Brevet FR3128794A1 — publié le 20230505

TITRE : Procédé de détermination d’une dose de rayonnement ionisant absorbée par un film radiosensible sous forme de polymère solide présentant des propriétés radiofluorogéniques. L’invention concerne un procédé de détermination d’une dose de rayonnement ionisant absorbée par un film radiosensible sous forme d’un polymère solide caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fournir au moins un film radiosensible sous forme d’un polymère solide, à savoir un polymère solide dopé avec un activateur et avec une molécule radiosensible, présentant par ailleurs des propriétés radiofluorogéniques; b) mesurer la réponse en fluorescence dudit au moins un film ; c) irradier ledit au moins un film ; d) mesurer la réponse en fluorescence dudit au moins un film ainsi irradié ; e) déterminer une variation de fluorescence dudit au moins film entre l’étape d) et l’étape b), ceci permettant finalement de déterminer la dose de rayonnement ionisant absorbée par ledit au moins film. Procédé de détermination d’une dose de rayonnement ionisant absorbée par un film radiosensible sous forme de polymère solide présentant des propriétés radiofluorogéniques. Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de la détection d’un rayonnement ionisant. Elle vise notamment les applications de dosimétrie en radiothérapie comme le contrôle qualité machines ou le suivi dosimétrique patient. Des applications en radiobiologie ou encore en radioprotection sont également visées. Etat de la technique La dosimétrie par film est une technique répandue en radiothérapie qui offre la possibilité d’obtenir une distribution de dose en 2D avec une haute résolution spatiale. Elle peut être utilisée pour le contrôle qualité (CQ) de faisceaux complexes comme par exemple en Radiothérapie Conformationnelle par Modulation d’Intensité (RCMI), en radiothérapie stéréotaxique ou en radiothérapie FLASH). Elle trouve également des applications en radiobiologie. Les films les plus utilisés sont les films radiochromiques. Il en existe deux grandes familles. La première famille concerne les films dont la couche active est constituée de monomères polymérisant sous l’effet d’un rayonnement ionisant pour former des macromolécules. Ces macromolécules doivent présenter des propriétés optiques différentes de celles du monomère initial, pour permettre de remonter à la dose absorbée post-irradiation. Les films radiochromiques nommés GAFchromic TM appartiennent à cette première famille. La couche active est à base de cristaux diacétyléniques (monomères) qui sous l’effet d’un rayonnement ionisant forment des chaînes de polydiacéthylène. La polymérisation du film implique un changement de l’absorbance du film, avant et après irradiation, que l’on peut mesurer avec un spectrophotomètre ou un densitomètre. Ils sont actuellement employés en radiothérapie notamment pour le contrôle de la qualité des faisceaux, ou en radiobiologie. Leur emploi peut d’ailleurs s’effectuer in vivo pour la radiothérapie, principalement pour les techniques spéciales comme les irradiations corporelles totales ou des mesures de dose directement à la peau. En effet, ces films présentent une limite de sensibilité de l’ordre de 0,01 Gy à la dose de rayonnement ionisant absorbée, compatible avec ce type d’usage. La deuxième famille concerne les polymères solides dont l’élément actif est une molécule radiochromique transparente (avant irradiation) qui sous l’effet d’un rayonnement ionisant et d’un activateur, subit une modification structurelle et un changement de coloration. Là aussi, l’analyse du changement de coloration du film est basée sur une mesure d’une variation de l’absorbance du film avant et après irradiation. En effet, le changement de couleur implique une modification dans le spectre d’absorption dépendant de la dose absorbée dans le film. Typiquement, ces films présentent une limite de sensibilité de l’ordre de 0,2 à 0,5 Gy. En conséquence, ces films sont difficilement employables pour des applications in vivo en radiothérapie. Ils sont toutefois largement employés pour créer des fantômes 3D visant le contrôle qualité des traitements de radiothérapie. Malgré une sensibilité moindre que les films radiochromiques de type GAFchromic TM , les films radiochromiques à base de polymère solide présentent des avantages pratiques comme une mise en forme à façon relativement aisée pour tous types d’usage, une insensibilité à l’oxygène et des coûts de fabrication moindres. Ceci a pour conséquence que de nombreux groupes de recherches cherchent à améliorer leur sensibilité pour combiner les différents avantages. L’amélioration de la sensibilité (à la dose de rayonnement ionisant absorbée) d’un film radiochromique à base de polymère solide est donc un thème