Cross-calibration des dosimètres à faisceaux électron

République Algérienne Démocratique Populaire

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Farhat Abbas-Sétif 1-
Faculté des Sciences

Département de Physique

MÉMOIRE

Pour l'obtention du diplôme de LICENSE en Physique Appliquée (IBH)

-THEME-

Cross-Calibration des Dosimètres à faisceaux électron

Établissement d'accueil

EHS MOKHTARI ABDELGHANI

CENTRE DE LUTTE CONTRE LE CANCER SETIF

Réalisé par : Encadré par :

- Meziane AbdeRaouf - Pr. Z.Chaoui

- Aloui Haithem - Dr. S.Khoudri

Année universitaire:2017/2018

2

Remerciement

On tient tout d'abord à remercier vivement le bon dieu, de nous avoir donné la force pour suivre ainsi que l'audace pour dépasser toutes les difficultés, grâce à son aide que nous avons réalisées ce modeste travail.

On présente nos premiers remerciements à nos encadreurs Monsieur ..... et notre

Monsieur pour avoir proposé et suivi de près la réalisation de ce travail et ses

précieux conseils

Nous tenons également à remercier très chaleureusement :

À avoir participé à notre nombre de jury.

On remercie encore nos enseignent de LICENSE de la faculté des sciences. Comme nous tenons à exprimer également nos remerciements à tous les membres de l'équipe de physique médicale surtout Monsieur T.Hachemi et l'équipe des étudiants MASTER 1 et 2 pour leur aide et leur gentillesse.

Enfin, je tiens à exprimer ma gratitude pour tous ceux que je n'ai pas cités et qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce mémoire et à l'accomplissement de ce projet

3

4

Sommaire

- Liste des Tableaux - Liste des figures

- Liste des abréviations - Introduction

CHAPITRE I. Les interactions Rayonnements-Matière : 10

I.1. Les Rayonnements ionisants et non-ionisants : 11

I.2. Interaction électrons-matière : 11

I.2.1. Phénomène d'excitation et d'ionisation : 12

I.2.2. Rayonnement de freinage : 13

I.3. Interaction photon-matière : 13

I.3.1. L'effet photo-électrique : 14

I.3.2. Effet Compton : 14

I.3.3. L'effet de création de paire (matérialisation) : 15

I.3.4. Domaine de prépondérance de chacun des effets : .15

CHAPITRE II. La dosimétrie et le protocole de calibration (TRS-398) : 17

II.1. Définition de la dosimétrie : 18

II.2. Types de protocoles de dosimétrie : 18

II.3. Détermination de la dose absorbée dans l'eau en mode électron : 19

II.3.1. La formule de la dose absorbée dans l'eau : 19

II.3.2. Conditions de référence : 20

II.3.3. Correction pour les grandeurs d'influence : 21

II.3.3.1. Correction liée à la densité de l'air (KTP) : 21

II.3.3.2. Kpol facteur de Correction liée à la polarité : 22

II.3.3.3. KS Recombinaison ionique : 22

II.4. Séries de rapports techniques de AIEA TRS 398(Technical Repports Series ) : 23

II.5. Exemple de détermination de la dose absorbé dans l'eau en mode électron de haute énergie : 23

II.6. cross-calibration : 26

CHAPITRE III. Partie expérimental : 28

III.1. Matériels utilisés : 28

III.1.1. Accélérateurs de particules Varian iX : 28

III.1.2. Les applicateurs : 29

III.1.3. la chambre d'ionisation : 29

5

III.1.3.1. Principe de fonctionnement : 29

III.1.3.2. Types de chambres utilisées : 30

III.1.3.2.1. La chambre cylindrique : 30

III.1.3.2.2. la chambre plane parallèle : 32

III.1.4. Le milieu de référence (Le fantôme) : 33

III.1.5. L'électromètre : 34

III.1.6. Thermomètre et baromètre : 35

III.1.7. La source Radioactive ⁹⁰Sr : 36

III.2. Résultats et discussions : 36

III.2.1. La validité de facteur de calibration. : 36

III.2.1.1. les valeurs de lecteur corrigé L (j) de la chambre cylindrique : 36

III.2.2. Etalonnage dans l'eau (Mesure la dose absorbée dans l'eau) : 38

III.2.2.1. Montage expérimental de fantôme d'eau : 38

III.2.2.2. Calcul la dose absorbée pour l'énergie de 16 MeV (électron) : 39

III.2.2.3. cross-calibration (en mode photon) : 44

III.2.2.4. Calcul la dose absorbée pour l'énergie de 16 MeV (après cross-calibration) : 45

III.2.2.5. Calcul la dose absorbée pour l'énergie de 16 MeV (différents modèles de chambre

Markus) : 47

Conclusion : 49

Annexe 1 : Mesure avec la source radioactive de contrôle 50

Annexe 2 : Le Laboratoire secondaire d'étalonnage pour la dosimétrie 50

Bibliographies & Références 51

6

Liste des tableaux

Tableau 1 : Les conditions de références

Tableau 2 : Qualités de rayonnement de METAS

Tableau 3 : Valeurs calculées de ???? pour les faisceaux d'électron, en fonction de la qualité de faisceaux

R50

Tableau 4 : Valeurs calculées de a?? en fonction de ratio^??1 /

??2

Tableau 5 : Les caractéristiques de la chambre Farmer 30013

Tableau 6 : Les caractéristiques de la chambre Markus

Tableau 7: Valeurs de L(J) de la chambre cylindrique TM30013 S/N 7499 a l'aide de la source de ⁹⁰Sr

Tableau 8: conditions de référence pour déterminer la dose absorbée dans l'eau en mode électron.

Tableau 9: Mesure de débit pour la chambre de référence PTW 30006/30013

Tableau 10: Mesure de débit pour la chambre de relative (Markus) S/N 4434

Tableau 11: Comparer la Dose relative par rapport Dose de référence (avant cross-calibration)

Tableau 12: Les mesures obtenu pour 6 et 18 MV(Markus4434)

Tableau 13: Les mesures obtenues pour 6 et 18 MV (0.6cc)

Tableau 14: Les valeurs calculées de ????,??,??

Tableau 15: Les mesures obtenues pour la chambre référence (FARMER) S/N 7499

Tableau 16: Les mesures obtenues pour la chambre relative (Markus) S/N 4434

Tableau 17: Comparaison la Dose relative par rapport Dose de référence (après cross-calibration)

Tableau 18: Les mesures obtenues pour la chambre référence (FARMER) S/N 7499

Tableau 19: Les mesures obtenues pour la chambre plate (Markus) S/N 4435

7

Tableau 20: Les mesures obtenues pour la chambre plate (Markus) S/N 4436

Tableau 21: Comparaison la Dose relative par rapport la Dose de référence (pour différent S/N)

Liste des figures

Figure I.1: Classification des rayonnements

Figure I.2: Phénomène d'ionisation

Figure I.3: Phénomène d'excitation.

Figure I.4: Phénomène de freinage

Figure I.5: effet photoélectrique

Figure I.6: Effet Compton.

Figure I.7: effet de production des paires

Figure I.8 : Probabilités de réalisation des effets photoélectrique, Compton et de production de paires en

fonction de l'énergie

Figure II.1: Schéma représentant les différentes distances entre le faisceau, le fantôme d'eau et le

détecteur.

Figure II.2: Système de dosimétrie cohérent basé sur les normes de dose absorbée dans l'eau.

Figure III.1: Les accélérateurs de marque "VARIAN Clinac "

Figure III.2: L'applicateur ayant un champ de taille 10x10 cm²

Figure III.3: Principe de fonctionnement d'une chambre d'ionisation

Figure III.4:Le design du la chambre cylindrique

Figure III.5: Farmer Chamber 30013 avec son schéma

Figure III.6: Le design du la chambre plate

Figure III.7: Les chambres d'ionisation de type Markus avec leurs numéros de séries.

