Les calculs de dose en curiethérapie à bas débit reposent depuis 1995 sur un formalisme
qui considère le milieu irradié comme étant homogène et constitué d’eau afin de
mieux accommoder les temps de calcul clinique. Ce travail présente une amélioration
de ce formalisme dosimétrique issu du protocole TG-43 de l’AAPM (American Association
of Physicists in Medicine), utilisé actuellement dans les systèmes de planification
de traitement (SPT) clinique. Avec l’ajout d’un tracé radiologique pour tenir compte
des hétérogénéités et en séparant la dose primaire de la dose diffusée, il est possible
de raffiner les calculs dosimétriques. Or, cette modification au calcul le rendant plus
complexe était coûteuse en temps d’exécution jusqu’à très récemment. Elle se voit matérialisée
dans ce travail avec l’arrivée récente de la technologie GPGPU, les calculs
scientifiques sur périphériques graphiques. En exploitant le parallélisme des calculs de
dose en curiethérapie à bas débit pour les implants permanents, l’algorithme baptisé
TG-43-RT pour TG-43 avec tracé de rayons (Ray-Tracing en anglais) permet d’obtenir
des facteurs d’accélération de l’ordre de 103 par rapport au CPU. Seulement 0.5 s
par source est requis dans une géométrie de 1003 voxels, et les dosimétries d’anatomies
hétérogènes sont sensiblement améliorées. Le TG-43-RT corrige les dépôts de dose en
aval des hétérogénéités et réduit les effets indésirables de l’atténuation inter-sources.
Des écarts de dose de plus de 80% au-delà d’une calcification avaient de quoi influencer
les HDV, or, le TG-43-RT ramène ces déviations en-deçà de l’incertitude de 8.7% (2σ)
concédée par les SPT, tel qu’établi dans le TG-138. Les simulations Monte Carlo ont
été employées pour servir de référence absolue à la méthode développée et quantifier les
améliorations dosimétriques relatives à l’actuel calcul de dose. L’algorithme a été testé
d’un point de vue clinique dans un fantôme de prostate avec des sources d’125I et dans
un fantôme de sein avec des sources de 103Pd pour unifier les corrections apportées. / Brachytherapy dose calculations have been relying since 1995 on a formalism that
considers the whole geometry as a homogeneous water tank. This gives the opportunity
to compute dose distributions within a reasonable clinical timeframe, but with
considerable approximations that can influence or even change the treatment. This
work presents an upgraded version of this formalism derived from the TG-43 protocol
(AAPM), currently used in actual treatment planning systems. The new algorithm includes
a primary and scatter dose separation using ray-tracing operation to account for
heterogeneities through the medium. These modifications to the dose calculation are
very power consuming and too long for the clinical needs when executed on modern
CPUs. With the GPGPU technology, a GPU-driven algorithm allows a complex handling
of the anatomic heterogeneities in the dose calculation and keeps execution times
below 0.5 s/seed. The algorithm was named TG-43-RT for TG-43 with Ray-Tracing
and accelerations factors of three order of magnitude were obtained over a regular CPU
implementation.
The TG-43-RT algorithm adequatly corrects dose deposition along heterogeneities
and it reduces interseed attenuation effects. Dose is scored in the medium instead of
water, which also applies a severe correction for high heterogeneous medium like the
breast. Deviations of more than 80% in dose deposition were obtained over calcification
inside the prostate when compared to Monte Carlo simulations. This kind of deviation
influences DVH shape. However, the TG-43-RT was keeping those deviations within the
8.7% uncertainty range (2σ) associated with a regular TG-43 evaluation as stated in
the TG-138. Monte Carlo simulations were used as a gold standard to get an absolute
dose calculation reference. The algorithm was also tested in a prostate phantom with
125I seeds and in a breast phantom with 103Pd seeds to mimic real anatomic geometries
and unify the applied corrections.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2012/29312 |
| Date | 09 1900 |
| Creators | Bourque, Alexandre |
| Contributors | Després, Philippe, Beaulieu, Luc |
| Publisher | Université Laval |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Rights | © Alexandre Bourque, 2012 |
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