Academic literature on the topic 'Gel dosimétrique'

The goal of conformal radiotherapy is to concentrate the dose in a well-defined volume by avoiding the neighbouring healthy structures. This technique requires powerful treatment planning software and a rigorous control of estimated dosimetry. The usual dosimetric tools are not adapted to visualize and validate complex 3D treatment. Dosimetry by radiosensitive gel permits visualization and measurement of the three-dimensional dose distribution. The objective of this work is to report on current work in this field and, based on our results and our experience, to draw prospects for an optimal use of this technique. Further developments will relate to the realization of new radiosensitive gels satisfying, as well as possible, cost requirements, easy realization and use, magnetic resonance imagery (MRI) sensitivity, tissue equivalence, and stability. Other developments focus on scanning methods, especially in MRI to measure T1 and T2.Key words: gel dosimetry, radiation therapy, quality control.

Les techniques les plus avancés en radiothérapie sont aujourd’hui devenu des standards dans les traitements des tumeurs malignes. Or ces techniques modernes ont la particularité de fournir des distributions complexes de la dose afin de cibler au mieux le volume tumoral à traiter et de protéger au mieux le tissu sain avoisinant le volume cible. Par conséquent, le problème de l’assurance qualité prend de plus en plus d’importance dans les unités de radiophysique au sein des services de radiothérapie. Pour pallier au manque des détecteurs actuels, une approche en trois dimensions est nécessaire pour garantir la qualité des traitements. Plusieurs techniques sont en cours de développement, notamment celles des gels dosimétriques. Cependant les techniques de lecture sont soumises à différentes types d’artéfacts limitants leurs intégrations dans les pratiques courantes. Ce travail a consisté à développer une nouvelle technique de lecture optique dédiée aux gels dosimétriques, notamment les gels de polymère. Cette méthode basée sur la mesure de l’intensité diffusée utilise une approche sphérique des domaines radioformés. En utilisant la technique du taux de polarisation, le prototype développé propose de lier l’intensité diffusée à une particule sphérique homogène dont la taille évolue en fonction de la dose absorbée. Pour démontrer cette approche de faisabilité, une caractérisation des gels de polymère a été réalisée, notamment l’étude de l’indice de réfraction en fonction de la dose absorbée. Ces informations ont permis de réaliser des modélisations numériques qui ont été ensuite confrontées à l’expérimentation
The most advanced techniques in radiotherapy have now become standard in the treatment of malignant tumors. However, these modern techniques have the particularity of providing complex distributions of the dose in order to better target the tumor volume to be treated and to better protect the healthy tissue surrounding the target volume. As a result, the problem of quality assurance is becoming increasingly important in radiophysics units within radiotherapy departments. To overcome the lack of current detectors, a three-dimensional approach is necessary to guarantee the quality of treatments. Several techniques are under development, including dosimetric gels. However, reading techniques are subject to different types of artifacts limiting their integration into daily uses.This work consisted to develop a new optical reading technique dedicated to dosimetric gels, especially polymer gels. This method based on the measurement of scattered intensity uses a spherical approach of radioformed domains.Using the polarization rate technique, the developed prototype proposes to link the scattered intensity of an homogeneous spherical particle whose size evolves as a function of the absorbed dose. To demonstrate this feasibility approach, a characterization of the polymer gels was carried out, in particular the study of the refractive index as a function of the absorbed dose. This information made it possible to carry out numerical modeling which was then confronted to the experimentation