Figure III.8: Le dessin de la chambre d'ionisation Markus

Figure III.9: Fantôme d'eau

Figure III.10: Les électromètres de PTW UNIDOS

Figure III.11: Chaine de mesure chambre-électromètre

Figure III.12: Thermomètre et baromètre

Figure III.13: Source ⁹⁰Sr pour les chambres cylindrique

Figure III.14: ⁹⁰Sr pour les chambres plates.

Figure III.15: en train de mesure les lectures L.

Figure III.16: Schéma de fantôme d'eau en cours de montage.

Figure III.17: Certificat d'étalonnage

Figure III.18: la chambre de référence en train de positionner

8

Figure III.19: Positionnement de la chambre plate

Les abréviations:

EC : l'énergie cinétique de l'électron incident

WL: l'énergie de liaison de l'électron de l'atome cible

hí: l'énergie du rayonnement électromagnétique incident

CoP: Code of Practice

CLCC: Centre de Lutte Contre le Cancer setif

TRS : Série de Rapports Techniques (Technical Reports Series)

IAEA : Agence Internationale de l'Energie Atomique (International Atomic Energy Agency)

PSDL: Laboratoires de Dosimétrie Standard Primaires (Primary Standard Dosimetry Laboratory)

PMMA: PolyMethyl MethAcrylate

SSDL: Laboratoires de Dosimétrie Standard secondaires (secondary Standard Dosimetry Laboratory)

(voir Annexe2)

TPR:Tissue-phantom ratio in water at depths of 20 and 10 g/cm², for a field size of 10 cm ×10 cm² and

an SCD of 100 cm, used as the beam quality index for high energy photon radiation

SSD : Source-surface distance.

SAD : Source-axis distance

PDD : Pourcentage de Dose de Profondeur (Percentage depth dose).

rdg : Valeur en unités arbitraire subtilisées pour la lecteur d'un dosimètre (Value, in arbitrary units, used

for the reading of a dosimeter).

MU: Monitor Unit

Gy: Gray

MeV: Mega Electro Volt

MV: Mega Volt

PTW: Physikalisch-Technische Werkstätten

DW,Q : Dose absorbée dans l'eau pour le rayonnement de qualité Q

KS : correction liée à la recombinaison ionique

KTP : correction liée à la densité de l'air

M : lecture non corrigée de l'instrument

MQ: lecture corrigée de l'instrument

MS: lecture de l'instrument en saturation complète

NW,Q0 : facteur de calibration obtenu lors de la vérification permettant de convertir la lecture de

l'instrument en dose absorbée dans l'eau pour le rayonnement de qualité Q0

p, p0 : pression absolue de l'air lors de la mesure, respectivement dans les conditions de référence

Q : indice de qualité du rayonnement (correspond à R50)

Q0 : qualité de radiation à laquelle le dosimètre a été calibré lors de la vérification

R50 : profondeur dans l'eau à laquelle la dose absorbée vaut 50% de sa valeur maximale

METAS : l'Office fédéral de métrologie et d'accréditation.

UNIDOS: Universelle Dosimètre

Zmax : profondeur du maximum de la dose absorbée

Zref : profondeur de référence dans l'eau

9

Introduction générale

Les rayonnements ionisants sont les plus utilisées en radiothérapie, pour le traitement des cancers qui consiste à tenir de manière optimale l'ensemble des irradiations qu'il va falloir appliquer au patient dans le but de détruire complètement sa tumeur.

D'autre part l'utilisation des rayonnements ionisants présente de danger pour la santé humaine, qu'on-t-il dépasse un seuil de sûreté. D'où la nécessité de la précision sur la dose délivrée à la tumeur au cours du processus d'irradiation. Ceci fait l'objet de la dosimétrie qui permet le contrôle de la qualité des traitements par ionisations. Elle mesure au mieux les rayonnements en un lieu ou sur une personne, pour fournir une estimation de l'équivalent de dose. Il est, donc, important de tout mettre en oeuvre pour améliorer l'exactitude et la précision de la dose en radiothérapie afin d'assurer le succès du traitement.

Il est évident que l'exactitude sur la dose absorbée de référence doit être meilleure que l'exactitude sur la dose absorbée délivrée au volume cible. En conséquence le débit de référence du faisceau clinique est le premier paramètre à contrôler.

L'agence internationale de l'énergie atomique (IAEA) publié en 1987 un code de pratique international sur la détermination de la dose absorbée dans les faisceaux de photons et d'électrons. La structure de ce code de pratique diffère de celle de la série de rapports techniques n°398 (TRS 398).

10

Le but de cette étude est de définir et de préciser le Code pratique du calcul de dose absorbé dans l'eau (TRS 398-IAEA) pour la radiothérapie externe.

Dans ce projet, nous avons procédé l'organisation suivante :

Le premier chapitre sera consacré aux notions fondamentales de la dosimétrie des rayonnements ionisants. Il s'attache essentiellement à la description de l'interaction des rayonnements avec la matière. Le second chapitre est consacré à la dosimétrie et le protocole de calibration (TRS-398)

Le troisième chapitre est réservé à la partie expérimentale qui contient matériels et méthodes utilisés pour effectuer ce travail, et à l'interprétation des résultats obtenus.

Enfin, nous clôturons par une conclusion qui décrit d'une manière générale le travail réalisé et résultats obtenus.

11

CHAPITRE I :

Les interactions rayonnements-matière

12

I. Les interactions rayonnements-matière :

I.1. Les rayonnements ionisants et non-ionisants :

Définition et classification :

On appelle rayonnement ou radiation le processus d'émission ou de transmission d'énergie sous la forme d'ondes électromagnétiques ou de particules.

- Rayonnement ionisant : Un rayonnement est dit ionisant quand il est susceptible d'arracher des électrons à la matière.

- Rayonnement non-ionisant : l'énergie est insuffisante pour ioniser l'atome.

Tout particules ou photons dont l'énergie est supérieure à l'énergie de liaison des électrons les moins liés des atomes constituant la matière vivante ERI=12.4 eV .

Un rayonnement ionisant est un transport d'énergie sous la forme de particules ou d'ondes électromagnétiques d'une longueur d'ondes inférieure ou égale à 100 nanomètres, soit d'une fréquence supérieure ou égale à 3x10¹⁵ hertz, pouvant produire des ions directement ou indirectement.

Ces définitions réglementaires, assez ardue de prime abord, laisse transparaitre deux termes importants : Une particule ou une onde électromagnétique vont céder leur énergie d'une façon bien caractéristique : On peut classer les rayonnements selon leur façon de produire des ionisations dans la matière en utilisant leur propre pouvoir d'ionisation :

Figure I.1: Classification des rayonnements

- Radiations directement ionisantes : comme les électrons, particules á, positrons, protons,

deutons...

- Radiations indirectement ionisantes : comme les neutrons, rayons X, rayons ã. [1]

I-2. Interaction des électrons avec la matière :

Les électrons sont des particules légères porteuses d'une charge électrique élémentaire, négative

pour les « négatons » et positive pour les « positons ».

Un électron traversant un milieu matériel perd de l'énergie par :

"Collisions", c'est-à-dire interactions coulombiennes avec les électrons des atomes du milieu traversé, Ce qui conduit à l'ionisation ou à l'excitation de ces atomes, deux cas de figure peuvent se présenter: les électrons agissent soit avec les électrons des atomes constituant le milieu, soit avec leur noyau.

