Treatment planning in radiation therapy is based on the calculation of dose distributions, aimed at best representing the physical dose distributions. The most promising avenue towards this goal is the Monte Carlo technique, whereby particle trajectories are simulated from a modelled radiation source into a patient volume. Following the trend of incorporating fast Monte Carlo algorithms in clinical electron beam dosimetry, Elekta CMS inc. commercialized an electron Monte Carlo (eMC) module implemented in the treatment planning system XiO. The algorithm is based on the XVMC code and allows for fast calculations in voxelized heterogeneous media. This thesis reports its validation as a first step towards clinical implementation for an Elekta SL25 linear accelerator. Simulations with the eMC module were performed for 12 MeV beams in different CT scanned phantoms and beam setups. Concurrently, GafChromic® EBT3 film measurements were performed and the two dose distributions were compared, using mainly three-dimensional gamma agreements. Film measurements were analysed through a novel method using the triple channel dosimetry function of Film QA Pro, thus yielding absolute dose readings with an uncertainty of ±1.5% over the range of [75, 700] cGy. The results indicate that beam models generated by CMS should be validated prior to any more complex investigation as they strongly impact on the accuracy of dose distributions. Provided that the beam models are valid, the comparisons are very promising : a 2%/3 mm agreement was found between measurements and calculations at different depths in a three-dimensional heterogeneous phantom. / La planication de traitements en radiothérapie est basée sur des calculs de distributions de dose visant à reproduire les distributions réelles. À cet effet, la méthode Monte Carlo simulant les trajectoires des particules et la déposition de dose à partir d'une source de radiation modélisée s'avère des plus prometteuses. Suivant le mouvement d'intégration clinique des méthodes Monte Carlo dites rapides pour les traitements par électrons, la compagnie Elekta CMS inc. a commercialisé un module électron Monte Carlo (eMC) implémenté dans le système de planification de traitement XiO. L'algorithme est basé sur le code XVMC et permet d'effectuer des calculs rapides de la dose dans des milieux hétérogènes voxelisés. Ce mémoire rapporte une première étape de l'implémentation clinique de l'algorithme pour un accélérateur Elekta SL25. Des simulations eMC ont été effectuées pour des faisceaux de 12 MeV dans différents fantômes et conditions d'irradiation. Parallèlement, des mesures ont été réalisées à l'aide de films GafChromic® EBT3 et les distributions de dose ont été comparées grâce à outil de comparaison gamma 3D. Les films ont été analysés via unenouvelle méthode employant la technique de dosimétrie à trois canaux de Film QA Pro. Celle-ci fournit des lectures de dose absolue entre 75 et 700 cGy avec une incertitude de ±1.5%. Les résultats indiquent que les modèles de faisceaux générés par CMS ont un impact considérable sur les distributions de dose ; ainsi, ils doivent être validés en premierlieu. Lorsque les faisceaux soient bien modélisés, les comparaisons de dose obtenues sont prometteuses : un accord de 2%/3 mm entre les mesures et les calculs a été déterminé à différentes profondeurs dans un fantôme hétérogène complexe.

