# Etude de faisabilité dans le but d'établir une référence en dose absorbée dans l'eau pour la tomothérapie

Loïc de Carlan, S Sorel, A. Ostrowsky, F. Delaunay

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Loïc de Carlan, S Sorel, A. Ostrowsky, F. Delaunay. Etude de faisabilité dans le but d'établir une référence en dose absorbée dans l'eau pour la tomothérapie. SFPM 2008 - 47es Journées Scientifiques de la Société Française de Physique Médicale, Jun 2008, Marseille, France. cea-05460413

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# ETUDE DE FAISABILITE DANS LE BUT D'ETABLIR UNE REFERENCE EN DOSE ABSORBEE DANS L'EAU POUR LA TOMOTHERAPIE.

L. de Carlan, S. Sorel, A. Ostrowsky et F. Delaunay

CEA-Institut LIST, CEA Saclay, LNHB- Laboratoire de Métrologie de la Dose – Bt 534 91 191 Gif/Yvette
loic.decarlan@cea.fr

## 1. Introduction

Les références dosimétriques pour la radiothérapie sont basées principalement sur le protocole TRS398 [1] et le TG-51 [2]. Ces références pour la dosimétrie des photons reposent sur l'utilisation d'un accélérateur linéaire médical muni d'un cône égalisateur dans un champ carré de 10x10 cm² et à une profondeur de 10 cm dans l'eau. Les nouvelles modalités de traitement utilisant la radiothérapie conformationnelle par modulation d'intensité (RCMI) utilisent des champs de plus en plus petits et des conditions de traitement pouvant être assez différentes de celles de l'étalonnage. C'est le cas par exemple des appareils de tomothérapie qui sont différents des accélérateurs linéaires classiques. En effet, cette technique utilise un accélérateur de 6 MV sans cône égalisateur, placé sur un anneau de type scanner pour permettre une meilleure conformation du traitement.
L'objectif de cette communication est de présenter les travaux réalisés au Laboratoire National Henri Becquerel afin d'étudier la faisabilité dans le but d'établir une référence de dose absorbée dans l'eau pour la tomothérapie.

## 2. Bref rappel de la méthode de traitement par tomothérapie

La tomothérapie associe un petit accélérateur produisant des photons de 6 MV délivrant une irradiation avec modulation d'intensité et un scanner intégré, ce qui permet de guider l'irradiation par l'image. Le traitement se déroule en mode hélicoïdal : l'accélérateur est installé dans un anneau qui tourne autour du patient, celui-ci se déplaçant longitudinalement.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1 : Photo d'un appareil de tomothérapie</figcaption></figure>

L'accélérateur utilisé en tomothérapie ne possède pas de cône égalisateur pour permettre une fluence de photons plus importante. De plus, cet appareil est muni d'un collimateur multi-lames de champ maximal 5x40 cm². Enfin, l'anneau qui porte l'accélérateur ayant un rayon de courbure limité, il n'est pas possible de se mettre dans les conditions standard de distance du TRS398. Ainsi, les différences dans les conditions d'établissement de la référence en dose absorbée dans l'eau sont résumées comme suit :

### Conditions de références tomothérapie

- Champ : 5x10 cm

- Distance de référence : 85 cm (DSP)

- Accélérateur sans cône égalisateur

### Conditions de références radiothérapie

- Champ : 10x10 cm

- Distance de référence : 100 cm (DSP, TG-51)

- Accélérateur avec cône égalisateur
De ces différences, il ressort qu'il n'est pas possible d'utiliser les références classiques obtenues avec un accélérateur linéaire pour les appliquer à la tomothérapie, c'est pourquoi le LNHB a réalisé une étude de faisabilité d'établissement de la référence en dose absorbée dans l'eau pour la tomothérapie en utilisant l'accélérateur Sature 43 du LNHB

### 3. Matériel et méthode

Même s'il n'existe pas de référence en dose absorbée dans l'eau pour la tomothérapie, Thomas et al. [3] proposent d'établir une référence dérivée à partir d'une part de la mesure du %dd(10)x (protocole TG-51) obtenu pour la tomothérapie et d'autre part d'un tableau de kQ obtenu par simulation Monte-Carlo pour une chambre d'ionisation Exradin A1SL. C'est sur cette méthode que se base l'étude présentée ici. Cependant, le LNHB ne possédant pas d'appareil de tomothérapie, il a été étudié la possibilité de créer des faisceaux aussi semblables que possible de ceux de tomothérapie à l'aide de l'accélérateur Saturne 43 du LNHB. Pour cela, le cône égalisateur du 6 MV a été retiré et trois faisceaux d'énergie différente ont été obtenus en modifiant le champ magnétique de la déviation de l'énergie nominale pour le faisceau de 6 MV. La qualité des faisceaux ainsi obtenus a été caractérisée par leur %dd(10)x en suivant les recommandations du TG-51. Néanmoins, il est important de noter que la cible utilisée pour créer les photons est différente entre le saturne 43 et un appareil de tomothérapie ce qui se manifeste par une différence sur le spectre de photons et donc sur la qualité du faisceau correspondant.

### 4. Résultats

#### ➤ Détermination des %dd(10)x

La détermination des %dd(10)x pour les trois qualités de faisceaux a été faite en utilisant une chambre plate (PTW 34001 de type Roos) et une chambre Exradin A1SL. Les mesures on été corrigées de la recombinaison, de la polarité et des effets de paroi. Le tableau 1 résumé les résultats obtenus.