À ce jour, les seul dosimètres purement tridimensionnels (3D) sont basés sur la détection d’une propriété physique résultant d’une série de réactions chimiques radio-induites dans un volume de gel ou de plastique. Les études initiales ont généré beaucoup d’enthousiasme mais ces dosimètres 3D ne sont pas parvenus à une utilisation répandue dans les départements de radio-oncologie pour l’assurance-qualité 3D et la vérification de traitements complexes de radiothérapie moderne. Le temps et la complexité de la préparation de ces dosimètres 3D ne sont pas les raisons principales qui empêchent leur déploiement clinique. Ce sont plutôt leurs performances et la reproductibilité des mesures qui doivent être améliorées. Les plus étudiés et les plus utilisés parmi les différents types de dosimètres 3D sont les dosimètres à gels de polymère. De nombreuses compositions chimiques ont été proposées et testées pour la dosimétrie à gels de polymère. L’utilisation d’un antioxydant s’est révélée une découverte majeure dans le domaine puisque l’oxygène interfère avec le mécanisme de réponse des gels. Pourtant, un nombre croissant d’erreurs inexpliquées ont été rapportées dans les écrits et ont soulevé un doute sur la reproductibilité et la justesse des doses déterminées avec ces gels. Cette thèse a été entreprise pour étudier les sources radiochimiques d’erreurs dans les dosimètres à gels de polymère. Il était admis dans les écrits que l’utilisation d’un antioxydant permettait de contoumer tous les effets non-désirés de l’oxygène. Cette thèse démontre que cela était faux. Une méthodologie a été développée pour isoler l’effet de l’oxygène dans un gel de polymère contenant ou non un antioxydant. Les résultats ont révélé que la présence conjointe d’oxygène et d’antioxydant modifie la réponse du dosimètre. Indépendamment de la composition du dosimètre et de l’antioxydant, cet effet peut induire des erreurs dosimétriques significatives dans des mesures simples et dont les origines étaient difficilement appréciables en ignorant l’effet de l'oxygène et de l’antioxydant. Nos résultats nous permettent de postuler les réactions dominantes des antioxydants étudiés et leur devenir chimique au sein d’un gel de polymère sous irradiation. Puisque l’effet de l’oxygène et de l’antioxydant était négligé, plusieurs autres facteurs physico-chimiques faisaient l’objet d’hypothèse pour expliquer les erreurs observées. Ces facteurs incluent la compression des gels et des variations de propagation et de terminaison de la polymérisation reliées à la chaleur générée pendant la polymérisation. Des études détaillées de ces effets nous permettent de refuter ces hypothèses. Nos résultats nous permettent d’analyser, de catégoriser et de proposer des explications sur l’origine des erreurs dosimétriques recensées dans les écrits. Finalement, l’effet d’un antioxydant en particulier, le chlorure de tetrakis-(hydroxyméthyle) phosphonium (THPC), a été étudié en relation avec la structure du polymère formé dans un gel de polymère basé sur l’acrylamide. Le THPC est l’antioxydant le plus utilisé dans les différents dosimètres à gels de polymère. La spectroscopie FT-Raman et la microscopie électronique ont révélé que le THPC réagit avec les monomères pendant la polymérisation. Notre interprétation suggère un rôle important du THPC dans les variations de réponse à la dose dans les gels de polymère. La conclusion générale de cette thèse est que l’élimination chimique de l'oxygène par un antioxydant facilite grandement la préparation des dosimètres mais leur performance en est grandement altérée en comparaison avec des préparations dites anoxiques. L’oxygène demeure une source majeure d’erreur dans les dosimètres à gels de polymère.

Les gliomes de haut grade sont des tumeurs cérébrales très agressives. Des techniques particulières combinant l'ajout éléments lourds dans la tumeur à une irradiation avec des rayons X d'énergie inférieure à 100 keV ont été proposées en utilisant une source de type synchrotron. Pour la préparation d'essais cliniques, l'utilisation de systèmes de planification de traitement doit être envisagée de même que la mise en place de protocoles de dosimétrie adaptés. Les objectifs de cette thèse étaient de (1) mettre en place une interface de calcul dosimétrique utilisant un code Monte-Carlo généraliste du transport des particules et (2) proposer une méthode expérimentale de vérification de la dose en volume. L'outil de calcul développé fait appel au code MCNPX pour l'évaluation de la dose dans une géométrie voxélisée à partir des images tomographiques d'un échantillon. Par ailleurs, la répartition volumique de la dose a été évaluée à l'aide d'un gel polymère radiosensible. Les résultats de ces expériences se sont avérés proches des valeurs calculées.