Patient geometry often changes during the course of radiation therapy due to factors such as weight loss, tumor and normal tissue growth or shrinkage, and intra-treatment position variations. It has been shown that these changes can cause the dose delivered to differ from the originally planned dose distribution. Often this will result in the need to create a modified treatment plan, a process known as adaptive radiation therapy. The aim of this thesis is to evaluate the dosimetric effects due to anatomical changes and positioning variations during intensity-modulated radiation therapy through two retrospective studies. MIM Software (Cleveland, OH), a commercially available deformable registration tool, is used for this work. In the first study, the daily dose for four breast cancer patients undergoing a volumetric modulated arc boost treatment to the tumor bed is calculated on pretreatment cone beam computed tomography images. Two treatment isocenters, corresponding to the initial patient set up position, and the shifted position based on pretreatment imaging, are used for dose verification. The results indicate that a planning target volume consisting of the tumor bed and a uniform margin expansion of 1 cm is adequate to account for positioning errors. In the second study, the daily dose is calculated on the pretreatment megavoltage computed tomography images for craniospinal irradiation and head and neck cancer patients undergoing helical tomotherapy. The dose for each treatment fraction is deformed and accumulated to the planning computed tomography image for comparison with the original plan. This study assesses the effects of anatomical changes on treatment delivery. The results indicate a slight decrease in target coverage and no significant increase in dose to critical structures. / Souvent, au cours d'une procédure de radiothérapie, la géométrie du patient change en raison de facteurs tels que la perte de poids, la croissance ou le rétrécissement des tissus tumoral et normal, et les variations de position en cours de traitement. Il a été démontré que ces changements peuvent faire en sorte que la dose de radiation administrée soit différente de la dose initialement planifiée. Souvent, cela se traduit par la nécessité de créer un plan de traitement alternatif, un processus appelé radiothérapie adaptative. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les effets dosimétriques causés par des changements anatomiques ainsi que les variations de positionnement au cours de la procédure de radiothérapie avec modulation d'intensité à travers deux études rétrospectives. MIM Software (Cleveland, OH), un outil d'enregistrement non-linéaire disponible sur le marché, est utilisé pour ce travail. Dans la première étude, la dose quotidienne de quatre patients atteints de cancer du sein qui subissent un traitement volumétrique modulée arc-boost dans le lit tumoral est calculée à partir des images prétraitement de tomodensitométrie à faisceau conique. Deux isocentres de traitement, correspondant à la position initiale du patient et à la position ajustée à partir d'imagerie prétraitement, sont utilisés pour la vérification de la dose. Les résultats indiquent que le volume cible prévisionnel comprenant le lit tumoral et une augmentation de la marge uniforme de 1 cm sont suffisants pour tenir compte des erreurs de positionnement. Dans la deuxième étude, la dose quotidienne est calculée sur les images prétraitement de tomodensitométrie à mégavoltage pour l'irradiation craniospinale et aux patients atteints de cancer de la tête et du cou qui obtiennent la tomothérapie hélicoïdale. La dose pour chaque fraction de traitement est déformée et accumulés sur le CT de planification pour être comparée avec le plan original. Cette étude évalue les effets des changements anatomiques sur l'administration du traitement. Les résultats indiquent une légère diminution de la couverture cible et aucune augmentation significative de la dose pour les structures critiques.

Cone-beam computed tomography (CBCT) images suffer from poor image quality, in a large part due to scattered x-rays. In this work, a fast and accurate Monte Carlo based scatter correction algorithm was implemented on real CBCT data. A fast Monte Carlo simulation developed in the EGSnrc framework was used to transport photons through an uncorrected CBCT scan. From the simulation output, the contribution from both primary and scattered photons for each projection image was estimated. Using these estimates, a subtractive scatter correction was performed on the CBCT projection data. Implementation of the scatter correction algorithm on CBCT phantom scans was shown to help mitigate scatter-induced artifacts, such as cupping and streaking. The scatter corrected images were also shown to have improved accuracy in reconstructed attenuation coefficient values. These results suggest that the proposed scatter correction algorithm is successful in improving image quality in real CBCT images, and are promising results towards the reliable use of CBCT images in adaptive radiotherapy. / Les images de tomodensitométrie à faisceau conique (CBCT) souffrent d'une qualité d'image inférieure en partie due aux rayonnement diffusés. Dans cet ouvrage, un algorithme Monte Carlo rapide et précis fut appliqué sur des images CBCT cliniques. En utilisant un logiciel de transport de particules à base Monte Carlo pour transporter des photons dans un CBCT où les données n'ont pas été corrigés, la contribution des photons diffusés primaires et secondaires pour chaque image fut estimée. En utilisant cet estimé, une correction fut apportée sur les données du CBCT. La méthode de correction CBCT a démontré sa capacité de mitiger les artéfacts introduient par la diffusion des photons. Les images corrigées ont montré une plus grande précision pour la reconstruction des coéfficients d'atténuation. Ces résultats suggèrent que la méthode proposée pour corriger des images CBCT fut un succès pour l'amélioration de la qualité d'images CBCT réelles, et insinuent une utilisation able des images CBCT en radiothérapie adaptative.