de recherche actif. Les recherches conduites à cet égard portent sur la formulation du film. Cela peut résider dans le choix du polymère solide. Cela peut aussi résider dans le choix de la molécule radiochromique présente dans le polymère solide, ou sa concentration dans ce polymère. Cela peut encore résider en un dopage additionnel du polymère solide : incorporation de nanoparticules de numéro atomique (Z) élevé (e.g. nanoparticules d’or, nanoparticules de Bi 2 O 3 ), incorporation de complexes organométalliques à base de métaux lourds (e.g. néodécanoate de bismuth, octoate de zinc, etc.). Ces recherches mènent à des résultats plus ou moins satisfaisants. Un objectif de l’invention est d’améliorer la sensibilité de détection d’un film radiosensible se présentant sous la forme d’un polymère solide. A cet effet, l’invention propose un procédé de détermination d’une dose de rayonnement ionisant absorbée par un film radiosensible sous forme d’un polymère solide, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fournir au moins un film radiosensible sous forme d’un polymère solide, à savoir un polymère solide dopé avec un activateur et avec une molécule radiosensible présentant par ailleurs des propriétés radiofluorogéniques; b) mesurer la réponse en fluorescence dudit au moins un film ; c) irradier ledit au moins un film ; d) mesurer la réponse en fluorescence dudit au moins un film ainsi irradié ; e) déterminer une variation de fluorescence dudit au moins film entre l’étape d) et l’étape b), ceci permettant finalement de déterminer la dose de rayonnement ionisant absorbée par ledit au moins film. Le dispositif selon l’invention pourra comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - la molécule radiosensible du film fourni à l’étape a) présentant également des propriétés radiochromiques, le procédé comprend alors les étapes additionnelles consistant à : B) mesurer, entre l’étape a) et l’étape c) la réponse en absorbance dudit au moins un film ; D) mesurer, après l’étape c) la réponse en absorbance dudit au moins un film ; et E) déterminer une variation d’absorbance dudit au moins un film entre l’étape D) et l’étape B) ; - les étapes B) et D) sont réalisées au moins dans le domaine visible et/ou dans le proche ultraviolet ; les étapes b) et d) sont réalisées dans le proche infrarouge et/ou le visible et/ou l’ultraviolet ; - le polymère solide est un polymère à base de polysiloxanes, de polyuréthane, de poly(méth)acrylates, par exemple le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), de polystyrènes, de copolymères d'oléfines cycliques (COC), de polyoléfines, de polycarbonates, de résines époxy, de polyesters, de polysulfones, ou encore les copolymères comme le styrène-acrylonitrile ou les terpolymères comme l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) ; - la molécule radiosensible est choisie parmi l’une au moins des familles suivantes : les diphénylméthanes et triphénylméthanes, les fluoranes, les sels de diazonium, les fulgides, fulgimides, les diaryléthènes, les dithiényléthènes, les polydiacéthylènes, les leuco-colorants oxaziniques, les spiropyranes, les spirooxazines, les chromènes et les colorants anthroquinoniques ; - la molécule radiosensible est choisi parmi : le Leuco Cristal Violet (LCV), le Leuco Vert de Malachite (LVM), ou leurs dérivés ; - on détermine une répartition de la dose absorbée par ledit au moins un film selon au moins deux dimensions du film ; - l’étape a) consiste à fournir un empilement de plusieurs films radiosensibles identiques, se présentant chacun sous la forme d’un polymère solide, à savoir un polymère solide dopé avec un activateur et avec une molécule radiosensible présentant par ailleurs des propriétés radiofluorogéniques, l’empilement étant réalisé selon une dimension perpendiculaire aux deux dimensions d’extension principales d’un film, de sorte que la mise en œuvre dudit procédé aboutit à obtenir une détection de la répartition en trois dimensions de la dose de rayonnement absorbée par ledit empilement ; - la molécule radiosensible présente également des propriétés radiochromiques. