ETUDE DE L’INFLUENCE DE L’HETEROGENEITE DES TISSUS ET DES NEUTRONS SECONDAIRES SUR LE DEPOT DE DOSE EN HADRONTHERAPIE PAR SIMULATION MONTE CARLO CODE FLUKA

Abstract

L’objectif premier de la radiothérapie est d'irradier les cellules cancéreuses en administrant à la tumeur une dose suffisamment élevée de rayonnement ionisant, tout en épargnant les tissus sains environnants. Ce double objectif a motivé l’expérimentation des particules chargées et le développement de l'hadronthérapie. Pour une meilleure exploitation de cette modalité nous avons fait recours dans notre étude au code Monte Carle FLUKA version 4-1.1 et flair 3.1-14. Pour simuler le transport des faisceaux de protons de 100, 150, 200 MeV, d’ions carbone 100, 285, 390 MeV et d’antineutron de 18, 20 et 25 MeV dans un fantôme d’eau. Les résultats montrent la distribution de doses et la profondeur de pénétration de ces différents faisceaux. Les faisceaux de protons et d’ion carbones présentent presque les mêmes caractéristiques de dépôt de dose. Le parcours de ces faisceaux est caractérisé par une dose d’entrée faible et un parcours fini dans le fantôme qui se matérialise par un pic caractérisant un dépôt de dose localisée. Pour un proton de 100 MeV le parcours dans un fantôme d’eau est estimé à 7,6 cm et de 15,7 cm et 25,6 cm respectivement pour des faisceaux mono énergétique de proton de 150 et 200 MeV. Un faisceau d’ion carbone de même intensité que les protons pénètrent moins. Dans un fantôme d’eau, un faisceau de carbone de 100 MeV a une profondeur de pénétration de 2,6 cm, de 15,7 cm et 25,6 cm pour les intensités de 285 et 390 MeV. Contrairement aux protons et aux ions carbones, les antineutrons n’ont pas un parcours fini dans la matière. Ils ont un dépôt de dose similaire à celui des photons, électrons et neutrons. Ils sont caractérisés par u n dépôt de dose élevé à l’entré suivi d’une décroissance exponentielle. Cependant, la présence de l'os, l'air, la vessie vide et pleine et l'aluminium, acier inoxydable et le plomb sur le trajet du faisceau, entraîne une modification de dépôt et de distribution de dose dans le fantôme d’eau pour certaines et non pour d’autres. Les matériaux tels que l’os l’air, l’acier inoxydable et plomb ont impactés le profil de dépôt de dose en donnant naissance à un second pic qui se situe soit en avant ou en arrière du pic initial. La vessie quelle que soit sa présentation physiologique (contenance normale, vide ou pleine d’urine) n’impacte pas les parcours des faisceaux. Parmi ces modalités d’hadronthérapie, la protonthérapie est la technique la plus répandue. Ces patients doivent bénéficier des mesures de protection maximale. En protonthérapie la dose indésirable reçue par le patient provient des secondaires notamment des neutrons. Les résultats de cette étude montrent une inégalité dans la répartition des neutrons secondaires. La dose des secondaires reçus par un tissu ou organe dépend de la localisation par rapport à la cible de traitement. Il a été également d’identifier les facteurs influant la production des neutrons secondaires. Les données enregistrées dans cette étude établissent également un rapport entre l’énergie du faisceau primaire et la production des secondaires. Les faisceaux primaires de forte intensité en traine une importante production des secondaires. Au-delà de l’intensité, plus le faisceau traverse des matériaux, les neutrons secondaires produits sont plus importants. Ceci confirme donc que la procédure passive de mise en forme du faisceau engendre plus de neutron secondaire que la technique active.