Photoneutrons generated in the linac head are a byproduct of the radiotherapy process and can be potentially harmful to clinical personnel. The lack of accuracy associated with analytical photoneutron shielding methods has generated much interest in the Monte-Carlo (MC) method as a more flexible and precise tool for radiotherapy bunker design. The purpose of this work was to use MC simulations to characterize photoneutron fluence, dose, and spectrum throughout various radiotherapy bunker configurations and for various room design features, such as the presence of a maze, a bulkhead, and the addition of borated polyethylene on the maze walls. Three existing rooms at the MUHC and two hypothetical doorless rooms were modelled with the MCNP5 code and using the Visual Editor GUI. The analytical spectrum of an 18 MV linac served as the point source of photoneutrons and was surrounded with a 10 cm radius tungsten sphere placed 100 cm above the isocenter. The next-event estimator variance reduction technique was used and simulations were performed with 20 million particle histories yielding un- certainties under 1%. Physical measurements were also attempted with bubble detectors and a He-3 neutron spectrometer. The latter was unsuccessful because of pulse pile-up caused by the Linac's pulsed mode of operation, whereas the former gave us qualitative information on neutron equivalent dose distribution in the maze and around the linac. Simulation results showed a marked decrease in neutron equivalent dose near the bunker entrance when maze walls are lined with BPE and when a bulk-head is added in the inner maze passage. It was found that the high thermal neutron cross-section of BPE was key in reducing the portion of thermal photoneutrons in the spectrum along the maze. The bulkhead was also useful in reducing photoneutron fluence entering the maze and hence reducing overall photoneutron dose near the entrance of the bunker. Future work will focus on validating simulations with accurate physical measurements and refining the MC code to make it more user friendly and flexible in reproducing bunker geometry. / Les photoneutrons générés par le linac sont un produit secondaire de la radiothérapie et peuvent être nuisibles au personnel médical. Le manque de précision des équations analytiques pour le blindage contre les photoneutrons a accéléré le développement des méthodes Monte-Carlo (MC), qui sont considérées plus flexibles et précises pour le design des salles de radiothérapie. L'objectif de cette étude est d'utiliser les simulations MC afin de caractériser le flux, la dose, et le spectre des photoneutrons pour différentes configurations de salles de radiothérapie, telles que la présence d'un corridor, d'un bloc d'atténuation, et l'addition de borate de polyéthyléne sur les murs du corridor. Trois chambres du MUHC et deux chambres hypothétiques ont été modélisées avec le code MCNP5 et le logiciel Visual Editor. Le spectre d'énergie analytique d'un linac opérant à 18 MV a été utilisée comme source ponctuelle de photoneutrons. Ce point est entouré d'une sphére de Tungsténe de 10 cm de rayon positionnée 100 cm au dessus de l'isocentre. L'estimateur du prochain événement est la technique de réduction de variance qui a été utilisée et les simulations ont été effectuées avec 20 millions de particules résultant en des incertitudes inférieures à 1%. Des mesures physiques ont aussi été tentées à l'aide de compteurs à bulles et un spectrométre de neutrons à He-3. Ce dernier n'a pas eu de succés à cause de l'effet d'accumulation du signal pulsé. Les tests avec compteurs de bulles ont permis d'avoir une idée qualitative sur la distribution de la dose équivalente dans le corridor et autour du linac. Les résultats des simulations ont montré une diminution de la dose équivalente de neutron prés de l'entrée de la chambre quand les murs du corridor sont couverts de borate de polyéthyléne et quand un bloc d'atténuation est présent dans le passage de la chambre centrale vers le corridor. Il a été confirmé que la haute probabilité d'interaction des neutrons de basses énergies avec le borate de polyéthyléne est essentiel à la réduction de la portion de photoneutrons à basses énergies à travers le corridor. Le bloc atténuateur contribue aussi à la réduction du flux de photoneutrons entrant dans le corridor et réduit ainsi la dose totale à l'entrée de la chambre. La suite des travaux vise à mettre l'emphase sur la validation des simulations à l'aide de mesures expérimentales et sur le perfectionnement du code MC pour donner plus de flexibilité à l'utilisateur dans la reproduction des salles de radiothérapie.

