La curiethérapie à haut débit de dose (HDR pour High Dose Rate) est une modalité de traitement du cancer qui délivre au volume cible la dose prescrite avec un débit de dose élevé. Malgré les distributions de doses hautement conformes obtenues avec cette modalité de traitement, le traitement lui-même n’est pas exempt d’erreurs. En raison des forts gradients de dose, typique de la curiethérapie, de petites erreurs dans le positionnement de la source peuvent entraîner des conséquences néfastes pour les patients. L’utilisation systématique de systèmes de vérification en temps réel est le seul moyen de savoir quelles doses ont été réellement données à la tumeur et aux organes à risque. Cette thèse présente les démarches effectuées pour créer et valider un système de dosimétrie à scintillateurs plastiques multipoints (mPSD pour Multipoint Plastic Scintillation Detector) capable d’effectuer avec précision des mesures in vivo en curiethérapie HDR. Un prototype a été optimisé, caractérisé et testé dans des conditions typiques de la curiethérapie HDR. Une analyse exhaustive a été réalisée pour obtenir un modèle optimisé du détecteur, capable de maximiser la collection de lumière de scintillation produite par l’interaction des photons ionisants. Il a été constaté que le scintillateur de longueur d’onde plus courte devrait toujours être placé plus près du photodétecteur, alors que le scintillateur émettant dans la longueur d’onde la plus élevée doit être en position distale. Si la configuration, comme mentionnée précédemment, n’est pas utilisée, des effets d’excitation et d’auto-absorption entre les scintillateurs peuvent se produire, et en conséquence, la transmission de la lumière à travers la fibre collectrice n’est pas optimale. Le détecteur a été rendu étanche à la lumière. Son noyau de 1 mm de diamètre permet son utilisation dans la majorité des applicateurs utilisés pour le parcours de la source en curiethérapie HDR avec l’192Ir. Pour la meilleure configuration du détecteur multipoints (3 mm de BCF10, 6 mm de BCF12, 7 mm BCF60), une optimisation numérique a été effectuée pour sélectionner les composants optiques (miroir dichroïque, filtre et tube photomultiplicateur (PMT pour Photomultiplier Tube)) qui correspondent le mieux au profil d’émission recherché. Ceci permet la déconvolution du signal en utilisant une approche multispectrale, en extrayant la dose de chaque élément tout en tenant compte de l’effet de tige Cerenkov. Le système de luminescence optimisé a été installé dans une boîte protectrice pour assurer la stabilité des composantes optiques lors de la manipulation. Les performances dosimétriques du système IViST (In Vivo Source Tracking) ont été évaluées en curiethérapie HDR, sur une plage clinique réaliste allant jusqu’à 10 cm de distance entre la source et les capteurs du mPSD. IViST peut simultanément mesurer la dose, trianguler la position et mesurer le temps d’arrêt de la source. En effectuant 100 000 mesures/s, IViST échantillonne suffisamment de données pour effectuer rapidement des tâches QA / QC clés, telles que l’identification d’un mauvais temps d’arrêt individuel ou des tubes de transfert interchangés. En utilisant 3 capteurs colinéaires et des informations planifiées pour une géométrie d’implant provenant des fichiers DICOM RT, la plateforme peut également trianguler la position de la source en temps réel avec une précision de positionnement de 1 mm jusqu’à 6 cm de la source. Le détecteur ne présentait aucune dépendance angulaire. Un essai clinique est actuellement en cours avec ce système. / High Dose Rate (HDR) brachytherapy is a cancer treatment modality that delivers to the target volume high doses in short amount of time in a few fractions. Despite the highly conformal dose distributions achieved with this treatment modality, the treatment itself is not free from errors. Because of the high dose gradient characteristics of the brachytherapy techniques, small errors in the source positioning can result in harmful consequences for patients. The routine use of a real-time verification system is the only way to know what dose was actually delivered to the tumor and organs at risk. This thesis presents the investigation done to obtain a Multi-point Plastic Scintillation Detector (mPSD) system capable of accurately performing in vivo dosimetry measurements in HDR brachytherapy. A first system’s prototype was optimized, characterized, and tested under typical HDR brachytherapy conditions. An exhaustive analysis was carried out to obtain an optimized mPSD design that maximizes the scintillation light collection produced by the interaction of ionizing photons. We found that the shorter wavelength scintillator should always be placed closer to the photodetector and the longer wavelength scintillator in the distal position for the best overall light-yield collection. If the latter configuration is not used, inter-scintillator excitation and self-absorption effects can occur, and as a consequence, the light transmission through the collecting fiber is not optimal. The detector was made light-tight to avoid environmental light, and its 1 mm diameter core allows their usage in most applicator channel used in 192Ir HDR brachytherapy. For the best mPSD design (3 mm of BCF10, 6 mm of BCF12, 7 mm BCF60), a numerical optimization was done to select the optical components (dichroic mirror, filter and Photomultiplier Tube (PMT)) that best match the light emission profile. It allows for signal deconvolution using a multispectral approach, extracting the dose to each element while taking into account the Cerenkov stem effect. The optimized luminescence system was enclosed into a custom-made box to preserve the optical chain stability and easy manipulation. The In Vivo Source Tracking (IViST) system’s dosimetric performance has been evaluated in HDR brachytherapy, covering a range of 10 cm of source movement around the mPSD’s sensors. IViST can simultaneously measure dose, triangulate source position, and measure dwell time. By making 100 000 measurements/s, IViST samples enough data to quickly perform key QA/QC tasks such as identifying wrong individual dwell time or interchanged transfer tubes. By using 3 co-linear sensors and planned information for an implant geometry (from DICOM RT), the platform can also triangulate source position in real-time with 1 mm positional accuracy up to 6 cm from the source. The detector further exhibited no angular dependence. A clinical trial is presently on-going using the IViST system.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/66834 |
| Date | 31 January 2021 |
| Creators | Linares Rosales, Haydee Maria |
| Contributors | Beddar, Sam, Beaulieu, Luc |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxvi, 145 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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