Dans le cas d'une interaction « électron-électron », on parlera de collision. Il en existe deux types : l'ionisation et l'excitation ; dans le cas d'une interaction «électron-noyau », on parlera de sur les rayonnements de freinage. [2]

I-2-1. Phénomène d'excitation et d'ionisation :

Ces interactions sont les plus probables. L'électron incident transfère une partie de son Énergie cinétique a l'électron atomique ; selon la valeur de la quantité d'énergie transférée, l'une ou l'autre de ces réactions aura lieu :

Notons EC l'énergie cinétique de l'électron incident et WL l'énergie de liaison de l'électron de l'atome cible.

Selon que EC est suffisante ou non pour éjecter l'électron de son orbite, deux phénomènes peuvent se produire :

Si EC = WL : l' de la cible est éjecté de son orbite avec une énergie cinétique (EC-WL), et il se produit une ionisation de l'atome cible. L'électron éjecté, dit électron secondaire, peut à son tour créer d'autres ionisations si son énergie cinétique est suffisante.

Figure I.2 : Phénomène d'ionisation

Si EC < WL : le transfert d'énergie EC ne peut produire aucune ionisation mais, peut porter l'électron cible à un niveau énergétique supérieur, avec excitation de l'atome cible.

Figure I.3: Phénomène d'excitation.

13

14

Si EC << WL : cette excitation aboutit à une dissipation thermique (par augmentation de l'énergie de translation, de rotation ou de vibration des molécules cibles. [3]

I-2-2. Rayonnement de freinage :

Plus rarement, les électrons incidents peuvent interagir avec les noyaux des atomes de la substance traversée. Ils subissent l'influence du champ coulombien du noyau : ils sont alors dévies et cèdent une partie de leur énergie au noyau.

Cela se manifeste par un ralentissement ou freinage. L'énergie perdue est émise sous la forme de rayonnements X, dits de « freinage ».

Dans la littérature, on emploie aussi le terme de « bremsstrahlung » (rayonnement de freinage, en allemand). Ce phénomène n'est important que dans le cas d'électrons de forte énergie (supérieure a 1MeV) traversant une matière constituée d'atomes lourds (numéro atomique Z élevé).

Figure I.4 : Phénomène de freinage.

I-3. Interaction photon-matière:

L'interaction entre les photons et la matière par laquelle les photons individuels sont enlevés ou

défléchis du faisceau primaire de rayons X ou de rayons ã peut être classifiée selon :

- Le type de cible : par exemple, les électrons, les atomes ou les noyaux avec lesquels le photon

interagit.

- Le type d'événement : par exemple : diffusion, absorption, production de paires, etc....qui se

produit.

Les interactions qui se produisent avec les électrons atomiques sont :

- L'effet photoélectrique (absorption)

- La diffusion de Rayleigh (diffusion)

- La diffusion de Compton (diffusion)

- La diffusion de Compton à deux photons (Effet multi photonique)

Les principales interactions possibles sont : l'effet photoélectrique, l'effet Compton et création de paires,

d'autres effets de moindre importance : l'effet Thomson-Rayleigh et photo nucléaire. [5]

15

I-3-1. L'effet photo-électrique:

L'effet photoélectrique est le mode dominant d'interaction pour les photons de basse énergie (0.01 et 0.1 MeV).

Le photon entre en collision avec un électron des couches internes de l'atome. L'énergie E du photon incident est transférée à l'électron qui est éjecté de sa couche. Une partie de cette énergie est utilisée pour «extraire» l'électron interne (énergie de liaison W); l'excédent d'énergie se retrouve sous forme d'énergie cinétique de l'électron éjecte. Par conséquent, E = W+Ec.

L'effet photoélectrique ne peut avoir lieu que si l'énergie du photon incident est supérieure à l'énergie de liaison de l'électron.

L'énergie cinétique du photoélectron est finalement transférée au milieu lors d'ionisations ultérieures. Le retour de l'atome a l'état fondamental s'accompagne d'une émission d'énergie sous forme d'un photon de fluorescence ou d'un électron Auger. Le photon de fluorescence est émis lorsqu'un électron des couches supérieures prend la place laissée vacante par l'électron éjecte. Parfois, pour des milieux de Z petit, le photon de fluorescence produit un nouvel effet photoélectrique avec émission d'un électron: c'est l'effet Auger.

Figure I.5 : Effet photoélectrique.

I.3.2. Effet Compton :

Cet effet est produit si le photon incident possède une énergie de 0.1 à 0.5 MeV.

Le photon interagit avec un électron libre ou peu lié et l'interaction conduit l'éjection de l'électron, et le photon incident subit une diffusion avec une énergie inférieure à son énergie initiale.

L'énergie du photon diffusé et électron de Compton est donnée simplement, en appliquant les lois de la conservation de l'énergie et du moment cinétique au choc du photon avec un électron libre, ce qui donne la relation suivante :

hí= hí' + Ec

hí est l'énergie du rayonnement électromagnétique incident, et Ec est l'énergie cinétique de l'électron éjecté.

Au cours de l'interaction, une partie de l'énergie du photon est transmise à l'électron, qui recule et le reste de l'énergie, hí apparaît sous la forme d'un photon diffusé.

16

Figure I.6 : Effet Compton.

I.3.3. L'effet de création de paire (matérialisation) : Condition : Ein > 2m_eC². Ei> 1.02 MeV

Dans le champ électrique intense qui règne au voisinage du noyau, le photon peut se matérialiser sous forme d'un électron et d'un positon.

La conservation de l'énergie s'écrit :

E=2E0+Ee-+Ee+

Où E0 est l'équivalent énergétique de la masse de l'électron (E0 = 2m_eC² = 0,511 MeV), Ee+ et Ee- sont respectivement les énergies cinétiques de l'électron et du positron.

L'électron et le positron sont ralentis dans la matière.

Figure I.7 : Effet de production des paires.

I.3.4. Domaine de prépondérance de chacun des effets :

L'importance relative des différents types d'interaction est en fonction de l'énergie de la radiation et du numéro atomique du milieu, on peut reporter dans le plan (hí, Z) les lieux de probabilité des effets. Ceci permet de définir trois zones :

- Faible énergie des photons et haut Z: prédominance de l'effet photoélectrique.

17

- Énergie moyenne et Z moyen: prédominance de l'effet Compton.

- Énergie élevée et Z élevé: prédominance de la production de paires.

Figure I.8 : Probabilités de réalisation des effets photoélectrique, Compton et de production de paires en fonction de l'énergie.

D'après la figure, il apparait que :

- L'effet photoélectrique prédomine aux basses énergies. La probabilité d'occurrence est une fonction décroissante de l'énergie du rayonnement incident ;

- L'effet Compton est l'effet prédominant aux énergies intermédiaires

- la probabilité d'occurrence de l'effet de production de paires, au-dessus de son seuil d'apparition de 1,022 MeV, est une fonction croissante de l'énergie.

18

CHAPITRE II :

La dosimétrie et le protocole de calibration

(TRS-398) [Code of practice -CoP-J

19

II. La dosimétrie et le protocole de calibration (TRS-398) : [Code of practice -CoP-]

II.1. Définition de la dosimétrie:

La dosimétrie, c'est-à-dire la mesure de l'exposition aux radiations ionisantes, fait partie des outils de la radioprotection. Elle a pour objet de mesurer au mieux les rayonnements en un lieu ou une personne, pour fournir une estimation de dose.

II.2. Types de protocoles de dosimétrie :

Un protocole de dosimétrie fournit le formalisme qui relie un étalonnage d'une chambre d'ionisation dans un laboratoire de normalisation à la mesure de la dose absorbée dans l'eau dans les conditions de références d'un faisceau clinique. Deux types de protocoles de dosimétrie sont disponibles :

- Protocole basés sur kerma dans l'air dans les coefficients d'étalonnage de l'air. - Protocole basés sur la dose absorbée dans l'eau les coefficients d'étalonnage

Mais dans ce mémoire nous évoquerons successivement le protocole basé sur la dose absorbée dans

eau.