Beam quality specification is essential in accurate characterization of radiotherapeutic beams. Amongst the many beam quality parameters that have been defined and applied, the linear energy transfer (LET) is one of the few parameters that provide an insight into the radiobiological effects of radiation. In this work, we investigated the feasibility of establishing a beam quality detector that allows for the indirect measurement of LET in the clinic. Intrinsic energy dependence was induced in an Exradin A12 ionization chamber by replacing its chamber wall with geometrically identical yet material varying walls. The energy response of these detectors was characterized by investigating the effect of varying chamber wall materials on the polarity and ion recombination correction factors. Using these detectors, measurements were performed across a wide range of beam energies (for both photons and electrons). Monte Carlo simulations were used to validate the measured data, and to obtain the mean primary electron energy of each beam. The data were used to calculate and relate the LET to the unique signals measured with the detectors under each radiation beam, which allowed us to establish a calibration curve. The calibration curve was validated by using the detectors to measure the signals produced by a radiation beam of unknown LET. The results showed that by using the calibration curve, the LET of radiation beams—with energies falling within our range—can be derived by performing a set of simple measurements. The derived LET values were found to be accurate to within a total uncertainty of nearly 10%. As a practical application to this method, the LET variations across 10 x 10 cm^2 radiation fields of 6 MV and 18 MV photons were measured. The results showed that within our uncertainty, the LET of high-energy photon beams outside of the field edges can vary to up to 20% from their central point values. The proposed method provides a new approach for a practical and efficient measurement of the LET in the clinic. / La spécification de la qualité de faisceau est essentielle pour la caractérisation de faisceau radio thérapeutique. Parmi les multiples paramètres de qualité de faisceau qui ont été défini et appliqué, le transfert d'énergie linéaire (LET) est un des seuls qui donne une indication sur les effets radiobiologique des radiations. Dans ce travail, nous avons investigué la faisabilité d'établir un detector de qualité de faisceau qui permet de mesurer indirectement le LET en clinique. La réponse d'énergie intrinsèque a été induite dans une chambre d'ionisation Extradin A12 en replaçant sa paroi par différents matériaux en gardant une géométrie identique. La réponse énergétique de ces détecteurs a été caractérisée en investiguant les effets des différents matériaux de la paroi de la chambre sur les facteurs de corrections de polarité et de recombinaison ionique. Les mesures, utilisant ces détecteurs, ont été effectuées pour un large éventail d'énergie de faisceau (de photons et d'électrons). Des simulations de Monte Carlo ont été utilise pour valider les données mesurée ainsi que pour obtenir l'énergie moyenne des électrons primaires pour chaque faisceau. Les données ont été utilisées pour calculer and établir une relation entre le LET et le signal unique mesuré avec les détecteurs pour chaque faisceau de radiation, ce qui nous a permit d'établir une courbe de calibration. Cette courbe de calibration a été validée en utilisant les détecteurs pour mesurer les signaux produit par un faisceau de radiation possédant un LET inconnu. Les résultats démontrent qu'en utilisant la courbe de calibration, le LET de faisceau de radiation – avec des énergies comprises dans notre éventail – peuvent être dérivé en performant une série de simple mesures. Les valeurs de LET ainsi obtenues sont précises avec une incertitude total d'environ 10%. Pour une application pratique de cette méthode, les variations de LET ont été mesurées sur des champs de radiation de 10 x 10 cm^2 pour 6 MV et 18 MV. Les résultats montrent que compris dans notre incertitude, le LET des faisceaux de photon à haute énergie en dehors des limites du champ peut varier jusqu'à 20% de sa valeur au point central. La méthode proposée permet une nouvelle approche pratique et efficace pour la mesure du LET en clinique.

