Лист за преговор: Introduction à la radiothérapie et dosimétrie

📋 Plan du Cours

1. Genèse des faisceaux
2. Géométrie de l’appareil
3. Dosimétrie des photons
4. Dosimétrie des électrons
5. Chambres d’ionisation
6. Rendement en profondeur
7. Modification du faisceau
8. Modalités de traitement
9. Machines particulières et stéréotaxie

📖 1. Genèse des faisceaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Mode photons : Le mode photons est produit quand des électrons frappent une cible de tungstène pour générer du rayonnement de freinage.
• Mode électrons : Le mode électrons est obtenu quand des électrons traversent un diffuseur à faible Z pour limiter la diffusion après la sortie du vide.
• Cône égalisateur : Le cône égalisateur est une pièce en forme de cône qui absorbe davantage au centre qu’en périphérie afin d’homogénéiser le profil du faisceau photonique.
• Collimation primaire : La collimation primaire fixe la taille maximale du champ en éliminant les événements à grand angle via un blindage conique.
• UM unité moniteur : L’unité moniteur est la mesure envoyée au pupitre à chaque unité de dose mesurée pour contrôler dose, débit, homogénéité et symétrie des faisceaux.

📝 Points essentiels

• En mode photons, une cible en tungstène placée sur le trajet des électrons produit du Bremsstrahlung dont les photons transmis ont une énergie entre 0 et E.
• En mode électrons, un diffuseur en matériau à faible Z (béryllium) fait traverser les électrons en les laissant passer sans diffusion excessive au moment de quitter la zone sous vide.
• La première collimation (fixe) élimine les événements indésirables à grand angle et son blindage a une forme conique.
• Le cône égalisateur augmente l’homogénéité en absorbant plus d’intensité au centre qu’en périphérie, mais il modifie le spectre et peut générer du diffusé.
• Avec le monitorage, plusieurs chambres d’ionisation plates en couches mesurent une distribution radiale et angulaire et le signal pilote l’UM, avec 1 UM = 1 cGy.
• En FFF (Flattening Filter Free), il n’y a pas de cône égalisateur, ce qui supprime ce filtre de l’aplatissement du faisceau photonique.

💡 Astuce mémo

Tungstène → photons (Bremsstrahlung 0 à E) ; Béryllium faible Z → électrons ; cône égalisateur = “centre freiné, bords moins freinés”.

📖 2. Géométrie de l’appareil

🔑 Notions clés & Définitions

• Isocentre : L’isocentre est le point commun des trois plans de référence qui servent à définir les axes de rotation et de faisceau.
• Plans de référence : Les plans de référence sont trois surfaces (coronal, sagittal, axial) fixées par la géométrie de la machine et utilisées comme repères pour le patient.
• Inplane (Y) : L’inplane (Y) est le plan vertical perpendiculaire à la table qui passe par l’axe Y reliant la rotation du bras et la direction du faisceau.
• Crossplane (X) : Le crossplane (X) est le plan vertical perpendiculaire à la table qui passe par l’axe X reliant le faisceau et le repère du côté patient.

📝 Points essentiels

• Le plan coronal (frontal) est horizontal et parallèle à la table tout en contenant l’axe de rotation du bras.
• Le plan axial (transverse) est vertical, perpendiculaire à la table, et contient l’axe du faisceau passant par la source.
• Le plan sagittal est vertical, perpendiculaire à la table, et contient à la fois l’axe de rotation du bras et l’axe du faisceau.
• Inplane (Y) correspond à la zone qui contient l’axe Y1Y2, avec l’orientation Y1 table et Y2 gantry.
• Crossplane (X) correspond à la zone qui contient l’axe X1X2, avec l’orientation X1 droite patient (gauche machine) et X2 gauche patient (droite machine).
• La DSA (distance source-axe) vaut la distance source–isocentre, et la valeur donnée est 100 cm.

📖 3. Dosimétrie des photons

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosimétrie : La dosimétrie regroupe la métrologie et la modélisation de l’énergie déposée par les radiations ionisantes pour connaître la dose et sa répartition dans les tissus.
• Chambre d’ionisation cylindrique : Une chambre d’ionisation cylindrique est un détecteur à gaz muni d’électrodes qui mesure la charge récoltée après ionisation du gaz par le passage du faisceau.
• Rendement en profondeur PDD : Le PDD (Percentage Depth Dose) décrit comment la dose varie avec la profondeur au centre du champ sur l’axe du faisceau.
• Profil de dose : Un profil de dose décrit la variation de la dose le long d’une ligne d’un plan perpendiculaire à l’axe, rapportée à la dose sur l’axe à la même profondeur.

