Evaluation de la dose en radiothérapie externe à l’aide de la plateforme GATE/GEANT4 : Application aux milieux homogènes et hétérogènes

Abstract

Il est bien connu dans le domaine de la radiothérapie que les algorithmes conventionnels de calcul de dose ne prennent pas correctement en compte le transport latéral d’électrons lorsqu’un faisceau de particules affecte l’interface entre un milieu matériel de faible densité et un autre de densité élevée. En outre, la présence d’hétérogénéités dans ces milieux matériels peut entraîner des prédictions de doses erronées en raison de la forte dispersion d’électrons entre eux. Il est toutefois prévu que la méthode Monte-Carlo sera bientôt viable dans la planification des traitements cliniques de routine, car les processeurs CPU des ordinateurs sont de plus en plus rapides et accessibles et les algorithmes de calcul de plus en plus précis. L’un des principaux objectifs de ce travail consiste à évaluer la distribution de dose par la plateforme GEANT4/GATE dans des milieux de différentes densités et différentes tailles de champs spécialement les petites tailles par rapport au récent algorithme utilisé dans la plupart des centre d’oncologie au Maroc. Pour cela la première partie de cette étude a été mené en simulant la tête d’accélérateur Varian Clinac IX avec GATE dans un milieu homogène et en comparant les fonctions dosimétriques à savoir le rendement en profondeur (PDD) et le profil de dose (DP) avec celles mesurées pour les tailles de champ en appliquant la méthode de la différence de la dose relative (RDD). L’application des méthodes de réduction de la variance et l’utilisation de l’espace de phase ont minimisé le temps de calcul et les résultats ont montré une concordance de 99%. Ces résultats nous ont mené à utiliser ce modèle pour une étude dans des milieux hétérogènes à savoir le milieu pulmonaire et osseux en comparant les fonctions dosimétriques calculés par GATE avec celles calculées par l’algorithme nommé AAA pour les petites et grandes tailles de champ. Les premières simulations ont montré un surdosage significatif dans les interfaces qui sépare les milieux aquatique et pulmonaire, d’où la nécessité du paramètre « setMaxStepSizeInRegion » implémenté dans GATE pour réduire au maximum ce phénomène connu sous le nom d’artefacts dans les interface. En appliquant la méthode RDD, une erreur entre les PDDs calculés par GATE et AAA allant à 8% a été remarqué pour les petites tailles de champs pour un milieu pulmonaire. Ces résultats ont montré une mauvaise estimation de AAA par rapport à GATE avec des erreurs significatives ce qui nous indique que GATE est d’une grande utilité pour des application clinique en prenant en considération un temps de calcul raisonnable.