Le développement de nouvelles modalités d'irradiation en radiothérapie, telles que les irradiations conformationnelles avec modulation d'intensité et collimateurs multilames nécessite la mise au point de techniques dosimétriques volumique (Dosimétrie 3D) adaptées. Les distributions de doses délivrées au cours de ces irradiations sont en effet complexes et par suite leur contrôle de qualité au moyen des techniques classiques de dosimétrie est de mise en œuvre délicate et les résultats relativement imprécis. Pour pallier ces difficultés de nouvelles méthodes dosimétriques alternatives ont été développées ces dernières années, parmi lesquelles la dosimétrie tridimensionnelle (3D) par imagerie de résonance magnétique (IRM) sur gel équivalent-tissu : gels ferreux et gels polymères. Par comparaison avec les gels polymères, les gels ferreux classiques présentent l'inconvénient d'une plus faible sensibilité aux rayonnements ionisants et l'importance des phénomènes de diffusion limite la résolution spatiale des distributions volumiques de doses. Cependant les gels ferreux sont d'utilisation beaucoup moins contraignante que les gels polymères, ce qui nous a conduit à développer un nouveau type matériau dosimétrique dont la réponse repose sur les mécanismes d'oxydation radio-induite des ions ferreux. .
To improve the efficiency of radiotherapy treatments various new radiotherapy techniques have been developed, including inverse therapy planning, multileaf collimators, stereotactic radiotherapy and radiosurgery. These new conformal irradiation techniques generally create rather complicated dose distributions in the irradiated volume and classical dosimeters are not available to easily and accurately perform 3D measurements of the absorbed dose. In practice, up to now, no reference dosimeter has got general approval but magnetic resonance imaging (MRI) dosimetry using tissue-equivalent ferrous or polymer gels, seems a promising technique which could serve, in the future, as a reference to determine 3D dose distributions. Compared to polymer gels, ferrous gels are less sensitive and furthermore the diffusion of ferric ions created by irradiation causes a gradual blurring of the radiation dose pattern with time. However, contrary to polymer gels, ferrous gels have no toxicity, are easier to use and cheaper, so, we focused in this work on the development of a new ferrous gel with improved sensitivity and diffusion. .

De nos jours, les dosimètres existants sont insuffisants pour la surveillance et le contrôle des rayonnements ionisants dans toutes les configurations et surtout en environnement sévère. En dosimétrie optique, les systèmes fibrés permettent de répondre en temps réel à des débits de dose relativement faibles, de réaliser des mesures dans des endroits difficiles d’accès, avec une résolution spatiale intéressante. Ce travail a consisté en l’étude de verres de silice élaborés par voie sol-gel et dopés par du cuivre ou du cérium ionique, en vue de les utiliser dans un dispositif dosimétrique. Ces verres ont été caractérisés par différentes techniques spectroscopiques avant et après irradiations. Dans le cas des verres dopés Cu, après irradiation X ou γ (1 MGy), les défauts HC1, HC2 et E’ ont été identifiés. Quant aux verres dopés Ce, ils sont plus résistants et restent incolores, même après une dose de 8,8 MGy sous X. Des mesures de la réponse optique des échantillons sous rayons X ont été réalisées grâce à un dispositif fibré. Concernant les verres dopés Cu, la sensibilité en radioluminescence (RL) couvre la gamme de débits de doses allant de 0,25 à au moins 800 mGy/s et la linéarité de la luminescence optiquement stimulée (OSL) a été démontrée entre 40 mGy et 200 Gy. Les verres dopés Ce sont plus performants en termes de linéarité. En effet, les signaux de RL et d’OSL sont linéaires jusqu’à 1,2 Gy/s et 500 Gy respectivement pour ce dopant. Un fading de l’OSL à court-terme a été mis en évidence avant stabilisation du signal. Les résultats obtenus montrent que ces verres dopés présentent un grand intérêt pour la dosimétrie fibrée de radiations ionisantes