La sortie de base pour un faisceau clinique est généralement indiquée par :

· Dose pour un point P donne Gy/min ou Gy/MU.

· À une profondeur de référence Zref (souvent la profondeur Zmaxde la dose maximum).

· Dans un fantôme d'eau pour une source nominale à la surface distance (SSD) ou source à la distance d'axe (SAD).

· À une taille de champ de référence sur la surface fantôme (habituellement 10×10 cm²).

Figure II.1 : Schéma représentant les différentes distances entre le faisceau, le fantôme d'eau et le

détecteur.

20

II.3 Détermination de la dose absorbée dans l'eau en mode électron :

Le formalisme pour la détermination de la dose absorbée dans l'eau en mode photons et électrons de haute énergie en utilisant une chambre d'ionisation calibré dans un faisceau de ⁶⁰ Co. La procédure de détermination de la dose absorbée dans l'eau basée sur les normes de dose absorbée dans l'eau a été mise en oeuvre dans les recommandations nationales sur la dosimétrie. Il a également été inclus dans le Code de pratique de l'AIEA pour les chambres d'ionisation.

II.3.1 La formule :

En TRS 398 la dose absorbée dans l'eau à la profondeur de référence Zre f dans l'eau pour un faisceau de référence de qualité Q₀ (utilisé ⁶⁰Co) est donnée par :

Dw,Qo=MQo.ND,w,Qo (1)

Où :

MQ_oEst lecture du dosimètre (chambre d'ionisation) sous les conditions de référence utilisées dans le laboratoire standard.

ND,`,,,,Qo Est le facteur d'étalonnage en termes de dose absorbée dans l'eau du dosimètre obtenu à partir

d'un laboratoire standard.

Lorsqu'un dosimètre est utilisé dans un faisceau de qualité Q différent de celui utilisé pour son étalonnageQ₀. La dose absorbée dans l'eau est donnée par :

Dw,Q= MQ.ND,w,Qo.KQ,Qo (2)

Où le facteur KQQ_ocorrige les effets de la différence entre la qualité du faisceau de référence Q₀

et la qualité d'utilisateur réelle Q, et le relevé du dosimètre MQ a été corrigé sur les valeurs de référence des grandeurs d'influence autres que la qualité du faisceau.

Le facteur de correction de la qualité du faisceau KQQoest défini comme le rapport, aux qualités Q et, Q0 des facteurs d'étalonnage en termes de dose absorbée dans l'eau de la chambre d'ionisation :

K = ND,w,Q = Dw,Q/MQ (3)

Q,Qo ND,w,Qo Dw,Qo/M Qo

La qualité de référence Qo la plus couramment utilisée pour l'étalonnage des chambres d'ionisation est le rayonnement gamma de ⁶⁰Co, auquel cas le symbole KQest utilisé dans ce code de pratique pour le facteur de correction de la qualité du faisceau.

Dans certains PSDLs les faisceaux de photons et d'électrons de haute énergie sont directement utilisés à des fins d'étalonnage et le symbole KQQoest utilisé dans ces cas.

21

Idéalement, le facteur de correction de la qualité du faisceau doit être mesuré directement pour chaque chambre avec la même qualité que le faisceau de l'utilisateur.

II.3.2 Conditions de référence

Les conditions de référence sont celles pour lesquelles le facteur de calibration d'un dosimètre NW,Q permettant d'obtenir la dose absorbée dans l'eau Dw,Qest spécifié.

Les conditions de référence sont décrites par un ensemble de valeurs de grandeurs d'influence pour lesquelles le facteur d'étalonnage est valable sans autres facteurs de correction. Les conditions de référence pour les étalonnages en termes de dose absorbée dans l'eau sont, par exemple, la disposition géométrique (distance et profondeur), la taille du champ, le matériau et les dimensions du fantôme irradié et la température ambiante, pression et humidité relative.

La profondeur de référence zref est donnée par :

Zref = 0. ⁶xR50 - 0.1 g.cm^-2 (R50 in g.cm^-2) (5)

Cette profondeur est proche de la profondeur du maximum de la dose absorbée zmax pour des qualités de faisceaux R50 < 4 g.cm^-2 (E0 < 10 MeV). Aux qualités de faisceaux plus élevées, elle est supérieure à zmax. Pour un accélérateur donné, chaque faisceau de référence aura une profondeur de référence particulière. Cependant, il a été montré que la nouvelle profondeur permet de réduire significativement les variations des facteurs de calibration d'une machine à l'autre ; le gain en précision justifie son application, particulièrement dans le cas des chambres de type plane parallèle.

Les conditions de référence auxquelles se réfère la vérification par METAS sont les suivantes :

Tableau 1 : les conditions de références.

TempératureT0		293.25 K (20 °C)	Pression absolue de l'air P0
1013.25 hPa		Humidité relative rF
50%		Efficacité de la collection des charges
100%		Tension et polarité
selon le certificat de vérification		Qualité du rayonnement
Q0 (voir tableau 2)		Distance source-surface
100 cm		Grandeur de champ
10 cm x 10 cm à la surface du fantôme		Position du point de référence
à Zref

22

Tableau 2 : Qualités de rayonnement de METAS

Energie nominale des électrons [MeV]	Indice Q0 de la qualité du rayonnement (=R50)[g.cm^-2]		zref [g.cm^-2]	5.5
1.75	0.95		6.0
1.95	1.07		7.5
2.62	1.47		9.0
3.31	1.89		10.0
3.70	2.12		12.0
4.35	2.51		15.0
5.67	3.30		18.0
6.90	4.04		20.5
7.52	4.41		22.5
8.54	5.02

II.3.3 Correction pour les grandeurs d'influence : MQ lecture corrigée de l'instrument :

M?? = M??. K????. ^Ks. K??????. ?????????? (6)

Avec:

KTP : correction liée à la densité de l'air K elec : le facteur d'étalonnage de l'électromètre Kpol : correction liée à l'effet de polarité KS : correction liée à la recombinaison ionique MQ : lecture corrigée de l'instrument M1 : lecture non corrigée de l'instrument

II.3.3.1 Correction liée à la densité de l'air (KTP)

Pression, Température et Humidité

Pour effectuer des mesures précises, il est nécessaire de corriger toute différence entre la densité de l'air dans la chambre au moment de la mesure et celle pour laquelle le facteur de calibration s'applique. Le facteur KTP tient compte de l'influence de la température de l'air et de sa pression sur la densité de l'air dans le volume ouvert de la cavité:

K???? = ( ??0 ).(273.25+ ?? )

( ?? ).(273.25+ ??0 ) (7)

23

T est la température de l'air dans la chambre et P la pression ambiante de l'air. Les valeurs de référence P0 et T0(voir tableau 1).

II.3.3.2 Correction liée à la polarité (????????):

Il est recommandé d'utiliser le dosimètre avec la même tension de polarisation que celle utilisée lors de la vérification. La lecture vraie est considérée comme la moyenne des valeurs absolues des lectures prises aux deux polarités. L'effet sur la chambre lecture de l'utilisation de potentiels de polarisation de polarité opposée pour chaque qualité de faisceau d'utilisateur Q peut être comptabilisé en utilisant un facteur de correction :

???????? = |??+|+|??-|

???? (8)

Où ??+ et ??- sont les lectures d'électromètre obtenues au positive et à la négative polarité, respectivement, et M est la lecture de l'électromètre obtenu avec la polarité utilisé couramment (positif ou négatif). Les lectures ??₊et??_- doivent être faites avec attention, en s'assurant que la lecture de la chambre est stable suite à tout changement de polarité.