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés et pour lesquels : La est un organigramme des étapes du procédé conforme à l’invention ; La représente la structure chimique des triphénylméthanes ; La représente la réaction chimique transformant le Leuco Vert de Malachite (LVM, non coloré) en vert de malachite (VM) en présence d’un activateur et d’une source d’énergie, à savoir le rayonnement ionisant ; La représente un spectre d’absorbance d’un film à base de polymère solide (Sylgard 184®) avant et après irradiation ; La représente le spectre d’absorption du film à base de polymère solide (Sylgard 184® ) en fonction de la dose, pour chacun des deux pics de la figure 4(a) ; La représente, pour une dose donnée, le signal d’absorbance et le signal de fluorescence obtenus sur un film à base de polymère solide à propriétés radiofluorogéniques et radiochromiques, en fonction de la longueur d’onde ; La représente, pour différentes doses, une mesure d’absorbance d’un film à base de polymère solide, en fonction de la longueur d’onde ; La représente, pour différentes doses, une mesure de fluorescence en fonction de la longueur d’onde et conformément à l’invention, avec le film lu en absorbance sur la ; La représente une variation absolue d’un signal de mesure représentatif soit d’une variation d’absorbance, soit d’une variation en fluorescence d’un film à base de polymère solide lu conformément à l’invention, en fonction de la dose de rayonnement ionisant absorbée par le film ; et La représente une mesure bidimensionnelle réalisée sur un film radiochromique et radiofluorogénique sous forme de polymère solide, avec un profil de réponse en absorbance d’un film de polysiloxane – LVM irradié ; La représente une mesure bidimensionnelle réalisée sur le même film que celui de la radiochromique et radiofluorogénique sous forme de polymère solide, avec un profil de réponse en fluorescence. Procédé de détermination d’une dose de rayonnement ionisant absorbée par un film radiosensible sous forme d’un polymère solide, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fournir au moins un film radiosensible sous forme d’un polymère solide, à savoir un polymère solide dopé avec un activateur et avec une molécule radiosensible présentant par ailleurs des propriétés radiofluorogéniques; b) mesurer la réponse en fluorescence dudit au moins un film ; c) irradier ledit au moins un film ; d) mesurer la réponse en fluorescence dudit au moins un film ainsi irradié ; e) déterminer une variation de fluorescence dudit au moins film entre l’étape d) et l’étape b), ceci permettant finalement de déterminer la dose de rayonnement ionisant absorbée par ledit au moins film. Procédé selon la revendication 1, la molécule radiosensible du film fourni à l’étape a) présentant également des propriétés radiochromiques, le procédé comprend alors les étapes additionnelles consistant à : B) mesurer, entre l’étape a) et l’étape c) la réponse en absorbance dudit au moins un film ; D) mesurer, après l’étape c) la réponse en absorbance dudit au moins un film ; et E) déterminer une variation d’absorbance dudit au moins un film entre l’étape D) et l’étape B). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les étapes B) et D) sont réalisées au moins dans le domaine visible et/ou dans le proche ultraviolet. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les étapes b) et d) sont réalisées dans le proche infrarouge et/ou le visible et/ou l’ultraviolet. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le polymère solide est un polymère à base de polysiloxanes, de polyuréthane, de poly(méth)acrylates, par exemple le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), de polystyrènes, de copolymères d'oléfines cycliques (COC), de polyoléfines, de polycarbonates, de résines époxy, de polyesters, de polysulfones, ou encore les copolymères comme le styrène-acrylonitrile ou les terpolymères comme l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la molécule radiosensible est choisie parmi l’une au moins des familles suivantes : les diphénylméthanes et triphénylméthanes, les fluoranes, les sels de diazonium, les fulgides, fulgimides, les diaryléthènes, les dithiényléthènes, les polydiacéthylènes, les leuco-colorants oxaziniques, les spiropyranes, les spirooxazines, les chromènes et les colorants anthroquinoniques. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la molécule radiosensible est choisi parmi : le Leuco Cristal Violet (LCV), le Leuco Vert de Malachite (LVM), ou leurs dérivés. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on détermine une répartition de la dose absorbée par ledit au moins un film selon au moins deux dimensions du film. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’étape a) consiste à fournir un empilement de plusieurs films radiosensibles identiques, se présentant chacun sous la forme d’un polymère solide, à savoir un polymère solide dopé avec un activateur et avec une molécule radiosensible présentant par ailleurs des propriétés radiofluorogéniques, l’empilement étant réalisé selon une dimension perpendiculaire aux deux dimensions d’extension principales d’un film, de sorte que la mise en œuvre dudit procédé aboutit à obtenir une détection de la répartition en trois dimensions de la dose de rayonnement absorbée par ledit empilement. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la molécule radiosensible présente également des propriétés radiochromiques.