Modelisation par methodes monte carlo de l’espace des phases d’un faisceau de photons en radiotherapie

MODELISATION PAR METHODES MONTE CARLO DE L’ESPACE DES PHASES D’UN FAISCEAU DE PHOTONS EN RADIOTHERAPIE
Par
Chamberlain Francis DJOUMESSI ZAMO
Master 2 Physique Médicale 2006
Sous l’encadrement de

Jean Noël BADEL - Physicien Médical

David SARRUT - Maître de conférence
Chantal GINESTET - Responsable de l’unité de physique médicale
Laboratoire de Rayonnement, Image et Oncologie (RIO)

Centre de Lutte Contre le Cancer Léon – Bérard (Lyon)


A

Touts ceux et celles qui dans la mort et par leur mort nous apprennent à vivre et à donner un sens à nos vies.


Pour ma sœur aînée Grâce Pulchérie,
Pour toi je trouve chaque jour le courage d’avancer vers le large malgré les eaux troubles de la vie. Repose en paix.

Remerciements

« Le plus important dans un voyage n’est pas le lieu où l’on va ni la date d’arrivée, mais plutôt ce que l’on devient tout au long du trajet »

Je voudrai exprimer ma gratitude envers tous ceux qui ont marqué cette étape de mon voyage tant par leur personnalité que par la nature des connaissances qu’ils m’ont permis d’acquérir :

• 
  A Mrs les Pr. J. BALOSSO, Pr. A. BRIGUET Dr. J Y GIRAUD, Dr. E. PERRIN responsables du Master de physique médicale Lyon – Grenoble, pour tous les sacrifices consentis afin que notre année se déroule dans les conditions les meilleures.
  
• 
  A Mme C. GINESTET, au Dr. C. CARRIE et au Dr. D. SARRUT qui ont bien voulu m’accueillir dans leur service, tout en mettant les moyens nécessaires à notre épanouissement.
  
• 
  Au Pr. A. DEMEYER, rapporteur du présent travail.
  
• 
  A Mr. J N BADEL pour la confiance exprimée à ma petite personne et la qualité de l’encadrement tout au long de ce stage.
  
• 
  A M. AYADI, P. DUBBS, N. DUFFOUR, C. MALET,  C. DEKKER, F. GASSA, F. LAFAY pour la constante sollicitude qu’ils ont eu à mon endroit
  
• 
  Mes camarades de laboratoire : V. BOLDEA, S. RIT, E. CHAIEB, C. GUIMENEZ, L. ZAGNI pour l’ambiance tout au long de cette demie année passée ensemble.
  
• 
  Mlle LOUPEDA Nelly qui a su gérer mes humeurs, et pour la collaboration horizontale très fructueuse que nous avons eu pour l’avancée de nos travaux respectifs.
  
• 
  A tous mes camarades de promotion
  

Tous vous m’avez permis d’avoir une idée de mon espace des phases propre, ce qui m’a permis de prétendre modéliser celui des photons.

Sommaire

Remerciements 3

Sommaire 4

Résumé 5

1- Introduction 6

2- Etat de l’art de la simulation par méthode Monte Carlo des accélérateurs linéaires pour la radiothérapie externe 7

2.1-Le code Monte Carlo 7

2.1.1-Le principe 7

2-1-2- Quelques codes Monte Carlo 8

2.2-L’accélérateur linéaire clinique 8

2-2-1- Présentation globale de l’accélérateur linéaire clinique 8

2.2.2-La modélisation de la tête de l’accélérateur 10

Effet sur la dose en profondeur 14

2.3-L’espace des phases 15

2-3-1- Construction de l’espace des phases d’un faisceau de photons 16

2.3.2-Le modèle de l’espace des phases face au modèle de source 17

3- Matériels et méthodes 18

3-1- Matériels 18

3-2- Le simulateur MCNPX 19

3-3- Méthode 19

3-3-1 La source 20

3-3-2- La géométrie de la tête de l’accélérateur. 21

3.3.3- La physique du problème 22

3.3.4-Les détecteurs virtuels 23

3-3-5- L’espace des phases 24

3.3.6- Le collimateur secondaire 24

3.3.7-Simulation avec le fichier de l’espace des phases comme source 25

4-Validation expérimentale 25

4.1-Les mesures cliniques  25

4.2-Résultats et discussions 26

4.2.1-La géométrie du système 26

4-2-2- La fluence après le cône égalisateur 28

4.2.3-Le rendement en profondeur dans un fantôme homogène 30

4-2-4- Le profil de dose dans un fantôme homogène 36

5- Conclusion 38

Bibliographie 39

Résumé

La détermination de la dose exacte administrée est et demeure une des grandes préoccupations en radiothérapie. Une des approches actuellement en cours pour cette question, est la détermination de la dose transmise en radiothérapie ceci par le moyen de l’imageur portal numérique intégré aux accélérateurs linéaires de particules ; de là il devient donc possible de déterminer avec plus de précision la dose reçue par le patient. Calculer la dose transmise au patient suppose que le faisceau incident (issu de l’accélérateur linéaire) dans toutes ses caractéristiques soit bien défini. Les méthodes Monte Carlo au vu de bon nombre de leurs caractéristiques se présentent comme des outils puissants pour le calcul des doses. Ces méthodes ont été utilisées dans le calcul par simulation numérique de la dose transmise mesurée par l’imageur portal.

La présente étude a pour but de modéliser l’espace des phases des faisceaux de photons en 6 et 10 MV de l’accélérateur linéaire médical PRECISE (ELEKTA) du service de radiothérapie du Centre anticancéreux Léon – Bérard. A cet effet, au moyen de la version 2.5f du code MCNPX, une simulation des composantes de la tête de l’accélérateur pour les gammes 6 et 10MV a été faite et les informations relatives aux particules sortant des différents cônes égalisateurs ont été recueillies dans le fichier de l’espace des phases. Dans une seconde simulation, ce fichier est utilisé comme source de particules afin de simuler les caractéristiques (rendement en profondeur et profil de dose) de nos faisceaux dans une cuve d’eau placée à une distance source – surface de 100 cm. Une comparaison des courbes obtenues par simulation à celles mesurées expérimentalement est faite pour différentes tailles de champs afin de juger les valeurs de l’énergie moyenne de la gaussienne et de la largeur à mi-hauteur choisies pour le faisceau d’électrons primaire dans la génération du fichier de l’espace des phases. Un accordage dans les limites requises entre les courbes obtenues par les deux méthodes permettrait de valider le modèle de l’espace des phases.
Mots clés : espace des phases, Monte Carlo, MCNPX