II.3.3.3 KS Recombinaison ionique :

La collecte incomplète de charge dans une cavité de la chambre d'ionisation en raison de la recombinaison d'ions nécessite l'utilisation d'un facteur de correction ??_??.Pour les faisceaux pulsés, il est recommandé dans le présent code de pratique que la correction facteur ?? _??être dérivé en utilisant la méthode à deux tensions, Cette méthode suppose une dépendance linéaire de 1/M sur 1/V et utilise les valeurs mesurées des charges collectées ??₁ et ??₂ aux tensions de polarisation ??₁ et??₂, respectivement. V1 est la normale la tension de fonctionnement et??₂, une tension inférieure ; le rapport ??₁ /??₂, devrait idéalement être égal à ou plus grand que 3. Strictement, l'effet de polarité changera avec la tension, et ??1 et ??2 doit être corrigé pour cet effet en utilisant Eq (8). La recombinaison le facteur de correction ????à la tension de fonctionnement normale ??1 est obtenu à partir de :

???? = ???? + ????(????

????) + ????(????

????)2 (9)

Où les constantes ???? sont données dans le tableau 9 de TRS398 for pulsed and for pulsed-scanned radiation. [6]

24

II.4 TRS 398 : (Technical Reports Series) Séries de Rapports Techniques n° 398:

Est un formalisme électronique qui a fait dans l'Excel (worksheet) pour la détermination de la dose absorbée dans l'eau dans les différents faisceaux qui utilisé dans la radiothérapie externe, comme indiquée dans la figure ci-dessous :

An International Code of Practice for Dosimetry Based on Standards of Absorbed Dose to Water

Figure II.2 : Système de dosimétrie cohérent basé sur les normes de dose absorbée dans l'eau.

Normes primaires basées sur la calorimétrie à l'eau, calorimétrie au graphite, la dosimétrie chimique et l'ionométrie permettent l'étalonnage des chambres d'ionisation en termes de dose absorbée dans l'eau, ND,W un seul code de pratique fournit la méthodologie pour la détermination de la dose absorbée à l'eau dans le bas moyen. ⁶⁰Co faisceaux de photons de haute énergie, faisceaux de protons et faisceau d'ion lourds utilisés pour la radiothérapie externe. [7]

II.5 Exemple de détermination de la dose absorbé dans l'eau en mode électron de haute énergie :

On donne un exemple sur la détermination de la dose absorbé dans l'eau en mode électron de haute énergie, on trouve les valeurs de KQ,Q0 dans le tableau 18 (CoP TRS 398) comme indiquée dans le tableau ci-dessous :

Tableau 3 : Valeurs calculées de K_Q pour les faisceaux d'électron, en fonction de la qualité de

faisceaux R50.

Les valeurs de R50 se trouvent dans le tableau 2 (Qualités de rayonnement de METAS) Et les coefficients a?? dans le tableau 9 (CoP TRS 398) comme indiquée dans le tableau ci-dessous :

Tableau 4 : Valeurs calculées de a?? en fonction de ce rapport de voltage???? :

????

WORKSHEET:

Determination of the absorbed dose to water in an electron beam

26

^allote that if Qo is ⁶⁰Co, ND,w,Qo is denoted by ND,w. ^bIf a water phantom is

used, set the fluence scaling factor hpl = 1. ^cAll readings should be checked for leakage

and corrected if necessary. ^dIf the electrometer is not calibrated separately, set kelec = 1.

eM in the denominator of kpol denotes reading at the user polarity. Preferably, each reading in the equation should be the average of the ratios of M (or M+ or M-) to the reading of an external monitor, Mem.

It is assumed that the calibration laboratory has performed a polarity correction. Otherwise kpol is determined

according to: rdg at +V1 for quality Qo: M + = ___ rdg
at -V1 for quality Qo: M - = ____

Kpol = [^|M+|_M|^+-|1,20

_[|M₊|+|M-|

_||M

|M| 1,2

^fStrictly, readings should be corrected for polarity effect (average with both polarities). Preferably, each reading in the equation should be the average of the ratios of M1or M2to the reading of an external monitorM_em.

-1

M1

M2

gCheck that K_S - 1 = v11 v2-¹

^hIt is assumed that the calibration laboratory has performed a recombination correction. Otherwise the factor k's = ks /ks, Q_o should be used instead of k_s. When Q_o is 60Co, ks,Qo (at the calibration laboratory) will normally be close to unity and the effect of not using this equation will be negligible in most cases.

27

II.6 cross-calibration : Concept :

- La calibration croisée (cross-calibration) se réfère à l'étalonnage d'une chambre d'utilisateur par comparaison directe dans un faisceau utilisateur approprié par rapport à une chambre de référence qui a été préalablement étalonnée.

- Un exemple particulier est le cross-calibration d'une chambre plane-parallèle destinée à être utilisée dans des faisceaux de photons contre une chambre cylindrique de référence calibrée en rayonnement gamma ⁶⁰Co.

- Malgré l'étape supplémentaire, un tel étalonnage croisé entraîne généralement une détermination de la dose absorbée dans l'eau en utilisant la chambre plane parallèle, plus fiable que celle obtenue par l'utilisation d'une chambre plane-parallèle calibrée directement dans ⁶⁰Co

- Le facteur de calibration ????,??,????????????

?? en termes de dose absorbée dans l'eau pour la chambre en
cours d'étalonnage, à la qualité de cross-calibration????????????, est alors donné par:

??????

????,??,????????????

?? = ?????? (10)

??????????????

??????????????

?? ????,??,????????????

In our work Chamber to be cross calibrated: plane-parallel Markus chamber cross calibrated against: cylindrical Farmer chamber Cross calibration performed at an photon energy of 6 MV. [8]

???????????? (11)

????,??,6 ????

???????????? = ??????????????

????????????

??6????

???????????? ????,??,6????

28

CHAPITRE III :

Partie expérimentale

III Partie expérimentale :

III.1 Matériels utilisés :

III.1.1 Accélérateurs de particules Clinac iX :

L'appareil de traitement est appelé accélérateur linéaire de particules. Il en existe plusieurs types, permettant de traiter les tumeurs proches de la surface de la peau aussi bien que les tumeurs plus profondes. Des vérifications du bon fonctionnement de l'appareil sont réalisées de façon quotidienne et régulière sous la responsabilité du physicien, une maintenance régulière est également effectuée par le constructeur.

Les deux accélérateurs permettent d'utiliser deux types de rayonnements ainsi que des électrons pour couvrir différentes profondeurs de volume à traiter et épargner au mieux les tissus normaux.

Nos deux accélérateurs sont de marque "VARIAN". Les deux machines sont jumelées, permettant d'être indifféremment traités sur l'un ou L'autre accélérateur. [9]

Figure III.1 Les accélérateurs de marque "VARIAN Clinac " et leur Schéma

29

30

III.1.2 Les applicateurs :

Les applicateurs de faisceau d'électrons sont utilisés pour orienter le faisceau et sont fixés à la tête d'unité de traitement de telle sorte .Ils possèdent des ouvertures carrés à une distance source surface de 100 cm, nous avons utilisé les applicateurs ayant un champ de taille 10x10 cm² . [9]

Figure III.2 : l'applicateur ayant un champ de taille 10x10 cm².

III.1.3 la chambre d'ionisation :

La chambre d'ionisation constitue un des systèmes les plus simples de détection des rayonnements. Dans le domaine de la physique médicale, l'application principale de la chambre d'ionisation est la dosimétrie des faisceaux de radiothérapie. Une propriété importante d'une chambre d'ionisation réside dans le matériau constituant sa paroi.

Ceci est lié au fait que, dans le cas de la détection d'un rayonnement indirectement ionisant, ce sont les particules chargées secondaires produites dans la paroi (principalement les électrons) qui sont mesurées dans le volume de la chambre.

