Depuis quelques années, il y a un intérêt de la communauté en dosimétrie d'actualiser les protocoles de dosimétrie des faisceaux larges tels que le TG-51 (AAPM) et le TRS-398 (IAEA) aux champs non standard qui requièrent un facteur de correction additionnel. Or, ces facteurs de correction sont difficiles à déterminer précisément dans un temps acceptable. Pour les petits champs, ces facteurs augmentent rapidement avec la taille de champ tandis que pour les champs d'IMRT, les incertitudes de positionnement du détecteur rendent une correction cas par cas impraticable. Dans cette étude, un critère théorique basé sur la fonction de réponse dosimétrique des détecteurs est développé pour déterminer dans quelles situations les dosimètres peuvent être utilisés sans correction. Les réponses de quatre chambres à ionisation, d'une chambre liquide, d'un détecteur au diamant, d'une diode, d'un détecteur à l'alanine et d'un détecteur à scintillation sont caractérisées à 6 MV et 25 MV. Plusieurs stratégies sont également suggérées pour diminuer/éliminer les facteurs de correction telles que de rapporter la dose absorbée à un volume et de modifier les matériaux non sensibles du détecteur pour pallier l'effet de densité massique. Une nouvelle méthode de compensation de la densité basée sur une fonction de perturbation est présentée. Finalement, les résultats démontrent que le détecteur à scintillation peut mesurer les champs non standard utilisés en clinique avec une correction inférieure à 1%. / In recent years, the radiation dosimetry community has shown a keen interest in extending broad beam dosimetry protocols such as AAPM's TG-51 and IAEA's TRS-398 to nonstandard fields which involve the use of an additional correction factor. Yet, these correction factors are difficult to determine precisely in a time frame that is acceptable. For small fields, these factors increase rapidly with field size, whereas for composite IMRT fields, detector positioning uncertainties render a case-by-case correction impractical. In this study, a theoretical criterion based on radiation detectors' dose response functions is used to determine in which situations a given dosimeter can be used without correction. The responses of four ionization chambers, a liquid-filled chamber, a diamond detector, an unshieded diode, an alanine dosimeter and a plastic scintillator detector are characterized at 6 MV and 25 MV. Several strategies are also suggested to reduce/eliminate correction factors such as reporting the absorbed dose to a volume and modifying the non-sensitive components of a detector to compensate for mass density effects. A new method of density compensation based on a perturbation function is presented. Finally, results show that the scintillator detector can measure nonstandard fields used in the clinic with corrections under 1%.

In optimization of intensity-modulated radiation therapy treatment plans, dose-volumehistogram (DVH) functions are often used as objective functions to minimize the violationof dose-volume criteria. Neither DVH functions nor dose-volume criteria, however,are ideal for gradient-based optimization as the former are not continuously differentiableand the latter are discontinuous functions of dose, apart from both beingnonconvex. In particular, DVH functions often work poorly when used in constraintsdue to their being identically zero when feasible and having vanishing gradients on theboundary of feasibility.In this work, we present a general mathematical framework allowing for direct optimizationon all DVH-based metrics. By regarding voxel doses as sample realizations ofan auxiliary random variable and using kernel density estimation to obtain explicit formulas,one arrives at formulations of volume-at-dose and dose-at-volume which are infinitelydifferentiable functions of dose. This is extended to DVH functions and so calledvolume-based DVH functions, as well as to min/max-dose functions and mean-tail-dosefunctions. Explicit expressions for evaluation of function values and corresponding gradientsare presented. The proposed framework has the advantages of depending on onlyone smoothness parameter, of approximation errors to conventional counterparts beingnegligible for practical purposes, and of a general consistency between derived functions.Numerical tests, which were performed for illustrative purposes, show that smoothdose-at-volume works better than quadratic penalties when used in constraints and thatsmooth DVH functions in certain cases have significant advantage over conventionalsuch. The results of this work have been successfully applied to lexicographic optimizationin a fluence map optimization setting. / Vid optimering av behandlingsplaner i intensitetsmodulerad strålterapi används dosvolym- histogram-funktioner (DVH-funktioner) ofta som målfunktioner för att minimera avståndet till dos-volymkriterier. Varken DVH-funktioner eller dos-volymkriterier är emellertid idealiska för gradientbaserad optimering då de förstnämnda inte är kontinuerligt deriverbara och de sistnämnda är diskontinuerliga funktioner av dos, samtidigt som båda också är ickekonvexa. Speciellt fungerar DVH-funktioner ofta dåligt i bivillkor då de är identiskt noll i tillåtna områden och har försvinnande gradienter på randen till tillåtenhet. I detta arbete presenteras ett generellt matematiskt ramverk som möjliggör direkt optimering på samtliga DVH-baserade mått. Genom att betrakta voxeldoser som stickprovsutfall från en stokastisk hjälpvariabel och använda ickeparametrisk densitetsskattning för att få explicita formler, kan måtten volume-at-dose och dose-at-volume formuleras som oändligt deriverbara funktioner av dos. Detta utökas till DVH-funktioner och så kallade volymbaserade DVH-funktioner, såväl som till mindos- och maxdosfunktioner och medelsvansdos-funktioner. Explicita uttryck för evaluering av funktionsvärden och tillhörande gradienter presenteras. Det föreslagna ramverket har fördelarna av att bero på endast en mjukhetsparameter, av att approximationsfelen till konventionella motsvarigheter är försumbara i praktiska sammanhang, och av en allmän konsistens mellan härledda funktioner. Numeriska tester genomförda i illustrativt syfte visar att slät dose-at-volume fungerar bättre än kvadratiska straff i bivillkor och att släta DVH-funktioner i vissa fall har betydlig fördel över konventionella sådana. Resultaten av detta arbete har med framgång applicerats på lexikografisk optimering inom fluensoptimering.