📝 Points essentiels

• La dose en chaque point dépend des photons primaires et de l’ensemble des électrons secondaires et diffusés qu’ils génèrent dans la matière, d’où une répartition non uniforme en profondeur.
• Dans une chambre d’ionisation, l’impulsion provient du déplacement des ions et électrons vers les électrodes, et sa hauteur augmente avec le temps de récolte qui diminue quand la tension appliquée augmente.
• Quand la tension varie, on observe cinq régimes : recombinaison (0), collection complète (chambre d’ionisation), amplification (proportionnel), avalanche saturée (Geiger-Müller) puis décharge (étincelles).
• Le point de mesure effectif de la chambre d’ionisation est situé à $z+0{,}6r$ en avant du centre géométrique (par rapport à la source) pour tenir compte de la non-idéalité de la cavité d’air.
• Le PDD présente des zones A à D : dose à l’entrée (A), build-up jusqu’au maximum (B puis C), puis quasi-équilibre électronique avec décroissance (D).
• Pour un même faisceau, augmenter l’énergie ou la taille de champ décale et modifie la courbe PDD : une énergie plus élevée décale le maximum vers une profondeur plus grande, tandis qu’un champ plus grand augmente globalement la dose et réduit la profondeur du maximum.

💡 Astuce mémo

PDD A-B-C-D : A dose à l’entrée, B build-up, C maximum (équilibre électronique), D quasi-équilibre puis décroissance.

📖 4. Dosimétrie des électrons

🔑 Notions clés & Définitions

• Point d’équilibre électronique : Le point d’équilibre électronique est la profondeur où la dose déposée atteint son maximum, car la production d’électrons secondaires égale leur dépôt d’énergie.
• Zone de quasi-équilibre électronique : La zone de quasi-équilibre électronique correspond à la décroissance de la dose après le maximum, liée à la diminution de la fluence des photons primaires dans le milieu.

📝 Points essentiels

• Le maximum de dose en profondeur s’obtient à une profondeur où le nombre d’électrons secondaires produits par les photons primaires est égal au nombre d’électrons qui déposent leur énergie maximale.
• Après le maximum, la dose décroît parce que la fluence des photons primaires diminue avec la distance (loi de l’inverse carré) et l’atténuation exponentielle dans l’eau.
• Quand l’énergie des photons augmente (6 MV vers 20 MV), le point d’équilibre électronique se décale vers une profondeur plus grande.
• À 6 MV, le point d’équilibre électronique est à 14 mm, avec une dose d’entrée de 53,88% et une dose à 150 mm de 48,61%.
• À 20 MV, le point d’équilibre électronique est à 30 mm, avec une dose d’entrée de 36,18% et une dose à 150 mm de 64,14%.
• Quand la taille de champ augmente, le point d’équilibre électronique se décale vers des profondeurs plus faibles : par exemple 5×5 à 5 mm et 40×40 à 13 mm pour 6 MV.

💡 Astuce mémo

Équilibre = Max : production d’électrons secondaires = dépôt d’énergie (puis la dose retombe quand les photons s’éteignent).

📖 5. Chambres d’ionisation

📖 6. Rendement en profondeur

🔑 Notions clés & Définitions

• Rendement en profondeur : Le rendement en profondeur décrit la variation de la dose relative en fonction de la profondeur d’un faisceau dans le milieu.
• Build-up électronique : La zone de mise à l’équilibre électronique correspond à la montée de dose avec la profondeur jusqu’au maximum sur l’axe.
• Parcours thérapeutique R85 : Le parcours thérapeutique R85 est la profondeur où la dose atteint 85% de la dose maximale.
• Indice R50 : L’indice R50 est la profondeur où la dose atteint 50% de la dose maximale et sert à caractériser la qualité des faisceaux d’électrons de haute énergie.
• Parcours pratique Rp : Le parcours pratique Rp est la profondeur où les électrons primaires du faisceau ne contribuent plus, déterminée avec R50 et l’extrapolation de la queue.

📝 Points essentiels

• Pour des photons, une augmentation de la profondeur de mesure augmente la taille de champ, par divergence du faisceau.
• Pour des photons, une augmentation de la profondeur de mesure augmente aussi la taille de la pénombre, car les électrons secondaires contribuent davantage latéralement à la dose.
• Pour des électrons, la dose à l’entrée Dentrée est généralement supérieure à 80% de la dose maximale.
• Pour des électrons, le point d’équilibre électronique R100 correspond à la profondeur où la dose est maximale sur l’axe central du faisceau.
• Pour des électrons, la prescription est généralement faite à la profondeur R85 où la dose atteint 85% de la dose maximale.
• Pour des électrons, Rp est obtenue via l’intersection de la tangente en R50 et de la droite extrapolée de la queue de distribution.