Nowadays, existing dosimeters are insufficient for monitoring and control of ionizing radiation in all configurations and especially in severe environments. In optical dosimetry, fiber systems allow to provide a real-time response to relatively low dose rates, making possible some measurements in hard-to-reach places with interesting spatial resolution. This work consisted in the study of sol-gel silica glasses doped with ionic copper or cerium, with the aim of using them in a dosimetry device. These glasses have been characterized by different spectroscopic techniques before and after irradiations. In the case of Cu-doped glasses, after X or γ irradiation (1 MGy), the defects HC1, HC2 and E' have been identified. As for Ce-doped glasses, they are more resistant and remain colorless, even after a dose of 8.8 MGy under X. Measurements of the optical response from the samples under X-rays were carried out using a fibered device. For Cu-doped glasses, radioluminescence (RL) sensitivity covers dose rates ranging from 0.25 to at least 800 mGy/s and the linearity of optically stimulated luminescence (OSL) has been demonstrated in the range 40 mGy-200 Gy. Ce-doped glasses are more efficient in terms of linearity. Indeed, for this dopant, RL and OSL signals are linear up to 1.2 Gy/s and 500 Gy, respectively. Short-term OSL fading was observed before stabilization of the signal. The obtained results show that these doped glasses are of great interest for fibered dosimetry of ionizing radiations

L'imagerie de résonance magnétique nucléaire de gels de polymères irradiés permet de visualiser la distribution spatiale de la dose. Ceci serait intéressant dans le cas d'irradiation avec des sources non scellées telles que l'iode 131. La plupart des travaux sur la dosimétrie par gel sont réalisés par des équipes de recherche et l'application aux cas de sources non scellées n'est pas étudiée à ce jour. L'objectif de ce travail est double : - Evaluer la précision de la dosimétrie avec de faibles quantités de gel importé, sans logiciel dédié de traitement d'image ni de séquences spécifiques d'acquisition Evaluer la précision de la dosimétrie avec de faibles quantités de gel importé, sans logiciel dédié de traitement d'image ni de séquences spécifiques d'acquisition IRM. - Mettre au point un modèle de gel adapté à la dosimétrie pour des sources non scellées. La reproductibilité des mesures est étudiée en faisant varier la taille du fantôme de gel, sa position dans l'antenne, la taille des voxels et la méthode de calcul des vitesses de relaxation R2. La précision de la dosimétrie par gel, même dans un environnement clinique, est en accord avec les données de la littérature (3 ± 0. 5 %). Cependant, cette précision est insuffisante à forte dose (>40Gy) et dans les zones de forts gradients de dose. Un certain type de gel de polymère très récemment décrit dans la littérature (MAGIC gel) peut être utilisé pour la dosimétrie de l'iode 131 en solution. La réponse des gels (R2 fonction de la dose cumulée) est reproductible ; elle ne dépend pas de la durée d'exposition mais de la dose reçue. Cette réponse est cependant différente de celle observée dans le cas d'irradiation externe. La sensibilité des gels apparaît en effet, réduite aux faibles doses. Nous avons démontré que des gels de polymères peuvent être utilisés pour la dosimétrie de sources non scellées et nous savons quels aménagements sont nécessaires pour en améliorer la précision. Nous proposons maintenant d'utiliser ce procédé pour valider des modèles mathématiques employés pour la dosimétrie de l'iode 131 mais aussi pour la quantification des images scintigraphiques de rayonnement de freinage de l'Yttrium 90
Magnetic resonance imaging (MRI) allows to measure in the 3 dimensions the dose delivered to irradiated polymer gels. This information would be very useful to improve either the accuracy of non-sealed sources dosimetry (NSSD) or quantitative scintigraphy. To our knowledge MRI gel dosimetry is mainly carried out by research units and its usefulness for NSSD has to be established. The aim of our study is to assess the accuracy of gel dosimetry in a clinical environment (imported gel, restricted access to a clinical MRI, data analysis without dedicated software) and to find a way to use this kind of gel for NSSD. For this purpose we analyse the reproducibility of R2 measurements depending on the size of the voxel, the position of the gel inside the coil and the methods used to calculate relaxation times. The accuracy of our measurement is in good acceptance with literature except in cases of low relaxation times (i. E. High doses) and high dose gradient deposition. .

