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Calcul de dose au TVFC - 2015 Joint Congress on Medical Imaging

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CALCUL DE DOSE AU CBCT
Étienne Létourneau, Fabiola Vallejo Castaneda, Nancy El Bared,
Danny Duplan, Martin Hinse
Présenté par: Étienne Létourneau
Congrès conjoint 2015, Montreal, Québec – 28 Mai
Survol





Objectifs
Méthode et Calibration
Mesures et Résultats
Ajustements
À venir…
Objectifs
 Mesurer la dose aux organes provenant de
l’imagerie de positionnement CBCT (Cone Beam
Computed Tomography) à l’aide de dosimètres
OSL (Optically Stimulated Luminescence)
 Réduire la dose en ajustant les paramètres
d’acquisition d’imagerie CBCT
Objectifs
 En radiothérapie, le CBCT est utilisé pour
s’assurer du bon positionnement du patient tout
juste avant le traitement.
 Cependant, la dose du CBCT semble négligeable
vs la dose de traitement. Alors pourquoi s’en
préoccuper?
– A.L.A.R.A
– Le CBCT donne de la dose aux tissus sains
– Un patient peut recevoir autant de CBCT que de fractions
de traitement (parfois même plus!)
– Dans certains cas, des organes à risque (OAR) recoivent
déjà une dose proche des limites recommandées
– Le but du CBCT est de se positionner en superposant
des images. Inutile d’avoir une résolution impeccable.
Méthodes et Calibration
 Le X-ray Volumetric Imaging (XVI) d’Elekta utilise
un faisceau divergent de forme pyramidale.
1.
2.
3.
4.
Axe centrale du faisceau
Source de Rayon-X (suivi du collimateur)
Rayon-X
Panneau de détection kV
Méthodes et Calibration
 Quelques paramètres important du CBCT
– Energie
Ces 3 paramètres
– # d’angles d’arrêt
influences directement le
nombre de photons. Si on
– mA par angle d’arrêt
fixe tous les autres
– ms par angle d’arrêt
paramètres et qu’on
– Angles Début/Fin
modifie un seul de ces
paramètres, la dose
– Filtre
résultante sera
proportionnelle à la
modification
Méthodes et Calibration
 Les dosimètres OSL fonctionnent de façon
similaire aux dosimètres par thermoluminescence
(TLD) en utilisant des électrons emprisonnés
dans une struture crystalline
 Les électrons sont libérés des trappes à l’aide de
lumière plutôt que de chaleur
CONDUCTION
Radiation
ionisante
Trappe à É
Stimulation
optique
Émission
luminescente
Trappe à « trou »
VALENCE
Recombinaison trou-É
Méthodes et Calibration
 Les photons émis par luminescence sont ensuite
amplifiés et comptés par le système de tube
photomultiplicateur (PMT)
 Il est donc possible d’établir un lien entre le
nombre de comptes et la dose déposée dans un
OSL.
 Le système OSL a comme avantage par rapport
au TLD d’être plus rapide, plus commode
d’utilisation et plus précis.
Méthodes et Calibration
 Le système utilisé au CICL est composé des
dosimètres nanoDot et du lecteur microStar de la
compagnie Landaeur.
 Un crystal d’oxyde d’aluminium (alumine) est
dopé au carbone (Al2O3:C) (Dopage P, on ajoute
des “trous”)
Méthodes et Calibration
 Comment on calibre les dosimètres OSL?
On mesure la qualité
du faisceau via le half
value layer (HVL)
On obtient le facteur de calibration
kerma d’une chambre d’ionization
de type Farmer via un laboratoire
standard
La dose absolue est
obtenue en appliquant le
protocole adéquat (TG-61)
On établit un lien entre la
dose mesurée et le nombre
de comptes d’un dosimètre
OSL
Méthodes et Calibration
 Mesure de la qualité du faisceaux via le HVL:
– De façon classique avec des feuilles d’aluminium.
le HVL peut également être exprimé en mm Cu ou mm Pb mais il est
recommandé pour de très faibles énergies d’utiliser mm Al
– En utilisant de l’équipement électronique spécialisé.
Atténuateur
Chambre
d’ionisation
Source
4 cm
50 cm
50 cm
Méthodes et Calibration
 La méthode in-air nous donne la dose à la surface
de l’eau pour une mesure prise dans l’air:
,=0 = 



, 
 
• ,=0 : dose à la surface de l’eau (ou équivalent)
• : charge mesurée et corrigée
•  : facteur de calibration kerma dans l’air
•
 

