La radiothérapie est utilisée pour traiter plus de la moitié des cas de cancer, et les appareils de traitement évoluent beaucoup depuis les dernières années, permettant ainsi d'améliorer les traitements. Cependant, il importe que la mesure de la dose de radiation délivrée par les appareils de traitement soit la plus précise possible afin d'éviter les erreurs lors d'un traitement. Les dosimètres à scintillation possèdent des avantages les mettant au premier plan pour la dosimétrie de faisceaux d'irradiation plus complexes, tel que la dosimétrie de petits champs. À ce jour, le seul dosimètre à scintillation commercial faisant appel à la technologie hyperspectrale permet d'excellentes performances dosimétriques dans plusieurs situations, au dépens d'un processus d'étalonnage long et complexe à réaliser, alors que le temps est un enjeu important à considérer en clinique. De plus, ce type de détecteur ne permet de mesurer la dose qu'en un point précis dans l'espace. Le but du présent projet de recherche est d'améliorer l'utilisation des dosimètres à scintillation, et se divise en deux volets principaux. Premièrement, un algorithme d'étalonnage simplifié a été développé, permettant ainsi un étalonnage beaucoup plus simple et rapide des dosimètres à scintillation nécessitant un étalonnage hyperspectrale. Cet algorithme, appelé NMF-PEAK, est basé sur un algorithme de factorisation non-négative de matrice (*Non-negative Matrix Factorization*, où NMF en anglais) acceptant en entrée une connaissance *a priori* sur les spectres à déterminer lors de l'étalonnage, en plus d'une connaissance a priori sur la quantité de lumière produite par chaque émetteur de lumière pour une séquence d'irradiations bien précise. Deuxièmement, un dosimètre à scintillation multi-tête, appelé l'*Hydra*, a été conçu puis testé expérimentalement. Il permet de mesurer la dose de radiation, en temps réel, à 3 positions simultanément. Les 3 têtes du détecteur se combinent dans une seule fibre optique, et le signal mesuré est donc une superposition du signal provenant des 3 têtes, obligeant ainsi l'utilisation de la méthode hyperspectrale pour étalonner ce type de détecteur. Finalement, l'algorithme d'étalonnage simplifié développé lors du présent projet de recherche a été appliqué afin d'étalonner ce nouveau détecteur multi-têtes, et les performances dosimétriques de ce détecteur sont évaluées pour l'étalonnage simplifié et l'étalonnage standard, en plus d'être comparées aux performances dosimétriques qui auraient été obtenues par le dosimètre à scintillation multi-points en cascade déjà développé dans le passé. / Radiation therapy is used to treat more than half of cancer cases, and the treatment devices have evolved a lot in the last few years, allowing to improve cancer treatments. However, the radiation dose delivered by these devices has to be measured with high accuracy in order to avoid treatment errors. Scintillation dosimeters possess advantages that put them at the forefront for the dosimetry of complex irradiation beams, such as small fields. Up to now, the only commercial dosimeter using a technology based on a hyperspectral approach is capable of high performances in many cases, however its calibration process is long and tedious and time is an important aspect to consider in the clinic. Moreover, this type of detector allows to measure the dose at only one location in space. The goal of the present research project aims at enhancing the use of scintillation dosimeters, and it divides in two principal aspects. First, a simplified calibration algorithm was developed, allowing a calibration that is a lot simpler and faster for dosimeters requiring a hyperspectral calibration. This algorithm, the NMF-PEAK, is based on a Non-negative Matrix Factorization (NMF) algorithm, and takes as an input prior knowledge on the calibration spectra to be determined, as well as a prior knowledge on the amount of light produced by each light-emitting components for a given irradiation sequence. Secondly, a multi-headed scintillation detector, called Hydra, was made and tested experimentally. It allows to measure the radiation dose in real-time at 3 different locations simultaneously. The 3 heads converge to a single optical fiber, and the measured signal is therefore a combination of the signals coming from each of the 3 heads. The hyperspectral approach has to be used in that case. Finally, the simplified calibration algorithm developed during this project was used to calibrate this novel multi-headed detector, and the dosimetric performances were evaluated when using the simplified and the standard calibration processes. They were also compared to the dosimetric performances of the waterfall multi-points scintillation dosimeter previously developed.

Le récent développement de la méthode de discrimination spectrale pour la calibration des dosimètres à fibres scintillantes plastiques (PSD) a conduit au développement du premier dosimètre commercial de ce type, soit l’Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). Comme tout nouveau dosimètre, celui-ci se devait d’être caractérisé afin d’évaluer sa fiabilité en conditions standards d’irradiation. Le but premier du projet était d’effectuer cette validation. Les résultats obtenus ont démontré que le dosimètre à scintillation était un excellent candidat pour réaliser des mesures de dose hors-champ telles que rencontrées lors de l’évaluation de la réduction de dose aux appareils cardiaques implantables (ACI) par blindage. Les mesures effectuées avec l’Exradin W1 ont démontré une importante réduction de dose autant pour les simples champs antéro-postérieurs (de 40 % à 80 % de réduction de dose) que pour les traitements cliniques complexes (entre 5 % et 45 % de réduction de dose). / The recent development of the spectral method for correction of the Cˇ erenkov light in plastic scintillation detectors (PSD) have led to the first commercial dosimeter of this type, the Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). As any new commercial dosimeter, it had to be characterized and validated in different situations of radiation. The first purpose of this project was to perform this validation. The results of characterization have shown that PSD is an efficient dosimeter to make out-of-field doses measurements as required in the evaluation of the feasibility of using a lead sheet to reduce dose to Cardiac Implantable Electronic Devices, CIED. Measurements performed with PSD shown an important reduction of doses by the shielding for square anterior-posterior field (40 % to 80 %) and also for complex clinical treatments (5 % to 45 %).