6 MV et 12 MV 6 MV sans cône (~tomothérapie) 4 x 4 cm² Références actuelles 10 x 10 cm² Accélérateur linéaire Saturne 43 4/26
Plan Méthode Etablissement d une référence en termes de dose absorbée dans l eau Champs 10 x 10 cm² et 4 x 4 cm² Dosimètres utilisés Premiers résultats - Dose absorbée dans le graphite - Dose absorbée dans l eau Champs : construction et choix de dosimètres adaptés Dosimètre primaire Dosimètre de transfert Chambre d ionisation Perspectives 5/26
Méthode Etablissement d une référence dosimétrique Utilisation d un dosimètre primaire Instrument qui n a pas besoin d être étalonné dans la grandeur d intérêt Au LNHB, pour les RX et électrons de haute énergie : le calorimètre graphite (faible Z (eau), pas de défaut de chaleur) 6/26
Méthode Le calorimètre graphite L absorbeur : élément sensible manteau écran absorbeur Calorimètre dans son enceinte à vide Calorimètre dans le fantôme graphite Irradiation L irr ét L manteau Etalonnage électrique absorbeur Q ét Q Q F L ét F irr irr Lét écran Dose absorbée dans le graphite, D g D g Q irr m 1 r cal k i 7/26
Méthode De la dose dans le graphite à la dose dans l eau 1 : Calorimétrie graphite 2 : Dosimètre de transfert dans le graphite 3 : Dosimètre de transfert dans l eau 4 : Chambre d ionisation de référence dans l eau D g L T,g L T,eau Q eau + simulations Monte-Carlo facteurs de correction k i D eau D g L T, eau L T, g i k i N D, eau D Q eau eau Profondeur = 10 g/cm² 8/26
Méthode Méthode Etablissement d une référence en terme de dose absorbée Champs 10 x 10 cm² et 4 x 4 cm² Dosimètres utilisés Premiers résultats - Dose absorbée dans le graphite - Dose absorbée dans l eau Champs : construction et choix de dosimètres adaptés Dosimètre primaire Dosimètre de transfert Chambre d ionisation Perspectives 9/26
Méthode Les dosimètres Dosimètre primaire : Calorimètre GR-09 Faisceau d irradiation Absorbeur Ecran 3 9 15 Manteau 16 mm 24 mm 32 mm 10/26
Méthode Les dosimètres Dosimètre de transfert : dosimètre chimique de Fricke Oxydation Fe 2+ en solution Fe 3+ en solution Quantité d ions Fe3+ formés Spectrophotométrie Absorption à 304 nm Dose absorbée dans la solution de Fricke 19 mm 10 mm 11/26
Méthode Les dosimètres Chambres d ionisation Chambre de références NACP-02 (IBA) Chambre plate V. sensible :0.16 cm 3 Diamètre : 10 mm NE 2571 Chambre cylindrique V. sensible :0.6 cm 3 Longueur : 24 mm Diamètre : 6.4 mm PTW 31010 Autre chambre (profils) Chambre cylindrique V. sensible :0.125 cm 3 Diamètre : 5.6 mm Longueur : 6.5 mm 12/26
Méthode Résultats Coefficient d étalonnage en dose absorbée dans l absorbeur du calorimètre graphite abs Dgr ND, graphite Gy/ CI Qgr k i i Dose absorbée dans l absorbeur du calorimètre C Charge mesurée par la CI dans le graphite 6 MV 12 MV 6 MV sans cône 10 x 10 cm² 4 x 4 cm² Rapport 4/10 1.3026 10 8 (0.09 %) 1.2751 10 8 (0.08 %) 1.3152 10 8 (0.10 %) 1.3028 10 8 (0.19 %) 1.2735 10 8 (0.15 %) 1.3145 10 8 (0.32 %) 1.0002 (0.21%) 0.9988 (0.17%) 0.9995 (0.34%) N D N 4 4, graphite 1010 D, graphite À confirmer après le transfert graphite-eau 13/26
Méthode Résultats Coefficient d étalonnage en dose absorbée dans l eau Deau ND, eau Gy/ CI référence Qeau k i i C 6 MV 12 MV 6 MV sans cône 10 x 10 cm² 4 x 4 cm² Rapport 4/10 4.468 10 7 (0.98%) réf. 1998 4.414 10 7 (1.02%) réf. 1998 4.487 10 7 (0.47%) 4.455 10 7 (0.51%) 4.427 10 7 (0.66%) 4.479 10 7 (0.98%) 0.9971 (1.11%) gr : 0.21% 1.0023 (1.21%) gr : 0.17% 0.9982 (1.09%) gr : 0.34% N D N 4 4, eau 1010 D, eau aux incertitudes près Incertitudes trop élevées Dosimétrie de Fricke 14/26
Méthode Dans le graphite Conclusion N D N 4 4, graphite 1010 D, graphite Dans l eau N 4 4 D, eau N 1010 D, eau Incertitudes!! Mise en place d une méthode pour s affranchir de la dosimétrie de Fricke Alternance mesures CI dans l eau / mesures CI dans le graphite au cours de la même journée Le transfert par dosimétrie de Fricke est cependant nécessaire pour la validation des calculs MC utilisés pour cette nouvelle méthode 15/26