Treatment planning standardization efforts were made for the Stereotactic Radiosurgery(SRS) program at the Jewish General Hospital, Montreal. A standardized dose objective template for SRS was made in collaboration with physicians in our clinic. A web based platform was made for radiotherapy research and data analysis. The web platform was made with considerations for ease of distribution and customizability. A plan report module was made for the web platform to automatically analyze dose statistics and generate SRS plan reports. The plan report module was well received by dosimetrists in our clinic and reduced the labour required in plan evaluation. A total of 35 approved treatment plans were imported into the web application for analysis. A quantitative metric, Quality Index (QI), was developed to measure SRS plan compliance to the standardized plan evaluation template. The results show increased average QI and decreased QI variation between pre-release and post-release of the web application. The validation of QI as a quality indicator of a treatment plan warrants further study. / Des efforts ont ete fait envers la standarisation de la planification de traitements pour le programme de radiochirurgie stereotactique (SRS) a l'Hopital General Juifde Montreal. Un modele standardise d'objectifs de dose pour la SRS a ete construit en collaboration avec les medecins clinique. Une plate-forme web a ete programme afin de faire l'analyse des donnees de recherche. Le web a ete choisis comme hote de la plate-forme en raison de la facilite de distribution et d'adaptation des applications web. Un module de redaction de rapports automatique est inclue dans la plate-forme pour effectuer une analyse statistique de la dose pour chaque plan et ensuite rediger un rapport. Le module a ete implante en clinique avec succes et une reduction marquee de la charge de travail requise pour l'evaluation des plans de traitement pour la SRS. Un total de 35 plans ont ete approuve pour l'importation dans la plateforme web pour l'analyse de donnees. Un metrique quantificatif surnomme L'index de Qualite (QI) a ete developpe pour evaluer l'adherence des plans au modele standard construit. Les resultats demontrent une hausse du QI ainsi qu'une baisse de la variance entre chaque plans suite a l'implantation de la plate-forme web. D'autres etudes doivent etre performes pour valider le QI en tant qu'indicateur de qualite de plans.

The aim of this project is to quantify the energy response of the existing EBT-2 model GAFCHROMICTM film and investigate for the eventual possible chemical compositions with improved energy response. In this work, the overall energy dependence of the EBT-2 model GAFCHROMICTM film is quantized through intrinsic and absorbed dose energy response. Absorbed dose energy response is studied by calculating dose to film sensitive layer and dose to water using DOSRZnrc of EGSnrcMP Monte Carlo user-code. The film was simulated inside a large body of solid water for megavoltage beams, while at kilovoltage energies the film was modeled in air. The simulations were repeated to score the dose to water for megavoltage and air kerma for kilo-voltage beams, respectively. The intrinsic energy response is quantified through a measurement of total energy response divided by the Monte Carlo calculated absorbed dose energy response. The measurements consisted of delivering an exact dose of 2 Gy to the sensitive layer of the film at orthovoltage energies (50 kVp, 120 kVp, and 180 kVp), 192Ir and 60Co beam. AAPM TG-51 and TG-61 reports were used to determine the dose-to-water and air-kerma in air in megavoltage and orthovoltage beams, respectively, while Monte Carlo simulated corrections were used to convert these results to the desired dose to the sensitive layer of the film. For EBT-2 model GAFCHROMICTM film, the overall energy dependence was found to vary by 39 % in the effective energy range from 24 keV to 1.25 MeV (for 60Co beam). It was determined that intrinsic (LET-dependent) energy dependence also plays an important role in the total energy dependence of EBT-2 model GAFCHROMICTM film and cannot be ignored.The