Depuis quelques dizaines d’années, la surveillance des rayonnements ionisants est particulièrement importante dans des endroits difficiles d’accès, voire dangereux, surtout en environnement sévère. La fibre optique constitue une solution de choix lorsqu’une mesure à distance est obligatoire. De plus, les fibres optiques assurent la séparation spatiale de la sonde, sensible aux rayonnements, et du système de traitement électronique, ce qui permet des mesures à distance dans des géométries complexes. Lors de ce travail, des verres à base de silice élaborée par voie sol-gel et codopée par des ions actifs Ce/Tb ou Ce/Cu ont été soudés à une ou deux fibres de transport pour réaliser des mesures de débits de dose et de dose à distance. De plus, la présence au sein de la matrice de deux types de centres luminescents émettant à des longueurs d’ondes différentes permet d’étendre la gamme spectrale de luminescence. Ces échantillons ont été caractérisés, avant et après irradiations 1MGy, par plusieurs techniques spectroscopiques. Dans le cas des verres dopés Cu ou Tb seul, des défauts (NBOHC, HC1...) ont été créés après irradiation. Grace à la présence des ions cérium dans la silice codopé Ce/Cu ou Ce/Tb qui a joué un rôle très important où il a protégé la matrice et atténue la création de certains défauts sous irradiation. Des mesures dosimétriques réalisées sous rayons X ont permis d’évaluer la linéarité du signal RL et OSL pour les verres de silice codopés Ce/Tb et Ce/Cu. Concernant les verres codopés Ce/Cu, le signal de RL présente une réponse linéaire dans la gamme 0,0011 - 34 Gy/s à Saint-Etienne et entre 13,3 µGy/s et 7,3 Gy(SiO2)/s à Nice et la linéarité d’OSL a été démontrée jusqu’à 50 Gy à Saint-Etienne et 33 Gy à Nice. Les verres codopés Ce/Tb ont montré une sensibilité en RL dans la gamme de débits de dose comprise entre 13,3 µGy/s et 7,3 Gy/s avec une excellente reproductibilité des mesures. Il a été démontré que ce matériau a une réponse OSL qui reste proportionnelle à la dose jusqu’à 66 Gy(SiO2). Grâce à ces résultats, on en déduit que ces échantillons codopés constituent une solution pour les mesures dosimétries à distance en environnement sévère
For several decades now, monitoring ionizing radiation has been particularly important in places that are difficult to access or even dangerous, especially in harsh environments. Optical fiber is the solution of choice when remote measurement is mandatory. In addition, the optical fibers ensure the spatial separation of the probe, sensitive to radiation, and the electronic processing system, which allows remote measurements in complex geometries. During this work, silica-based glasses developed by the sol-gel route and codoped with active Ce / Tb or Ce / Cu ions were welded to one or two transport fibers to make measurements of dose rates and remote dose. In addition, the presence within the matrix of two types of luminescent centers emitting at different wavelengths makes it possible to extend the spectral range of luminescence. These samples were characterized, before and after 1MGy irradiation, by several spectroscopic techniques. In the case of Cu or Tb doped glasses alone, defects (NBOHC, HC1 ...) have been created after irradiation. Thanks to the presence of the cerium ions in the codoped silica Ce / Cu or Ce / Tb which played a very important role where it protected the matrix and attenuates the creation of certain defects under irradiation. Dosimetric measurements carried out under X-rays made it possible to evaluate the linearity of the RL and OSL signal for the codoped silica glasses Ce / Tb and Ce / Cu. For Ce / Cu codoped glasses, the RL signal has a linear response in the range 0.0011 - 34 Gy / s in Saint-Etienne and between 13.3 µGy / s and 7.3 Gy (SiO2) at Nice and the linearity of OSL has been demonstrated up to 50 Gy in Saint-Etienne and 33 Gy in Nice. Co-coded Ce / Tb glasses showed sensitivity in RL in the dose rate range of between 13.3 µGy / s and 7.3 Gy / s with excellent reproducibility of the measurements. This material has been shown to have an OSL response which remains dose proportional up to 66 Gy (SiO2). Thanks to these results, we deduce that these codoped samples constitute a solution for remote dosimetry measurements in severe environment