<table><caption>Tableau 1 : Récapitulatif des %dd(10)x pour les chambres Exradin A1SL et PTW 34001 en fonction de l'énergie.</caption><thead><tr><td>Qualité</td><td>PTW 34001</td><td>Exradin A1 SL</td></tr></thead><tbody><tr><td>A</td><td>59,68%</td><td>59,44%</td></tr><tr><td>B</td><td>60,34%</td><td>60,11%</td></tr><tr><td>C</td><td>61,62%</td><td>61,44%</td></tr><tr><td>u (1σ)</td><td>0,34%</td><td>0,34%</td></tr></tbody></table>

La qualité de faisceau B correspond au réglage standard du faisceau de 6 MV tandis que les deux autres qualités ont été obtenues en modifiant le champ magnétique de la déviation. Les valeurs obtenues des %dd(10)x avec les deux chambres d'ionisation sont en bon accord, celles retenues pour la détermination des kQ sont celles obtenues avec l'Exradin car c'est celle qui est recommandée dans la référence 3 même si le point de mesure des chambres cylindriques est plus difficile à estimer que celui des chambres plates.

#### ➤ Détermination des kQ pour les qualités de faisceaux obtenues

La référence [3] propose un tableau de correspondance entre les %dd(10)x en conditions de tomothérapie et les %dd(10)x en conditions standard (TG-51) ainsi que les kQ correspondant à partir de simulations Monte-Carlo. Ce tableau est reporté ci-dessous :
<table><caption>Tableau 2 : Correspondance $k_Q$-%dd(10)$_x$ en condition de tomothérapie [3].</caption><thead><tr><th>Energie moyenne des<br>électrons incidents<br>(MeV)</th><th>k<sub>Q</sub> tomothérapie selon<br>TG-51</th><th>%dd(10)<sub>x</sub> tomothérapie</th><th>%dd(10)<sub>x</sub> TG-51</th></tr></thead><tbody><tr><td>5,25</td><td>0,9981(2)</td><td>58,8%(3)</td><td>59,8%(+16/-6)</td></tr><tr><td>5,50</td><td>0,9976(2)</td><td>59,2%(3)</td><td>62,2%(+7/-4)</td></tr><tr><td>5,75</td><td>0,9972(2)</td><td>59,8%(3)</td><td>63,0%(+4/-5)</td></tr><tr><td>6,00</td><td>0,9967(2)</td><td>60,4%(3)</td><td>63,9%(+4/-4)</td></tr><tr><td>6,25</td><td>0,9963(2)</td><td>60,8%(3)</td><td>64,6%(+3/-3)</td></tr></tbody></table>

A partir de ce tableau on peut rechercher une courbe d'interpolation pour connaître le $k_Q$ en fonction du %dd(10)$_x$ (cf tableau 3). Cette interpolation a été réalisée par le logiciel table curve® avec une équation du type $k_Q=a+b.lnx/x^2+c/x^2+d$.exp(-x) avec $x=%dd(10)_x$ en mode tomothérapie, exprimé en % (par exemple 60,4). Les valeurs des différents coefficients sont :

$$a=-0,41337118 \quad b=10267,409 \quad c=-36965,396 \quad d=1,4502008.10^{23}$$

cette interpolation n'introduit pas d'incertitude supplémentaire quant au calcul du $k_Q$ pour une nouvelle valeur de %dd(10)$_x$. Par ailleurs, on a ajouté dans ce tableau l'énergie moyenne des électrons correspondant aux %dd(10)$_x$ mesurés.

<table><caption>Tableau 3 : Calculs des $k_Q$ pour la chambre Exradin A1SL en condition de tomothérapie.</caption><thead><tr><th>%dd(10)<sub>x</sub> Exradin<br>A1 SL</th><th>k<sub>Q</sub></th><th>Energie moyenne<br>des électrons<br>(MeV)</th></tr></thead><tbody><tr><td>59,44%</td><td>0,9974(2)</td><td>5,60</td></tr><tr><td>60,11%</td><td>0,9970(2)</td><td>5,92</td></tr><tr><td>61,44%*</td><td>0,9953</td><td>6,55</td></tr></tbody></table>

L'énergie moyenne des électrons est calculée à partir des données du tableau 2.

*:valeur de %dd(10)$_x$ hors du domaine de validité fourni dans la référence [3] donc les valeurs déduites ne sont données qu'à titre indicatif.

## 5. Conclusion

L'objectif de cette communication visait à vérifier s'il est possible d'utiliser l'accélérateur Saturne 43 du LNHB sans cône égalisateur pour reproduire un faisceau type tomothérapie. Les mesures de l'indice de qualité %dd(10)$_x$ ont été effectuées afin de vérifier si l'indice de qualité obtenu se situait bien dans la plage usuelle correspondant aux faisceaux de tomothérapie. Il a ainsi pu être montré que les qualités de faisceaux obtenues sont assez proches de celles présentées dans la référence 3. Il faut cependant souligner que la cible utilisée sur le saturne 43 est assez différente de celle dans les appareils de tomothérapie.

Dans une seconde étape, les valeurs des $k_Q$ pour une chambre d'ionisation Exradin A1SL ont été déterminées à partir des données de la référence 3 et d'une interpolation adéquate ce qui permet de calculer le coefficient d'étalonnage de cette chambre d'ionisation dans ces conditions.

[1] IAEA Technical Report Series n°398 2000 *Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy Vienna (IAEA)*

[2] Almond P.R., Biggs P. J., Hanson W. F., Huq M. S., Nath R., Roggers D. W. O. AAPM's TG-51 protocol for clinical reference dosimetry for high-energy photon and electron beams Med. Phys. 26 (9), September 1999

[3] Thomas S. D., Mackenzie M., Rogers D. W. O., Fallone B. G., A Monte Carlo derived TG-51 equivalent calibration for helical tomotherapy Med. Phys. 32 (5), May 2005