absorbed dose energy dependence was also studied for a wide variety of film active layer compositions in a 10 keV-100 keV energy range as well as at 60Co using Monte Carlo simulations. The composition of the film active layer was varied according to physical limits set by the manufacturer. High atomic number elements (chlorine and bromine) were found to affect absorbed dose response drastically. Addition of bromine was found to affect film's response in the 40-50 keV region, while chlorine affected the entire region below 100 keV. Through numerical optimization of the composition of the active layer, it was thus possible to reduce the absorbed dose energy dependence and suggest new compositions with absorbed dose energy dependence variation of 4 % in the effective energy range of 28 keV to 1.25 MeV (for 60Co beam) / L'objectif de ce projet est de quantifier la réponse énergétique du film EBT-2 GAFCHROMICTM et d'enquêter sur les compositions chimiques possibles permettant une amélioration de sa réponse énergétique. Dans cette étude, la dépendance énergétique globale du film EBT-2 GAFCHROMICTM est quantifiée en terme de réponse énergétique intrinsèque et de dose absorbée. La réponse énergétique du film en terme de dose absorbée est étudiée par le calcul de la dose à la couche sensible du film et la dose équivalente dans l'eau en utilisant les algorithmes de calcul Monte Carlo DOSRZnrc et EGSnrcMP. Le film a été simulé à l'intérieur d'une grande masse d'eau solide lorsqu'irradié par des faisceaux de haute énergie (mégavoltage) et dans l'air lorsqu'irradié par des faisceaux de basse énergie (kilovoltage). Les simulations ont été répétées plusieurs fois afin de déterminer la dose équivalente dans l'eau pour les faisceaux mégavoltage (MV) et le kerma dans l'air pour les faisceaux kilovoltage (kV). La réponse énergétique intrinsèque est quantifiée par la mesure expérimentale de la réponse énergétique totale divisée par la dose absorbée calculée par simulations Monte Carlo. Les mesures expérimentales consistaient à délivrer une dose exacte de 2 Gy à la couche sensible du film pour des faisceaux à des énergies orthovoltage (50 kVp, 120 kVp et 180 kVp), un faisceau192Ir et un faisceau60Co. Les rapports TG-51 et TG-61 de l'AAPM ont été utilisés afin de déterminer la dose à une petite masse d'eau dans l'air et le kerma d'une petite masse d'air dans l'air pour des faisceaux à énergies mégavoltage et orthovoltage, respectivement. De plus, des facteurs de correction calculés par simulations Monte Carlo ont été utilisés afin de convertir ces résultats à la dose voulue à la couche sensible du film. Pour le film EBT-2 GAFCHROMICTM, la dépendance énergétique globale révèle une variation de 39% à l'intérieur de la gamme d'énergie effective de 24 keV à 1.25 MeV (faisceau60Co). Il a été déterminé qu'une dépendance énergétique intrinsèque (LET-dépendant) joue également un rôle important dans la dépendance énergétique totale du film EBT-2 GAFCHROMICTM et ne peut être ignorée. La dépendance énergétique du film en terme de dose absorbée a également été étudiée pour une grande variété de compositions différentes de la couche active du film, et ce en utilisant les simulations Monte Carlo pour une gamme d'énergie de faisceaux de 10 keV-100 keV ainsi que pour un faisceau de 60Co. La composition de la couche active du film a été variée en fonction des limites physiques fixées par le fabricant. Il a été déterminé que des éléments ayant de hauts numéros atomiques (chlore et brome) influence drastiquement la réponse énergétique en terme de dose absorbée. En fait, il a été déterminé que l'addition de brome affecte la réponse énergétique du film pour la gamme d'énergie allant de 40-50 keV, tandis que le chlore affecte les énergies au-dessous de 100 keV. Grâce à l'optimisation numérique de la composition de la couche active, il a été ainsi possible de réduire la dépendance énergétique du film en terme de dose absorbée et aussi de suggérer de nouvelles compositions possédant une variation de la dépendance énergétique du film en terme de dose absorbée de 4% dans la gamme d'énergie effective de 28 keV à 1,25 MeV (faisceau de 60Co).