Selon les fabricants et les conditions de mesure, le volume sensible des chambres d'ionisation est généralement compris entre quelques cm³ et quelques dizaines de cm³. L'épaisseur et la nature de ce matériau sont à choisir selon les conditions spécifiques de la mesure. Les qualités habituelles de ces détecteurs (stabilité, linéarité, polarité, influence du débit, de l'angle d'incidence du rayonnement,...) sont évidemment indispensables. L'électromètre associé doit être adapté et capable de mesurer des charges très faibles. [10]

III.1.3.1 Principe de fonctionnement :

Une chambre d'ionisation est constituée par une enceinte délimitant un certain volume gazeux, compris entre des électrodes portées à une tension de l'ordre d'une centaine de volts. En générale, le principe de la chambre d'ionisation est de ce placer dans les conditions où le nombre d'ions collectés est égale au nombre d'ions formés lors de l'irradiation, ce qui permet de mesurer la quantité d'électricité transportée par ces ions [10].

31

La mesure d'une dose absorbée dans un matériau m peut se traduire en fait par la mesure d'une quantité d'ions, ou d'un courant d'ionisation créé dans un volume gaz entouré d'une paroi en matériau .Ceci étant, une chambre d'ionisation est simplement constituée d'un volume utile de gaz qui est délimité par deux électrodes soumis à une différence de potentiel (Figure III.3).

L'électrode centrale est portée à une haute tension positive ou négative, alors, que l'enceinte est en général mise à la masse. Ce qui va créer un champ électrique, entre la paroi de l'enceinte et l'électrode centrale. Le rayonnement incident ionise le gaz et les ions créés dans le gaz remplissant l'enceinte sont donc, attirés par l'une des électrodes suivant leur signe et collectés par cette électrode, d'où l'apparition d'un courant proportionnel à la dose de rayonnement reçue.

Figure III.3 Principe de fonctionnement d'une chambre d'ionisation

III.1.3.2 Types de chambres utilisées:

III.1.3.2.1 La chambre cylindrique :

Une chambre cylindrique est constituée d'une électrode centrale et d'une paroi de chambre cylindrique avec une extrémité sphérique ou conique montée sur une tige cylindrique. Une garde sur le potentiel de l'électrode centrale menant au volume sensible limite les courants d'obscurité et les effets de la tige.

Figure III.4 Le design du la chambre cylindrique

La figure III.5 représente une chambre d'ionisation cylindrique de type Farmer qui est la plus utilisée en radiothérapie et qui sert habituellement a la calibration absolue (utilisées pour l'étalonnage des accélérateurs linéaires en radiothérapie). Elle mesure l'ionisation produite dans son petit volume d'air (0.6 cm³) en collectant les charges par deux électrodes (environ 400 V). La paroi de la chambre est faite d'un matériau qui est considéré comme équivalent de l'air (graphite) ou du tissu (PMMA).

32

Figure III.5 Farmer Chamber 30013 avec son schéma

Cette figure illustre la chambre cylindrique utilisée dans notre travail, et nous utilisons comme chambre de référence. [11]

Tableau 5 : Les caractéristiques de la chambre Farmer 30013

Type of product		vented cylindrical ionization chamber acc. IEC 60731	Application
absolute therapy dosimetry in water, solid state phantoms and air		Measuring quantity
absorbed dose to water, air kerma, exposure		Reference radiation quality
^60Co		Nominal sensitive volume
0.6 cm^3		Design
waterproof, vented, fully guarded		Reference point
on chamber axis, 13 mm from chamber tip		Direction of incidence
radial		Nominal response
20 nC/Gy		Long-term stability
= 0.5 % per year		Chamber voltage
400 V nominal #177; 500 V maximal		Polarity effect at ^60Co
< 0.5 %		Photon energy response
= #177; 2 % (70 kV ... 280 kV) = #177; 4 % (200 kV ... ^60Co		Directional response in water
=#177; 0.5 % for rotation around the chamber axis and for tilting of the axis up to #177; 5°

33

Leakage current

= #177; 4 fA	Cable leakage
= 1 pC/(Gy·cm)	Field size
(5 x 5) cm^2... (40 x 40) cm^2	Temperature Humidity
(10 ... 40) °C (50 ... 104) °F (10 ... 80) %, max 20 g/m^3	Air pressure
(700 ... 1060) hPa

III.1.3.2.2 la chambre plane parallèle:

Une chambre plane parallèle (également appelée chambre plate) est constituée d'une plaque d'électrode haute tension et d'une plaque d'électrode de mesure confinant le volume sensible. Une protection sur le potentiel de l'électrode centrale autour de la plaque d'électrode de mesure limite le courant d'obscurité et l'effet de perturbation.

Figure III.6 Le design du la chambre plate.

Les chambres plates utilisées pour la dosimétrie des électrons (énergie inférieure à 10 MeV) ainsi que des photons de basse énergie, sont principalement utilisées pour l'étalonnage des faisceaux d'électrons et les mesures dans la région du recouvrement électronique des faisceaux de photons.

La paroi se compose de graphite recouvert d'une couche de protection en acrylique. Les anneaux de garde sont conçus pour atteindre le volume de mesure. Un capuchon d'accumulation en acrylique pour une mesure dans l'air. [11]

La figure III.7 représente les chambres d'ionisation plate (Markus fabriquée par PTW) utilisées dans notre travail.

4434 4435 4436

Figure III.7 Les chambres d'ionisation de type Markus avec leurs numéros de séries.

34

Figure III.8 Le dessin de la chambre d'ionisation Markus

Tableau 6 : Les caractéristiques de la chambre Markus

Type of product		vented plane parallel ionization chamber	Application
Absolute dosimetry in highenergy electron beams		Measuring quantity
absorbed dose to water		Reference radiation quality
^60Co		Nominal sensitive volume
0.055 cm3		Design
waterproof with protection cap, vented		Reference point
in chamber center on en trance foil, or 1.3 mm below surface of protection cap		Direction of incidence
perpendicular to chamber plane		Nominal response
2 nC/Gy		Long-term stability
= 1 % per year		Chamber voltage
(100....300V) 300 V nominal		Polarity effect
= 1 % for electrons = 9 MeV		Directional response in water tilting
= #177; 0.1 % for chamber = #177; 10°		Leakage current
= #177; 4 fA		Cable leakage
= 3.5 pC/(Gy·cm)		Field size
(3 x 3) cm^2 ... (40 x 40) cm^2		Temperature Air pressure
(10 ... 40) °C (50 ... 104) °F (700 ... 1060) hPa		Humidity
(10 ... 80) %, max 20 g/m3

III.1.4 Le milieu de référence (Le fantôme) :

L'eau est toujours recommandée dans les codes de pratique de l'AIEA en tant que matériau fantôme pour l'étalonnage des photons et des faisceaux d'électrons de Haute Energie. Le milieu de

35

référence pour la dosimétrie en radiothérapie, est un fantôme de matériau pouvant absorber et diffuser les rayonnements ionisants de la même façon que le tissu biologique.

A cet effet, le fantôme doit avoir des densités électroniques et volumiques qui se rapprochent de celles des tissus. Cependant, ce sont les fantômes d'eau qui ont ces particularités (les tissus biologiques sont constitués de plus de 75 % d'eau) et sont les plus utilisés. Ces fantômes sont recommandés par les protocoles dosimétriques les plus récents.

Le fantôme utilisé dans le présent travail est un fantôme réservoir d'eau 3D motorisé pour les faisceaux de radiothérapie. L'eau utilisée est distillée, permettant ainsi de représenter au mieux le tissu humain. L'installation doit être la plus minutieuse possible pour ne pas fausser les mesures. [13]

Figure III.9 Fantôme d'eau

III.1.5 L'électromètre :

Les électromètres sont utilisés pour mesurer une charge sur les électrodes de la chambre d'ionisation. Cette charge est ensuite convertie en dose absorbée.