Les gels de polymère sont des dosimètres chimiques à l'intérieur desquels une réaction de polymérisation est induite par les radiations en fonction de la dose. Ces dosimètres ont la particularité de pouvoir donner des distributions de doses en trois dimensions. Ce type de mesure pourrait être particulièrement utile dans le contexte où, en radiothérapie moderne, les distributions de doses incluent souvent de forts gradients et deviennent de plus en plus complexes. Cependant, les gels de polymères ne s'avèrent toujours pas une méthode de mesure exacte, puisque divers facteurs, parfois difficilement contrôlables, peuvent influencer la polymérisation. Le but principal des expérimentations décrites dans ce mémoire est de trouver une méthode de calibration pouvant améliorer l'exactitude des gels de polymère. L'approche préconisée ici consiste à mesurer des points de dose de référence à l'intérieur des gels durant les irradiations et à les utiliser comme points de calibration. Pour ce faire, les détecteurs plastiques à scintillation (PSD) s'avèrent un choix judicieux, puisqu'ils sont petits, équivalents à l'eau et assez précis et exacts pour être une référence fiable. Dans un premier temps, un montage de détecteurs plastiques à scintillation a été fabriqué et caractérisé. Le montage et les logiciels d'analyse ont ensuite été validés par des mesures de rendement en profondeur faites avec un appareil au cobalt-60 en utilisant la déconvolution chromatique comme méthode de calibration. Des PSD ont ensuite été insérées dans des dosimètres à gel de polyacrylamide (PAG) qui sont ensuite irradiés à l'aide de champs radiatifs filtrés. Des fioles de calibrations contenant du gel provenant de la même recette ont également été irradiées pour obtenir une courbe de calibration dite standard. La distribution des valeurs de vitesses de relaxation nucléaire transverse (R[indice inférieur 2]) a été déterminée à partir d'une séquence multi-échos et multicouches faite à l'Imagerie par résonnance magnétique. D'autres points de calibrations furent obtenus en assignant la valeur de R[indice inférieur 2] autour des PSD à la valeur de la dose qu'elles ont mesurée. Un point de calibration provenant d'une fibre située dans une région à faible gradient de dose fut utilisé pour corriger la courbe calibration standard, générant trois nouvelles courbes de calibration.Les mesures de dose obtenues avec toutes les courbes de calibration ont ensuite été comparées à des simulations du logiciel de planification de traitement Pinnacle[indice supérieur 3] et à des mesures prises avec des films radiochromiques (GAFCHROMIC[indice supérieur TM] EBT2) dans les mêmes conditions que le gel.

Ces travaux s'inscrivent dans un contexte d'amélioration de la dosimétrie en radiothérapie interne vectorisée par usage de gels polymérisables de type MAGIC. Dans ce travail, le code Monte Carlo PENELOPE a été utilisé pour simuler la trajectoire des particules jusqu'à des énergies incidentes de 100 eV. Une étude préliminaire a permis de valider l'utilisation du code pour le calcul de distributions de doses absorbées autour de sources ponctuelles et volumiques dans l'eau. Cette étude a été complétée en déterminant l'équivalence ou non du gel MAGIC à l'eau, les tissus mous et adipeux, le muscle, la thyroïde et le cartilage en comparant les sections efficaces et les grandeurs physiques d'interaction (pouvoir d'arrêt, coefficient d'atténuation. . . ) relatives à ces milieux. L'ensemble de ces résultats a permis l'adaptation du code PENELOPE pour la modélisation de différentes configurations d'irradiation source/cible décrivant les principaux cas cliniques en radiothérapie interne vectorisée
This work is meant for improving dosimetry in internal targeted radiotherapy by using MAGIC polymer gels. The Monte Carlo PENELOPE code was used to simulate the trajectory of particles down to an incident energy of 100 eV. In a preliminary study the code was validated by calculating the absorbed-dose distributions around point sources and volume ones in liquid water. This study was completed by estimating the equivalences or non-equivalences of the MAGIC gel to water, soft and adipose tissues, muscle, thyroid and cartilage. For this purpose, cross sections and physical interaction quantities (stopping power, attenuation coefficient. . . ) concerning these media are compared. The overall result set allowed us to adapt the PENELOPE code for modelling different irradiation configurations of source/target which describe the main clinical treatments in internal targeted radiotherapy