Published December 9, 2009
| Version v1
Report
Open
Dosimetric control of radiotherapy treatments by Monte Carlo simulation of transmitted portal dose image
Description
This research thesis addresses the dosimetric control of radiotherapy treatments by using amorphous silicon digital portal imagery. In a first part, the author reports the analysis of the dosimetric abilities of the imager (iViewGT) which is used in the radiotherapy department. The stability of the imager response on a short and on a long term has been studied. A relationship between the image grey level and the dose has been established for a reference irradiation field. The influence of irradiation parameters on the grey level variation with respect to the dose has been assessed. The obtained results show the possibility to use this system for dosimetry provided that a precise calibration is performed while taking the most influencing irradiation parameters into account, i.e. photon beam nominal energy, field size, and patient thickness. The author reports the development of a Monte Carlo simulation to model the imager response. It models the accelerator head by a generalized source point. Space and energy distributions of photons are calculated. This modelling can also be applied to the calculation of dose distribution within a patient, or to study physical interactions in the accelerator head. Then, the author explores a new approach to dose portal image prediction within the frame of an in vivo dosimetric control. He computes the image transmitted through the patient by Monte Carlo simulation, and measures the portal image of the irradiation field without the patient. Validation experiments are reported, and problems to be solved are highlighted (computation time, improvement of the collimator simulation)
Abstract (French)
Le sujet principal de cette these est le controle dosimetrique des traitements en radiotherapie par l'utilisation de l'imagerie portale numerique au silicium amorphe (a-Si). A l'origine, les systemes d'imagerie portale numerique (Electronic Portal Imaging Device ou EPID) ont ete concus pour la verification du positionnement du patient par rapport aux champs d'irradiation de son traitement. Depuis, plusieurs travaux ont mis en avant les proprietes dosimetriques de ces imageurs et leurs applications pour le controle dosimetrique in vivo. Dans une premiere partie nous avons analyse les capacites dosimetriques de l'imageur au silicium amorphe, iViewGT (Elekta) utilise en clinique dans le service de radiotherapie du Centre Leon-Berard. Une premiere etape a consiste a etudier la stabilite de la reponse de l'imageur a court et long terme. Puis, une relation entre le niveau de gris de l'image portale et la dose a ete etablie pour un champ d'irradiation de reference. La seconde etape a permis d'estimer l'influence des parametres d'irradiation sur la variation du niveau de gris en fonction de la dose. Nos resultats mettent en evidence la faisabilite d'utiliser ce systeme pour la dosimetrie a condition de proceder a un etalonnage precis, prenant en compte les parametres d'irradiations les plus influents tels que: l'energie nominale du faisceau de photons, la taille du champ et l'epaisseur du patient. Malgre la complexite de l'etalonnage dosimetrique des imageurs portals, plusieurs equipes ont cherche a modeliser la reponse de l'imageur par etalonnage. Nous avons choisi une voie complementaire, nous proposons de simuler la reponse de l'iViewGT par methode Monte Carlo. Nous avons ainsi modelise par methode Monte Carlo un faisceau de photons produit par un accelerateur lineaire (PRECISE d'Elekta) sur lequel l'imageur etudie est embarque. Notre approche a consiste a modeliser la tete de l'accelerateur par un point source generalise. Ce travail a necessite deux etapes: la modelisation precise des elements qui constituent la tete de l'accelerateur et la validation de la modelisation a partir de mesures experimentales. En s'appuyant sur la technique des espaces des phases, nous avons calcule les distributions spatiales et energetiques des photons a la sortie de l'accelerateur. Le but de ce travail etait de pouvoir disposer d'un faisceau de photons in silico afin de l'utiliser pour predire la reponse de l'imageur portal. Cette modelisation peut egalement etre a la base d'autres applications telles que le calcul de la distribution de dose au sein d'un patient ou encore l'etude des interactions physiques ayant lieu dans la tete de l'accelerateur. Nous avons ainsi mis a profit ces deux premieres etudes pour explorer une premiere approche de methode de prediction d'images de dose portales transmises dans le cadre du controle dosimetrique in vivo. Notre methode consiste a calculer l'image de transmission a travers le patient par simulation Monte Carlo et a mesurer l'image portale du champ d'irradiation sans le patient. Cette approche implique la prise en compte du patient et de l'imageur dans les calculs Monte Carlo. Nous avons donc modelise l'iViewGT (a partir des donnees constructeur) et le patient (a partir de ses donnees tomodensitometriques). Le produit de l'image de transmission simulee par l'image portale mesuree donne l'image de dose portale predite. Le controle dosimetrique in vivo s'effectue alors en comparant l'image portale predite a l'image reelle acquise pendant le traitement du patient. Les premieres validations de notre methode de prediction d'image de dose portale transmise ont consiste a comparer la transmission portale obtenue a partir de l'acquisition d'images portales a celle obtenue a partir de simulation Monte Carlo. Ces comparaisons ont ete evaluees pour differentes configurations. Les resultats obtenus donnent des ecarts inferieurs a 2 pc entre les transmissions mesurees et simulees. Ces premiers resultats permettent d'envisager la faisabilite d'un controle dosimetrique in vivo des patients a partir des imageurs po rtals numeriques. Toutefois, plusieurs problemes restent encore a resoudre avant d'envisager une application en clinique. Premierement, le temps de calcul des simulations Monte Carlo, encore trop long, limite l'application clinique de notre methode de prediction. Par ailleurs, la modelisation de l'accelerateur est a perfectionner, notamment la simulation du collimateur multi-lames. De meme, il convient d'encore mieux comprendre les phenomenes physiques mis en jeu dans la formation de l'image portale afin de les modeliser le plus precisement possible. D'autre part, la conversion des niveaux de gris de l'image portale en image de dose implique un etalonnage dosimetrique complexe des imageurs portales. Enfin, leur utilisation plus frequente va necessiter le developpement et la mise en place d'un controle qualite rigoureux. L'imagerie portale numerique a-Si peut etre a terme un excellent moyen de controle dosimetrique in-vivo, relativement peu encombrant et facile d'utilisation. Il convient cependant de s'assurer du bon positionnement du patient avant d'effectuer le controle dosimetrique. L'association d'un imageur cone beam et d'un imageur portal semble etre une voie interessante pour resoudre ce probleme. (auteur)Files
46058135.pdf
Files
(7.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:09bb32eb254f6acba7a9d47cba4d8f30
|
7.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Controle dosimetrique des traitements de radiotherapie par simulation Monte Carlo de l'image de dose portale transmise
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 217 p.
- Report number
- FRNC-TH--9063
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 46058135
- Subject category
- S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AMORPHOUS STATE; COMPUTERIZED CONTROL SYSTEMS; COMPUTERIZED SIMULATION; COMPUTERIZED TOMOGRAPHY; DOSIMETRY; IMAGE PROCESSING; IN VIVO; MATHEMATICAL MODELS; MONTE CARLO METHOD; RADIATION DOSES; RADIATION MONITORING; RADIOTHERAPY; SILICON
- Descriptors DEC
- CALCULATION METHODS; CONTROL SYSTEMS; DIAGNOSTIC TECHNIQUES; DOSES; ELEMENTS; MEDICINE; MONITORING; NUCLEAR MEDICINE; ON-LINE CONTROL SYSTEMS; ON-LINE SYSTEMS; PROCESSING; RADIOLOGY; SEMIMETALS; SIMULATION; THERAPY; TOMOGRAPHY
Optional Information
- Notes
- 95 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/contacts/