L'électromètre et la chambre d'ionisation peuvent être étalonnés séparément. Cependant, il arrive que l'électromètre fasse partie intégrante du système de dosimétrie, et il faut alors étalonner la chambre d'ionisation et l'électromètre comme étant un seul système de mesure [14].La figure si dessous représente les électromètres utilisés dans notre tp.

Figure III.10 Les électromètres de PTW UNIDOS

Chaine de mesure chambre-électromètre :

La chambre d'ionisation est toujours utilisée avec un électromètre, un dispositif pour mesurer le courant induit par le passage du rayonnement dans la chambre, de l'ordre de 10^-9 A, 10^-14 utilisé en même temps qu'une chambre d'ionisation. Un amplificateur opérationnel avec une résistance standard ou un condensateur standard permet de rendre ces courants faibles mesurables par l'électromètre.

Chambre d'ionisation

Electrometer

Source de courant

Figure III.11 Chaine de mesure chambre-électromètre

III.1.6 Thermomètre et baromètre:

La précision des baromètres et le thermomètre sont utilisés pour déterminer les facteurs de correction de la densité d'air pour la dosimétrie absolue.

Figure III.12 Thermomètre et baromètre

36

Les instruments utilisés pour la mesure de la température et de la pression sont illustrés par la figure III.12. [13]

37

III.1.7 La source Radioactive 90Sr :

La source Radioactive ⁹⁰Sr est des dispositifs de contrôle radioactifs sont utilisés pour les corrections de densité d'air des chambres d'ionisation ventilées et pour les contrôles de constance des dosimètres complets, y compris la chambre. [6,11] (voir Annexe 1)

Les sources utilisées sont illustrés par la figure si dessous.

Figure III.13 Source ⁹⁰Sr pour les chambres cylindrique

Figure III.14 ⁹⁰Sr pour les chambres plates.

III.2 Résultats et discutions:

III.2.1 La validité de facteur de calibration :

But : L'objectif de cette expérience est de vérifier la validité de facteur de calibration ND,W,QQ de la chambre d'ionisation cylindrique (PTW 30006/30013 0.6 cc S/N 7794) pour la prendre comme chambre de référence. (Voir annexe1)

Équipements:

La source de strotium ⁹⁰Sr

La chambre d'ionisation cylindrique

III.2.1 les valeurs de L(j) de la chambre cylindrique :

38

Date : 05/03/2018 Résultats :

Tableau 7: Valeurs de L(J) de la chambre cylindrique TM30013 S/N 7499 a l'aide de la

source de Sr90

Série de mesures						Lect (nC)/300 s (5min)
T° c		P (hPa)	KTP	Lect*KTP	8,07
20,6		882,2	1,150899455	9,2877586	8,164
20,8		882,2	1,151682913	9,4023393	8,147
20,9		882,1	1,152205248	9,38701615	8,094
21,5		882,1	1,154555887	9,34497535	8,097
21,6		882	1,155078607	9,35267148	8,088
21,7		881,8	1,155732496	9,34756443	8,086
21,7		881,8	1,155732496	9,34525296	8,08
21,8		881,7	1,156255527	9,34254466	8,081
21,8		881,8	1,156124402	9,3426413	8,096
21,8		881,8	1,156124402	9,35998316	La moyenne de L(j)
9.351274739

La formule :

??(??₀: 28/0 5/2017) = ??(??)????????2/??

La valeur de référence : ??(??0: 28/0 6/2017) = 9.437698 nC

La valeur obtenue : ??(??) = 9.351274739 nC

Où : t: le temps, T : la période de ⁹⁰Sr.

T=28.7 an =28.7x365.25=10482.675 jour

t= (AAAA-2017) x365.25+ (MM-6) x30+ (J-28)

t= (2018-2017) x365.25+ (3-6) x30+ (5-28)=252.25 j

Alors :

9.351274739??252.25????2/10482.675 = 9.508557922

Tolérence% = (???V ?f - i) ??i????% = ??. ????????% Discussion et interprétation :

Nous remarquons d'après les résultats obtenus que le décalage entre l'ancienne lecture L (j0) qui a été mesurée le (28/06/2017) et celle de L(j) mesurée le (05/03/2018) est inférieur à 1%, donc la validité de facteur de calibration de cette chambre est confirmée.

39

Figure III.15 : En train de prendre les lectures pour la chambre cylindrique.

_Dw,Q (zref) = _MQ ND , _w , Q 0 kQ , Q 0

III.2.2 Etalonnage dans l'eau (Mesure les doses absorbée dans l'eau) : Les conditions de référence :

Tableau 8: conditions de référence pour déterminer la dose absorbée dans l'eau en mode électron

La dose à zmax est calculée par la formule suivante :

Où :

Et PDD : percentage depth-dose at zref.

III.2.2.1.Montage expérimental de fantôme d'eau:

L'installation de fantôme d'eau est une étape très importante pour le recueil de données. Son installation doit être la plus juste possible afin d'optimiser la précision des mesures effectuées. En début, il faut faire coïncider le centre de Fantôme avec celui du faisceau directeur de l'accélérateur linéaire. Il suffit d'utiliser le réticule situé dans la tête de l'accélérateur et de le superposer sur la croix au fond de fantôme. Afin de faciliter la mise en place, il est possible d'utiliser les lasers de repositionnement.

Le fantôme est ensuite rempli d'eau distillée qui se trouve dans le compartiment.

40

La distance source/surface eau (SSD) doit être réglée à 100 cm grâce au télémètre afin de positionner la chambre d'ionisation à l'iso-centre de l'accélérateur.

L'inclinaison verticale et horizontale de fantôme doit être vérifiée avec des niveaux de contrôle. La dernière étape de l'installation de fantôme est la mise en place des chambres d'ionisation.

Figure III.16 : Schéma de fantôme d'eau en cours de montage.

III.2.2.2 Calcul la dose absorbée pour l'énergie de 16 MeV (électron):

Date: 11 Avril 2018

Equipements :

On utilise deux chambres d'ionisation, chambre cylindrique de type PTW (30013 S/N 007499) 0.6

cc comme référence et chambre plate relative de type Markus (S/N 4434).

i. Pour la chambre cylindrique 0.6 cc (chambre étalon du CLCC setif) : Conditions de référence :

T°= 20°, P0 = 101, 325 kPa

Conditions de mesure :

- SSD : 100 cm

- UM : 100

- Champ d'irradiation : applicateur 10x10 cm²

- R50=6.6771 g.cm^-2

- Profondeur de référence, zref : 4 cm

- ????,??,??₀: 0.0536 Gy/nC (trouvé dans le certificat d'étalonnage de la chambre)

Figure III.17: Certificat d'étalonnage

Le positionnement de chambre d'ionisation :

Le positionnement de la chambre d'ionisation ce fait en suivant les étapes suivants :

- Position du point de référence de la chambre : Pour les chambres cylindriques, 0.5 rcyl plus

profond que le point d'intérêt.

- La chambre doit être verticale dans le fantôme.

- Fixer le système d'acquisition utilisé, si on prend des données à une SSD = 100 cm, la chambre

sera fixé a une profondeur de 4 cm (pour cette étape), donc les lasers ce coïncide avec la surface

de l'eau (technique SSD). Si on prend les données à une SSD=100 cm.

- La chambre est centrée approximativement sur l`axe centrale de faisceau.

Figure III.18 : la chambre de référence en train de positionner.

