In high-dose-rate iridium-192 brachytherapy, the radiation dose received by the patient is calculated according to the AAPM Task Group 43 (TG-43) formalism. This table-based dose superposition method uses dosimetry parameters derived with the radioactive iridium source centered in a water phantom. It neglects the dose perturbations caused by inhomogeneities, such as the patient anatomy, applicators, shielding, and radiographic contrast solution. / In this work, we evaluated the dosimetric characteristics of a shielded rectal applicator with an endocavitary balloon injected with contrast solution. The dose distributions around this applicator were calculated by the GEANT4 Monte Carlo (MC) code and measured by ionization chamber and GAFCHROMIC EBT film. A patient-specific dose calculation study was then carried out for 40 rectal treatment plans. The PTRAN_CT MC code was used to calculate the dose based on computed tomography (CT) images. This study involved the development of BrachyGUI, an integrated treatment planning tool that can process DICOM-RT data and create PTRAN_CT input initialization files. BrachyGUI also comes with dose calculation and evaluation capabilities. / We proposed a novel scatter correction method to account for the reduction in backscatter radiation near tissue-air interfaces. The first step requires calculating the doses contributed by primary and scattered photons separately, assuming a full scatter environment. The scatter dose in the patient is subsequently adjusted using a factor derived by MC calculations, which depends on the distances between the point of interest, the iridium source, and the body contour. The method was validated for multicatheter breast brachytherapy, in which the target and skin doses for 18 patient plans agreed with PTRAN_CT calculations better than 1%. / Finally, we developed a CT-based analytical dose calculation method. It corrects for the photon attenuation and scatter based upon the radiological paths determined by ray tracing. The scatter dose is again adjusted using our scatter correction technique. The algorithm was tested using phantoms and actual patient plans for head-and-neck, esophagus, and MammoSite breast brachytherapy. Although the method fails to correct for the changes in lateral scatter introduced by inhomogeneities, it is a major improvement over TG-43 and is sufficiently fast for clinical use. / En curiethérapies à haut débit de dose, la dose aux patients est évaluée selon le protocole AAPM Task-Group 43 (TG43), qui utilise des paramètres dosimétriques obtenues avec une source dans l'eau. Cependant, le patient, l'applicateur et le contraste ont des propriétés radiologiques différentes de l'eau; ces inhomogénéités sont donc négligées dans TG43. / Dans ce travail, nous utilisons le programme Monte Carlo (MC) GEANT4 pour évaluer les propriétés dosimétriques d'un applicateur rectal muni d'un blindage radio-protecteur et d'un ballon intra-cavitaire. Ces résultats sont confirmés par des mesures d'une chambre d'ionisation et des films GAFCHROMIC EBT. Une étude des calculs de dose a été faite avec le programme PTRAN_CT avec l'aide des images scanner de 40 patients de cancer rectal. Ceci a conduit au développement de BrachyGUI, un programme de planification de curiethérapie, capable de traiter les données DICOM-RT des patients et générer les paramètres d'entrée pour PTRAN_CT. BrachyGUI dispose d'outils de calcul, d'extraction et d'analyse de dose. / Nous proposons une nouvelle méthode de calcul qui tient compte des effets de diffusion au voisinage des interfaces tissus-air. Cette méthode calcule séparément la dose due aux photons primaires et diffusés, ensuite la composante diffusée est ajustée par un paramètre extrait des calculs MC incluant les contours du patient, la source et sa position. Nos résultats s'accordent avec une incertitude inferieure à 1% avec les calculs de dose à la surface et dans la cible effectués avec PTRAN_CT pour 18 patients en curiethérapie du sein. / Enfin, nous avons conçu une méthode analytique de calcul de dose qui incorpore l'atténuation et la diffusion des photons, et qui est basée sur les chemins radiologiques déterminées par traçage des trajectoires. Cet algorithme est validé par l'utilisation de fantômes, des données de patients traités pour divers cancers (oesophage, tête et cou), et par la curiethérapie MammoSite du sein. Bien que cette méthode ne reproduise pas bien les diffusions latérales induites par les inhomogénéités, elle représente une amélioration majeure par-rapport-à TG43 et est rapide pour une implémentation clinique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.86632 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Poon, Emily Sau Chee |
| Contributors | Frans Verhaegen (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Electrical and Computer Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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