💡 Astuce mémo

Électrons : entrée déjà haut (Dentrée > 80%) → build-up jusqu’au pic (R100) → prescription à 85% (R85) → qualité à 50% (R50) → fin à Rp.

📖 7. Modification du faisceau

🔑 Notions clés & Définitions

• Modificateur de faisceaux : Appareil ou objet placé dans le trajet du faisceau qui modifie la distribution d’irradiation programmée au niveau du collimateur.
• MLC : Collimateur multilames : dispositif motorisé à lames indépendantes qui complète le collimateur fixe pour former des champs complexes.
• Cache personnalisé : Protection façonnée pour chaque patient afin de réduire le faisceau en suivant la divergence et les formes demandées par la prescription.
• Bolus : Couche de matière placée sur la peau pour déplacer le maximum du build-up vers la profondeur visée.
• Filtre en coin dynamique : Version sans pièce physique réelle où la collimation se referme pendant l’irradiation pour reproduire l’effet du filtre en coin par modulation de fluence.

📝 Points essentiels

• Avec un MLC, les lames se déplacent indépendamment dans un même plan, perpendiculairement à l’axe du faisceau, sous contrôle informatique motorisé.
• Les caches standard donnent souvent un bord droit responsable d’une pénombre de transmission marquée, tandis que les caches personnalisés ont des bords conformes à la divergence du faisceau.
• Le bolus déplace le maximum du build-up en le rapprochant d’une densité proche de l’eau, avec une épaisseur définie et uniforme.
• Le bolus doit être malléable, indéformable à l’usage, facilement mis en place et reproductible, tout en respectant les exigences d’hygiène hospitalière.
• Le filtre en coin (ancien) atténue davantage du côté épais, déformant les isodoses si l’entrée est perpendiculaire et les redressant si l’entrée est oblique.
• Pour le filtre dynamique, l’irradiation démarre champ ouvert puis la collimation se ferme pendant l’irradiation pour simuler la déformation des isodoses via modulation de fluence.

💡 Astuce mémo

MLC = lames mobiles (forme) ; Bolus = peau→déplace le build-up ; Filtre en coin = redresse les isodoses (dynamique = fermeture de collimation pendant l’irradiation).

📖 8. Modalités de traitement

🔑 Notions clés & Définitions

• Technique DSP / DSA : La technique DSP/DSA regroupe deux méthodes de repérage de la géométrie d’irradiation selon si la référence est la peau ou l’axe du bras autour de l’isocentre.
• Simulation virtuelle : La simulation virtuelle consiste à préparer et visualiser numériquement le traitement avant la délivrance réelle des faisceaux.
• Radiothérapie conformationnelle 3D : La RC3D conçoit un faisceau multi-angulé dont la forme de dose est ajustée au volume cible grâce au MLC et aux mâchoires.
• Radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité : La RCMI module la fluence de chaque faisceau afin d’augmenter la dose au volume cible tout en réduisant celle reçue par les tissus sains.
• VMAT : La VMAT est une arcthérapie modulée qui délivre la dose pendant la rotation du système, avec modulation continue de la fluence et du débit de dose.

📝 Points essentiels

• En technique DSP, les traitements utilisaient souvent 2 à 4 faisceaux avec référence peau (DSP = Distance Source Peau) et isocentre placé à 100 cm, entraînant un déplacement du patient entre faisceaux.
• En technique DSA, plusieurs faisceaux convergent vers le volume cible avec isocentre placé dans l’anatomie (centre du PTV) et la tête tourne autour de l’isocentre, donc aucun déplacement patient entre faisceaux.
• La relation géométrique donnée est DSP = DSA – p, où p est la profondeur de l’isocentre.
• En RC3D, le choix des angles et le modelage par MLC et mâchoires améliorent la couverture du volume cible tout en réduisant la dose aux organes à risque, avec possibilité d’utiliser des pondérations de faisceaux et/ou un filtre en coin.
• En RCMI, la planification inverse utilise une fonction objectif avec contraintes dosimétriques, et la modulation est réalisable en mode statique step-and-shoot (segments) ou en mode dynamique sliding window (lames en déplacement).
• En VMAT, la modulation se fait pendant l’arc : l’MLC bouge de façon indépendante à vitesse variable, le statif tourne à vitesse variable autour de l’isocentre et le débit de dose varie au cours de l’irradiation.

💡 Astuce mémo

Peau = DSP, Axe = DSA (et DSP = DSA − profondeur p).