: ratio de l’énergie moyenne absorbée de l’eau sur
 
l’air
• , : facteur de correction stem (1.000 dans notre cas)
•  : facteur rétro-diffusé
Méthodes et Calibration
 La charge totale corrigée est égale à:
 =     
–  : tient contre de la calibration de l’électromètre et est égal à 1.000
car calibré avec la chambre d’ionisation.
–  : facteur de correction température-pression. La calibration dépend
de la masse d’air dans la chambre qui varie selon la température et la
pression. Il faut corriger pour la pression et température ambiante lors
de la mesure.
–  : Pour bien déterminer la dose, il faut collecter tous les ions créé
dans le volume efficace de la chambre. Certains de ces ions vont se
recombiner avant d’atteindre l’électrode résultant à une sous-estimation
de la lecture réelle.
–  : Des polarités opposées auront des lectures différentes (en
absolue).
100 cm
Méthodes et Calibration
4x4 cm2
8x8 cm2
Mesures et Résultats
 Un fantôme anthropomorphique adapté est
remplie de dosimètres OSL selon le protocole
d’acquisition.
Mesures et Résultats
 Les mesures ont d’abord été effectuée pour
les protocoles d’acquisition XVI par défaut:
• Tête (Head)
• Thorax (Chest)
• Bassin (Pelvis)
Mesures et Résultats
En bref…
 La thyroïde reçoit la dose la plus
élevée (3.6 cGy).
 Les poumons, le sternum, les seins,
le foie, l’estomac, la rate et les
gonades reçoivent entre 2.0 et 3.0
cGy par CBCT (~ 1% de la dose
quotidienne).
 Avec un scan par fraction, certains
organes peuvent recevoir un total de
100 cGy additionnel provenant du
CBCT.
 Les incertitudes provenant du
montage, du TG-61, des mesures,
des facteurs de correction et des
dosimètres OSL sont de 7.6%.
Mesures et Résultats
 Ces résultats concordent avec des études
antérieures utilisant des méthodes différentes:
– Song et al. Med. Phys. 35: 480-486 (2008)
• Dose de 0.1 à 3.5 cGy/scan pour le XVI
• Chambre d’ionization dans “phantom”
– Hyer et al. Appl. Clin. Med. Phys. 11 181-97 (2010)
• Dose de 0.1 à 3.0 cGy/scan pour le XVI
• Système de dosimètres FOC (Fiber-Optic-Coupled)
– Alei, Ding and Guan. Med Phys. 37(1) (2007)
• Dose de 0.1 à 2.8 cGy/scan pour le XVI
• Mesuré avec TLD ainsi que simulation MC
Mesures et Résultats
 Ces résultats doivent être interprétés avec
réalisme:
– Selon la corpulence du patient (ou du phantom), la
dose-aux-organes sera différente (un patient plus
corpulent recevra en moyenne moins de dose et viceversa)
– La réponse des dosimètres dépend de l’angle
d’incidence des rayons-X.
– La dose absorbée par un milieu donné dépend de la
densité électronique de ce dernier et de l’énergie du
photon qui interragit.
– Cependant, ces valeurs demeurent une approximation
utile et fiable
Ajustements
 Les paramètres suivant ont été ajustés (mA per
frame, ms per frame and total number of frames).
Acquisition
Dose
maximale
(cGy)
% de la dose
quotidienne
Ratio par
rapport à la
dose par défaut
Head
0.1
<0.1%
1/2
Pelvis
1.0
<0.7%
1/4
Chest (low dose)
0.5
<0.4%
1/8
Chest (ultra low
dose)
0.2
<0.2%
1/22
Ajustements
 Nous avons créer des
protocoles base dose
pour les seins.
– Le sein imagé reçoit une dose
maximale de 0.7 cGy.
– Considérant qu’un patient reçoit
un maximum de 25 fractions
(souvent 16), le patient recevra
un maximum de 20 cGy du
CBCT ce qui correspond à
moins de 0.4% de la dose
totale.
Ajustements
 Une étude clinique basée sur les doses du
CBCT…
– La dose maximale mesurée au coeur provenant d’un CBCT du
sein (protocoles “maisons”) est de 0.6 cGy.
– 10 patientes atteintes d’un cancer du sein gauche recevant 50
Gy en 25 fractions et un CBCT par fraction ont été sélectionnées
aléatoirement.
– Assumant un total de 25 CBCT, le coeur recevra une dose
maximale de 15 cGy.
Fréquence CBCT
% du volume cible
couvert par l’isodose 95%
Quotidienne
100%
1/semaine
97%
Aucun
95%
À venir…
 Faire
une
expérience
similaire
au
tomodensitomètre.
 Comparer avec un appareil CBCT différent (ex:
OBI de Varian).
 Modéliser le XVI dans Pinnacle
 Encourager les autres centres à réduire la dose
au patient.
Remerciements
 Martin Hinse, Nancy El Bared, Danny Duplan,
Fabiola Vallejo et tout le personnel du CICL.
Cette recherche est un magnifique exemple de
travail interdisciplinaire.
Merci à vous!
Références
[1] C.-M Ma, Chair et al. AAPM protocol for 40300 kV x-ray beam dosimetry in radiotherapy
and radiobiology. Medical Physics, 28(6), June
2001
[2] Hyer, D.E et al. An organ and effective dose
study of XVI and OBI cone-beam CT systems.
Journal of applied clinical medical physics
(2010), 11(2), 3183, April 2010
[3] El Bared, Nancy et al. Daily Half Cone Beam
Computed Tomographies for left sided breast
cancer: Is the added dose worth it?. CAROACRO, St.John’s, August 2014
MERCI!
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