Méthode Méthode Etablissement d une référence en terme de dose absorbée Champs 10 x 10 cm² et 4 x 4 cm² Dosimètres utilisés Premiers résultats - Dose absorbée dans le graphite - Dose absorbée dans l eau Champs : construction et choix de dosimètres adaptés Dosimètre primaire Dosimètre de transfert Chambre d ionisation Perspectives 16/26
Méthode dosimètre primaire Dosimètre primaire : Construction du calorimètre GR-10 Absorbeur Ecran 6 10.5 15 Manteau 6 16 32 10 x 10 et 4 x 4 cm² GR-09 3 15 16 mm 32 mm 17/26
Méthode d. de transfert 10 x 10 et 4 x 4 cm² Dosimètre de Fricke Adaptation au champ Fabrication de nouvelles ampoules Dimensions vs. lectures spectrophotométriques fiables 19 mm 10 mm Alanine/lecture RPE 4.8 3 1.Irradiation Formation de radicaux stables 2. Lecture Spectrométrie par Résonance Paramagnétique Electronique µ-onde H Quantification des radicaux formés Dose absorbée 18/26
Méthode Chambres d ionisation de petit volume CI Les chambres utilisées habituellement ont un volume trop important Etude (pour une utilisation métrologique) des chambres pin-point commercialisées But : trouver une chambre de référence pour le champ Résultats confrontés à ceux de la chambre NE2571 Volume (cm 3 ) Ø électrode (mm) Ø interne (mm) Ø externe (mm) Tension nominale (V) NE 2571 N 2331 PTW 31014 N 0515 PTW 31016 N 0181 A1SL N XW022442 A14SL N XAF023391 A16 N XAA090768 CC04 N 9082 CC01 N 9132 0,600 0,015 0,016 0,057 0,016 0,007 0,040 0,010 1,00 0,20 0,20 1,00 0,33 0,33 1,00 0,35 7,3 2,0 2,8 4,0 4,0 2,2 4,00 3,00 15,30 3,38 4,20 6,35 6,35 3,40 4,80 2,00 300 150 225 300 225 150 200 100 19/26
Méthode Conditions d irradiations CI Cobalt 60 Dans l air Equilibre électronique 0,50 m de la source 210mm 290 mm Irradiateur Co 60 Caractéristiques étudiées Stabilité de la chambre en fonction du temps d irradiation Réponse de la chambre en fonction de la tension appliquée 20/26
absolute value of the current nomalized at t=0 Méthode CI Comportement des chambres à tension constante normalised current vs irradiation time 1,004 EXRADIN A16 EXRADIN A14 EXRADIN A1SL NE2571 PTW 31014 PTW 31016 IBA CC04 IBA CC01 1,002 1 0,998 0,996 0,994 Comportement non satisfaisant pour les chambres PTW 31014 et PTW 31016 0,992 0,99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 irradiation time (h) 21/26
Courant (A) Méthode CI Comportement des chambres en fonction de la tension Evolution du courant en fonction de la tension Théorie La valeur absolue du courant augmente avec la valeur de la tension 5.900E-10 5.850E-10 5.800E-10 5.750E-10 0.9% NE 2571 vérifié pour la NE2571 5.700E-10 5.650E-10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Tension (V) Tension Négative Tension Positive Résultats Réponse correcte en tension positive : PTW 31014, PTW 31016, IBA CC04 et IBA CC01 Réponse correcte en tension négative : Exradin A1SL, IBA CC04 et IBA CC01 Seules les chambres IBA CC04 et IBA CC01 suivent le modèle 22/26
Méthode CI Seules les chambres IBA CC01 et IBA CC04 rentrent dans les critères de stabilité en fonction du temps et de la tension requis par le LNHB-LMD Chambre d ionisation de référence retenue pour le moment : CC04 Etude à poursuivre sur plusieurs chambres de chaque type 23/26
Perspectives (1) A court terme Champ 4 x 4 cm² Réduction de l incertitude sur les références à partir de l alternance des fantômes eau et graphite Champ Poursuite de l étude sur les chambres d ionisation de petit volume Etablissement des références Alternance fantôme eau/calorimètre graphite À partir des dosimètres de transfert (Fricke et Alanine) pour vérification des calculs MC 24/26
Perspectives (2) Perspectives du projet EBCT pour la radiothérapie externe Adaptation des protocoles (ex : TRS-398) aux nouvelles modalités Mise en œuvre du calorimètre eau au LNHB Évaluation de la dose absorbée dans l eau indépendamment de la calorimétrie graphite Mise en œuvre de la dosimétrie Alanine/RPE pour la stéréotaxie (Tomothérapie et le cyberknife) futur PTI en tomothérapie 25/26
Merci pour votre attention! 26/26