Modélisation Monte-Carlo d'un accélérateur linéaire pour la prise en compte des densités pulmonaires dans le calcul de la dose absorbée en radiothérapie stéréotaxique

Le calcul de la distribution de dose en Radiotherapie externe se fait en routine clinique a l'aide de Systemes de Planification de Traitement (TPS) commerciaux. Les algorithmes de calcul de ces TPS ont enormement progresse ces dernieres annees. Cependant ils sont bases sur des approximations qui restent acceptables pour la plupart des conditions cliniques mais qui montrent leurs limites dans certains cas notamment avec des petites tailles de champ d'irradiation et/ou des faibles densites massiques dans un milieu. Or ces deux conditions sont pourtant reunies dans le cadre de la radiotherapie stereotaxique des tumeurs bronchiques. Si quelques etudes ont ete realisees pour des densites massiques classiques de poumon, aucune n'a ete realisee pour des densites pulmonaires tres faibles comme par exemple lorsque le patient est traite en inspiration profonde (" Deep Inspiration BreathHold ", i.e. DIBH). Mes travaux de recherche de these proposent une etude du calcul de dose pour differentes densites massiques et differentes tailles de champ en se basant sur un modele Monte-Carlo (MC). La premiere etape modelise un accelerateur de type TrueBeam(r) (Varian, Palo Alto, CA) en utilisant les donnees du constructeur. Le modele est construit a l'aide de la plateforme GATE basee sur la librairie Geant4. Les elements principaux de la tete de l'appareil sont modelises. Les espaces de phases (fichiers de particules) fournis par le constructeur au format " . IAEAphsp " sont situes en amont des mâchoires. Pour valider ce modele, une serie de champs simples (3x3 a 20x20 cm2) dans un fantome d'eau sont implementes pour des faisceaux de photons de 6X FF (" Flattening Filter "), 6X FFF, 10X FF et 10X FFF (" Flattening Filter Free "). Les resultats (profils, rendements de dose) sont compares a des mesures de reference obtenues dans une cuve d'eau : respectivement 99% et 97% des points de dose des rendements et des profils respectent les criteres de gamma index de 2%-2mm. Une fois le modele valide, nous avons realise une serie de simulations pour des champs de petites tailles (3x3 a 8x8 cm2) avec des fantomes heterogenes de formes simples, pour lesquels la mesure reste accessible. Pour cette derniere, ont ete inseres des films radio-chromiques dans des fantomes composes de plaques de PMMA et de deux types de liege de densite 0,12 et 0,24 correspondant respectivement aux poumons en DIBH et en respiration libre. Les resultats du modele MC pour les quatre energies ont ete confrontes aux mesures experimentales et aux algorithmes AAA et Acuros (Varian). De facon generale l'algorithme AAA surestime la dose au sein de l'heterogeneite pulmonaire pour les petites tailles de champ et les faibles densites massiques. Par exemple, pour un champ de 3x3 cm2 et une densite de 0,12 au sein de l'heterogeneite, une surestimation de la dose absorbee dans le poumon de 16% est mise en evidence pour l'algorithme AAA. Enfin, le modele est utilise pour trois cas non mesurables : un objet-test numerique cylindrique heterogene, des donnees tomodensitometriques d'un patient en DIBH pour un champ fixe et en arc-therapie en condition de stereotaxie pulmonaire. Les resultats ont demontre respectivement pour les etudes sur TDM une surestimation de la dose dans la tumeur de 7% et 5,4% et dans le poumon de 14% et 9,6% par AAA. D'un point de vue clinique, cela se traduit par un sous-dosage du patient et donc un risque de recidive.