📖 9. Machines particulières et stéréotaxie

🔑 Notions clés & Définitions

• Gamma Knife : Machine de radiothérapie stéréotaxique crânienne délivrant une dose très élevée sur des cibles ultra localisées tout en épargnant le tissu cérébral sain.
• Cadre de stéréotaxie : Dispositif rigide fixé à la boîte crânienne qui immobilise la tête pendant l’irradiation pour garantir une précision stéréotaxique.
• CyberKnife : Système de radiothérapie stéréotaxique appliqué au corps entier, guidé par une tête montée sur bras robotisé mobile pour irradier la tumeur depuis plusieurs directions.

📝 Points essentiels

• Le Gamma Knife utilise des rayons gamma pour donner une forte dose dans des régions ultra localisées du cerveau tout en réduisant l’atteinte du tissu sain.
• Le cadre de stéréotaxie est posé le matin sous anesthésie locale par le neurochirurgien, puis la tête est immobilisée durant l’irradiation.
• La planification au Gamma Knife s’appuie sur une IRM et un scanner avec injection intraveineuse pour délinéer les volumes.
• La Tomothérapie combine une RCMI et un mode hélicoïdal avec un faisceau en éventail, dû à la rotation de l’accélérateur et au déplacement longitudinal de la table Y.
• Le CyberKnife remplace la radiothérapie conventionnelle par une irradiation depuis des directions différentes grâce à la tête sur bras robotisé.

💡 Astuce mémo

Gamma Knife = cadre fixe dans le crâne ; CyberKnife = bras robot mobile pour viser depuis plusieurs directions.

📊 Tableaux de synthèse

Photon vs électron (sélection du mode)

DSP vs DSA (repérage géométrique)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre l’origine des photons en mode photons (Bremsstrahlung dans la cible de tungstène) avec l’effet du diffuseur en mode électrons (limiter la diffusion, pas créer des photons).
2. Penser que le cône égalisateur ne fait que “homogénéiser” : il modifie aussi le spectre et peut générer du diffusé.
3. Inverser les plans : plan axial est vertical et contient l’axe du faisceau par la source (et non l’axe de rotation seul).
4. Mélanger Inplane (Y) et Crossplane (X) : l’orientation X1/X2 correspond à droite/gauche patient selon la face machine.
5. Croire que la mesure en chambre d’ionisation se fait au centre géométrique : le point effectif est à z + 0,6 r en avant (corrige la non-idéalité de la cavité).
6. Confondre les points du PDD : point C = profondeur de dose maximale (équilibre électronique), alors que la dose à l’entrée correspond au point A.
7. Prendre R50/R85/Rp comme des “points équivalents” : R85 sert à la prescription (dose à 85%), R50 caractérise la qualité (qualité à 50%), et Rp correspond à l’absence de contribution des électrons primaires (déterminé via tangente en R50 et droite de queue).

✅ Checklist Examen

1. Expliquer la sélection du mode photons : cible tungstène, Bremsstrahlung, énergie des photons transmise entre 0 et E dans l’axe d’impact.
2. Expliquer la sélection du mode électrons : diffuseur Z faible (béryllium) pour limiter la diffusion quand les électrons quittent la zone sous vide.
3. Décrire la collimation primaire (ouverture fixe, blindage conique) et son rôle d’élimination des évènements à grand angle.
4. Relier cône égalisateur et homogénéité, puis citer ses effets secondaires (modification du spectre sur l’axe/périphérie, génération de diffusé).
5. Donner le principe du monitorage : chambres d’ionisation en couches, contrôle dose/débit/homogénéité/symétrie, et 1 UM = 1 cGy.
6. Définir les plans coronal, axial, sagittal et dire ce que contient chacun (axe du bras vs axe du faisceau) en s’appuyant sur leur orientation par rapport à la table.
7. Définir Inplane (Y) et Crossplane (X) (plans passant par Y1Y2 et X1X2) et préciser l’orientation X1 droite patient / X2 gauche patient.
8. Calculer/énoncer les repères géométriques : DSA = source–isocentre = 100 cm et DSP = distance source–peau (source–entrée d’un volume).
9. Définir la dosimétrie et son objectif (calcul de la dose absorbée et de sa répartition pour prévoir effets sur tumeur et tissus sains).
10. Décrire le principe de mesure d’une chambre d’ionisation cylindrique et les cinq régimes selon la tension (recombinaison, collecte complète, proportionnel, Geiger-Müller, étincelles).
11. Citer la position du point effectif de la chambre d’ionisation : z + 0,6 r en avant du centre géométrique, et pourquoi.
12. Construire la lecture d’un PDD photon : A (dose à l’entrée), B (build-up jusqu’au maximum), C (dose maximale/équilibre électronique), D (quasi-équilibre et décroissance).