Evaluation des doses thérapeutiques en protonthérapie par simulation Monte-Carlo

Description des éléments de la simulation

Modélisation de la tête de l’accélérateur

La tête de l’accélérateur simulé cité du cyclotron utilisé dans l’Institut Curie-Centre de Protonthérapie d’Orsay (ICPO). La ligne est composée de tous les éléments utilisés généralement dans la technique de diffusion double et qui ont été détaillés dans le chapitre 2. Les éléments utilisé dans notre simulation sont positionnés tout au long de l’axe Z où la longueur de la ligne est de 55 cm de l’origine. les différents éléments sont modélisés par le code MCNP. a) La source La source a été modélisée par un cylindre de 1.1 cm de diamètre et d’une hauteur de 1 cm. La figure (III.1) représente une vue en 3D de la source modélisée par MCNP6

6. b) Premier diffuseur Le premier diffuseur est formé par une plaque en tantale. Il a été modélisée par un parallélépipède de surface 2,8 cm x 2,3 cm. L’épaisseur totale utilisées est de 0,51 mm (Sayah, 2012). La figure (III.2) représente une vue en 3D du premier diffuseur modélisé par MCNP6.
7. c) Second diffuseur Le second diffuseur est formé par la combinaison d’un cylindre de lexan de 5.404 mm d’épaisseur et 8 cm de rayon et d’un cylindre de plomb de 0.0346 mm d’épaisseur et 6 cm de rayon, La figure (III.3) montre la modélisation du second diffuseur dans MCNP. Il est placé de manière à ce que la partie en plomb soit du côté du patient (Sayah ,2012).
8. d) Mâchoires X et Y Les mâchoires X ont été modélisées par deux parallélépipèdes en nickel de dimensions 18 cm x 30 cm x 5,7 cm et sont séparées d’une distance de 15,6 cm dans la direction de l’axe des X. Les mâchoires Y ont été modélisées par des plaques de 23,8 cm x 12,5 cm x 5,7 cm avec une distance les séparant égale à 15,7 cm dans la direction de l’axe Y (Sayah ,2012) Les mâchoires selon les axes X et Y, donnant au faisceau une rectangulaire et délimitent le champ d’irradiation, La figure (III.4) montre la modélisation des mâchoires X et Y dans MCNP.
9. e) Le Collimateur personnel Le collimateur personnel en laiton a été modélisé par un cylindre extérieur de 7,5 cm de rayon et 6,5 cm de hauteur. L’ouverture intérieure est cylindrique afin d’obtenir un collimateur avec un rayon de 2 cm du côté du patient qui détermine le champ d’irradiation (Sayah, 2012). La figure (III.5) montre la modélisation du collimateur personnel dans MCNP.
10. f) Le compensateur Il a été modélisé par un cylindre en plexiglas de 2 cm de hauteur et de 7.5 cm de rayon (Sayah ,2012). Leur rôle est bien décrit dans le chapitre 2, La figure (III.6) montre la modélisation de compensateur dans MCNP.
11. g) Cadre de la ligne L’ensemble de la ligne de traitement est encadré par des plaques en acier de 1,5 cm d’épaisseur qui s’étendent du premier diffuseur Au-delà des mâchoires X et Y (Sayah, 2012). La figure (III.7) montre la modélisation du cadre de la ligne dans MCNP et les composantes de la tête de l’accélérateur

Modélisation de la tête humaine (peau, crâne et cerveau)

 La tête est modélisée par un ellipsoïde qui se compose de la peau dans la couche externe, suivie du crâne qui entoure les bords du cerveau. Au centre de la tête , nous trouvons le cerveau, qui se compose de deux types de matière : la matière grise et la matière blanche. Les différentes dimensions de la tête et sa composition interne se retrouvent sur la figure (III.8) Lorsque nous calculons les doses libérées par les protons, nous calculons que la dose dans des zones spécifiques de la tête. Chaque zone est appelée un voxel tridimensionnel. La surface de sa base égale à 0.0256 cm2 . La figure (III.10) montre la barre des voxels dans laquelle nous calculerons les doses.

Géométrie de la ligne de traitement modélisée sous MCNP 

La figure (III.10) montre la géométrie complète de la ligne, telle qu’elle a été modélisée sous MCNP au cours de ce travail, Pour une meilleure visualisation des éléments, la figure est orientée horizontalement et le cadre en acier de la ligne n’est pas représenté.

Localisation du pic de Bragg à l’intérieur de la tête humain

Distribution de l’énergie en profondeur

Les distributions de l’énergie en profondeur ont été calculées en utilisant un faisceau cylindrique des protons centré sur l’axe verticale de la tête. Huit simulations ont été réalisées correspondant chacune à une énergie du faisceau de 120, 130, 140,150, 160 ,170 ,180 et 190 MeV, pour un champ d’irradiation circulaire de 12,56 cm2 . Pour chaque cas, le nombre de protons simulé est de 1.108 afin d’obtenir une incertitude statistique inférieure à 2%. Les figures III.11), (III.12), (III.13), (III.14), (III.15), (III.16), (III.17), et (III.18) représentent graphiquement les distributions d’énergie dans le tête suite à 8 irradiations correspondant aux faisceaux de protons d’énergie 120, 130, 140, 150, 160,170,180 et 190 MeV, respectivement.La figure (III.12) représente les changements d’énergie libérées dans la tête par des protons de 120 MeV. La courbe débuté approximativement à partir de 0 , cela est dû à l’interaction des protons avec l’air qui existe entre la tête et le compensateur. Puis elle passe par un petit pic résultant de l’interaction des protons avec le crâne , car le crâne a une plus grande densité que l’air, ensuite stabilise avec une légère augmentation avec la profondeur vers la fin , le pic de Bragg résultant de la diminution de la vitesse du proton, ce qui augmentait la probabilité d’interaction.Donc l’augmentation de l’énergie libérée jusqu’à une chute complète vers zéro résultant de l’arrêt complète des protons, La profondeur à laquelle le pic de Bragg apparaisse est localisée à 7,2 cm. Chaque fois que nous augmentons l’énergie des protons, le parcours augmente en conséquence la vitesse augmente, ce qui réduit la possibilité d’interaction, ce qui favorise l’augmentation du parcours du proton dans la tête, toutes ces constatations sont illustrées dans les figures (III.13), (III.14), (III.15), (III.16), (III.17), (III.18), et (III.19).