Intensity modulated proton therapy (IMPT) is believed to improve the therapeutic ratio by reducing the dose to normal tissue as compared to three dimensional conformal (photon) radiotherapy (3D-CRT). This hypothesis is investigated in this work by predicting the risks of late radiation-induced effects for young patients receiving radiotherapy for Hodgkin's and non-Hodgkin's lymphoma (HL and NHL) or breast cancer (BC) using radiobiological modeling. The late effects considered were cardiac mortality and secondary cancer in the lungs and breasts (for female patients).Patient data was acquired for twenty-eight patients who were under thirty years of age and were treated with radiotherapy for HL, NHL, or BC in Quebec in 2010. The original computed tomography simulation images were used to re-plan the patients with IMPT using Eclipse treatment planning software (version 10, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA). The dose-volume data of the original photon plans and the new proton plans were analyzed using the relative seriality model to assess the risks of late effects. The relative seriality model was utilized to predict excess risk of cardiac mortality. The Schneider1 modified linear quadratic model was used to predict the excess absolute risk for induction of lung cancer and breast cancer. Parameters for each model were derived from retrospective studies in the literature.Dosimetric plan comparison revealed IMPT reduced dose to the organs at risk of interest as compared to 3D-CRT. Overall the excess risk of cardiac mortality and the excess absolute risks for lung and breast cancers were reduced for IMPT as compared to 3D-CRT. / La radiothérapie par modulation d'intensité de protons (IMPT) améliore le ratio thérapeutique en réduisant la dose délivrée aux tissus sains, par rapport à la radiothérapie conformationelle trois dimensions par photons (3D-CRT). L'objectif de cet étude est de confirmer cette hypothèse dans ces deux modalités de traitement par une comparaison de de risque prédictible d'effets secondaires à long terme dû aux rayonnements ionisants pour des jeunes patients traités par radiothérapie pour des lymphomes Hodgkiniens et non-Hodgkiniens (HL et NHL) ou pour un cancer du sein (BC) à l'aide des modèles radiobiologiques. Les effets secondaire à long terme étudiés sont la mortalité cardiaque et les cancers secondaires du poumon ou du sein (pour les patientes).Les données de vingt-huit patients de moins de trente ans ayant été traités par radiothérapie pour HL, NHL, ou BC au Québec en 2010 ont été collectées. Les images original de tomodensitomètres ont été utilisées pour re-plannifier les patients avec l'IMPT à l'aide du logiciel de planification de traitement Eclipse (version 10, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA). Les données des histogrammes dose-volume du plan original en photon ainsi que la replanification en proton ont été analysées pour évaluer les risques d'effet secondaires à long terme. Le modèle de sérialité relative1, a été utilisé pour prédire le risque excessif de mortalité cardiaque. Le model linéaire quadratique modifié de Schneider2 a été utilisé afin de prédire l'excès absolu de risque de cancer du poumon et du sein. Les paramètres de chaque modèles ont été dérivés d'études rétrospectives tirées de la littérature.La comparaison dosimétrique des plans a démontré que l'IMPT réduit la dose délivrée aux organes à risque par rapport à la 3D-CRT. En général, le risque excessif de mortalité cardiaque et l'excès absolu de risque de cancer du poumon et du sein sont réduits avec l'IMPT par rapport à la 3D-CRT.

In this work, the feasibility of absolute dose to water measurements using a small scale graphite probe calorimeter (GPC) in a clinical environment is established. A numerical design optimization study was conducted by simulating the heat transfer in the GPC resulting from irradiation using a finite element method software package. The choice of device shape, dimensions and materials was made to minimize the heat loss in the sensitive volume of the GPC. The resulting design, which incorporates a novel aerogel-based thermal insulator, was built in-house. Absorbed dose to water measurements were made under standard conditions in a 6 MV 1000 MU/min photon beam and subsequently compared against TG-51 derived values. The average measured dose to water was 95.7 ± 1.4 cGy/100 MU, as compared to an expected value of 96.6 cGy/100 MU. The Monte Carlo-calculated graphite to water dose conversion factor was 1.099, while the derived heat loss correction factors varied between 1.005 and 1.013. The most significant sources of uncertainty were the repeatability (type A, 1.4%) and thermistor calibration (type B, 2.1%). The contribution of these factors to the overall uncertainty is expected to decrease significantly upon the implementation of active thermal stabilization provided by a temperature controller and direct electrical calibration, respectively. This proof of concept demonstrates the feasibility of using the GPC as a practical clinical absolute photon dosimeter and lays the foundation for a miniaturized version suitable for small and composite field dosimetry. / Dans ce travail, la faisabilité de la mesure de dose d'eau absolue à l'aide d'un calorimètre à petite gamme de graphite sonde (GPC) dans un environnement clinique est établi. Une étude de conception d'optimisation numérique a été réalisée en simulant le transfert de chaleur résultant de l'irradiation dans le GPC avec un logiciel d'analyse par éléments finis. Le choix de la forme, des dimensions et des matériaux a été fait pour minimiser la perte de chaleur dans le volume sensible du GPC. La conception résultante, qui intègre un isolant thermique basé sur l'aérogel, a été construite en interne. Des mesures de dose absorbée dans l'eau ont été faites dans des conditions référence dans un 6 MV 1000 MU / min faisceau de photons et ont été comparé à des valeurs dérivées avec TG-51. Le taux de dose moyenne mesurée dans l'eau était 95,7 ± 1,4 cGy/100 MU, comparé à une valeur attendue de 96,6 cGy/100 MU. Le facteur de conversion de dose en graphite à dose dans l'eau calculée avec le Monte Carlo était 1.099, tandis que les corrections pour la perte de chaleur varient entre 1,005 et 1,013. Les sources les plus importantes d'incertitude ont été la répétabilité (type A, 1,4%) et le calibrage de thermistance (de type B, 2,1%). La contribution de ces facteurs à l'incertitude globale devrait diminuer de façon significative à la mise en œuvre de la stabilisation thermique active fournie par un régulateur de température et de calibrage électrique directe, respectivement. Cette preuve de concept démontre la faisabilité de l'utilisation du GPC comme un dosimètre absolu de photon pratique en clinique et forme la base d'une version miniaturisée adaptée pour la dosimétrie de petit champ.

For megavoltage electron beams, current dosimetry protocols assume well-guarded plane-parallel ionization chambers have electron perturbation correction factors of unity. Papers by other researchers have shown the contrary. The National Physical Laboratory (NPL), Teddington UK, has an electron calibration service that requires knowledge of the ratio of perturbation factors in water to graphite for their NACP-02 chamber. Using the Monte Carlo code EGSnrcMP, perturbation correction factors at depth zref in graphite for the NPL's Radiation Dynamics linac 4 – 19 MeV were calculated. These results combined with those in water calculated by Zakikhani (2006) showed that only the ratio of perturbation factors in water to graphite for the 4 MeV and 12 MeV beams, at 1.0080 ± 0.27 % and 1.0071 ± 0.28 %, were significantly different from unity. Perturbation correction factors in water and graphite for the Varian clinical linacs 4 – 18 MeV were also investigated. Important issues that arose requiring further study included the discrepancy in results caused by 1 keV vs. 10 keV transport cutoffs and whether the depth of the effective point of measurement should account for the phantom equivalent thickness of the chamber window. / Pour les faisceaux d'électrons de haute énergie (MV), les protocoles de dosimétrie actuels supposent que les chambres d'ionisation à plaques parallèles ont des facteurs de correction de perturbation électronique égaux à l'unité. Plusieurs articles d'autres auteurs ont démontré le contraire. Le National Physical Laboratory (NPL), Teddington Royaume-Uni, possède un service d'étalonnage qui requiert de savoir les facteurs de perturbation de l'eau par rapport au graphite pour leur chambre NACP-02. A l'aide du code Monte Carlo EGSnrcMP, les facteurs de correction de perturbation à profondeur zref dans le graphite ont été calculés pour le linac Radiation Dynamics du NPL à des énergies de 4-19 MeV. Ces résultats, combinés à ceux dans l'eau calculés par Zakikhani (2006), ont montré que seulement les facteurs de perturbation de l'eau par rapport au graphite des faisceaux de 4 MeV et 12 MeV, à 1,0080 ± 0,27 % et 1,0071 ± 0,28 % respectivement, étaient significativement différents de l'unité. Les facteurs de correction de perturbation dans l'eau et dans le graphite ont aussi été étudiés pour les linacs cliniques de Varian à 4-18 MeV. D'importants problèmes ont alors été soulevés, notamment des différences dans les résultats causés par des énergies de coupure de 1 keV par rapport à 10 keV ainsi que la question de savoir si la profondeur du point de mesure devrait prendre en compte l'épaisseur effective de la fenêtre d'entrée. Ces problèmes requièrent davantage d'études.