41

Résultats obtenus :

Tableau 9: Mesure de débit pour la chambre de référence PTW 30006/30013

Energie	P (kPa)	T (^0C)	kTp	M+=M1	M-	kpo1	M2	ks	MQ (nC)	kQ,Q0	DZref (Gy)		DZmax (Gy)	16 MeV
88.5	20.3	1.1461	18.22667	18.23	0.9999	17.9	1.0060	21.014	0.901	1.0153	1.0235

ii. Pour la chambre plate (Markus):

Conditions de mesure :

- SSD : 100 cm

- UM : 100

- Profondeur : 4 cm

- Champ d'irradiation : applicateur 10x10 cm²

- R50=6.6771 g.cm^-1

- Profondeur de référence, zref : 4 cm

- ND,14^,,QQ: 0,54276 Gy/nC

Le positionnement de chambre d'ionisation :

Le point de mesure effectif de la chambre MARKUS se trouve à la face intérieure de la fenêtre d'entrée de la chambre : 0.6 mm plus profond que la face d'entrée extérieure de la chambre. Le fantôme est positionné horizontalement (vérifié avec un niveau d'eau).

42

Figure III.19: Positionnement de la chambre plate

43

Résultats :

Tableau 10: Mesure de la dose pour la chambre de relative (Markus) S/N 4434 :

Energie	P (kPa)	T (^0C)	??????	M+=M1 (300 V)	M- (-300V)	????????	M2 (100V)	????	???? (nC)	????,??0	?????????? (Gy)		?????????? (Gy)	16 MeV
88.4	20.3	1.1480	1.758333	1.747333	0.9969	1.744	1.004	2.0203	0.895	0.98136	0.98928

Tableau 11: Comparer la dose relative par rapport à celle de référence :

Type de chambre	S/N	????,??,??0	?????????? (Gy)		Décalage	PTW 30006/30016 (ref)
7499	0.0536	1.0235			Markus
4434	0.54278	0.98928	-3.3 %		Tolérance
#177; 1 %	Action
-1% >

L'équation de la tolérance: T= (????????

???????? - 1) ??100 %

Worksheet

Pour la chambre Markus

44

Pour la chambre cylindrique

45

Discussion et interprétation :

Nous remarquons d'après les résultats obtenus que le décalage de la dose absorbée, mesurée à l'aide de la chambre relative (Markus) par rapport à la dose mesurée par la chambre cylindrique de référence (0.6 cc) est inférieur à -1%, alors il faut recalibrer la chambre relative (Markus), ou bien nécessite de faire cross-calibration.

III.2.2.3 cross-calibration (en mode photon) :

Date:17 Avril 2018

But : Déterminer le facteur de calibration ND,W,QCTOSS pour la chambre plate (Markus S/N 4434) on prend la chambre cylindrique comme référence 0.6 cc (TM 30013, S/N 007499).

Equipements:

Chambre d'ionisation Farmer 0.6 cc, Chambre plate Markus.

Conditions de mesure :

· Energie : E=6 et 18 MV

· DSP : 90cm

· Profondeur : P=10 cm

· 100 UM

· Champ d'irradiation : 10cm x 10cm

Les conditions de références : T0= 20^°C, P0 = 101, 325 KPa

i. chambre plate (Markus) :

S/N : 4434 Résultats :

46

Tableau 12: Les mesures obtenu pour 6 et 18 MV(Markus4434) :

Energie	P	T	??????	M+=M1	M-	????????	M2	????	????
	(kPa)	(^0C)		(300 V)	(-300V)		(100V)		(nC)
6MV	89.96	20	1.126	1.271333	1.258	0.995	1.269	1.001	1.4257
18MV	89.96	20	1.126	1.564	1.547667	0.995	1.555	1.003	1.7569

ii. chambre cylindrique de référence (0.6cc) :

TM30013 S/N 007499, ????,??,??0= 0.0536

Tableau 13: Les mesures obtenues pour 6 et 18 MV(0.6cc) :

Energie	P	T	??????	M+=M1	M-	????????	M2	????	??????????????
	(kPa)	(^0C)		(400 V)	(-400V)		(100V)		(nC)
6MV	89.98	19.8	1.125	13.36667	13.36	1	13.28	1.002	15.071
18MV	89.96	19.8	1.125	16.376667	16.37333	1	16.17	1.004	18.505

Déterminer ????,??,????????????

?? : on utilise l'équation (11)

????=

????, ??????????????
?????? ??,???????????? ?? ??????
?????????? ?? ????,??,??₀
Tableau 14: Les valeurs calculées de N:

Energie	???????????? ??????????????	???????????? ??????????????	???????????? ????,??,????????????	??
6 MV	15.071	1.4257	0.5666	0,5656
18 MV	18.505	1.7569	0.5646

Où: ref : Farmer (référence), X: Markus (relative).

????,??,??₀

?????? = 0.0536. ??: La moyenne

III.2.2.4 Calcul la dose absorbée pour l'énergie de 16 MeV (après cross-calibration):

Date: 24 Avril 2018

Conditions de mesure :

- Energie : 16 MeV

- SSD : 100 cm

- UM : 100

- Profondeur : 4 cm

- Champ d'irradiation : applicateur 10x10 cm² - R50=6.6771 g.cm^-2

Conditions de référence : T0=20 ⁰C, P0=101.325 kPa

i. La chambre de référence (cylindrique 0.6 cc): ND,u,,Q0: 0,0536 Gy/nC

Résultats :

Tableau 15: Les mesures obtenues pour la chambre référence (FARMER) S/N 7499 :

Energie	P (kPa)	T (^0C)	kTp	M+=M1 (400 V)	M- (- 400V)	kpol	M2 (100V)	ks	MQ (nC)	kQ,Q0	DZref (Gy)		DZmax (Gy)	16 MeV
88.49	21.3	1.1373	18.00333	18.01	1.0002	17.61333	1.0073	20.629	0.901	0.99667	1.0047

ii. La chambre relative (plate Markus) : ND,u,,Qcrvss: 0,5656 Gy/nC

Où :

ND,u,,Qcrvss: est le coefficient de calibration de la dose absorbée dans l'eau pour la chambre plate (Markus S/N 4434), obtenu par cross-calibration à partir de la chambre Farmer 0.6cc dans un faisceau de photons de 6 et 18 MeV.

Résultats:

Tableau 16: Les mesures obtenues pour la chambre relative (Markus) S/N 4434 :

Energie	P (kPa)	T (^0C)	kTp	M+=M1 (300 V)	M- (-300V)	kpol	M2 (100V)	ks	MQ (nC)	kQ,Q0	DZref (Gy)	DZmax (Gy)
16 MeV	88.49	21.3	1.1373	1.729333	1.713667	0.9955	1.709	1.0058	1.9692	0.895	0.99679	1.0048

Tableau 17: Comparaison la D relative par rapport D référence (après cross-calibration) :

Type de chambre	S/N	ND,u,,Q0	DZmax (Gy)	Décalage
PTW 30006/30016 (référence)	7499	0.0536	1.0047
Markus (relative)	4434	0.5656	1.0048	-0.01%
Tolérance	#177; 1 %
Action	> -1%

47

Discussion et interprétation :

Après l'application de la procédure de cross-calibration les résultats obtenus de la dose absorbée qui mesurée à l'aide de la chambre relative (Markus) par rapport à la dose qui mesurée par la chambre cylindrique de référence (0.6 cc) est entre 1% et -1%, Ceci constitue un très bon résultat.

III.2.2.5 Calcul la dose absorbée pour l'énergie de 16 MeV (différents modèles de chambre Markus) :

Date:01 Mai 2018

Equipements:

Chambre d'ionisation cylindrique de type Farmer 0.6 cc(S/N: 7499)

Deux chambres plates Markus(S/N: 4435 et 4436).

Conditions de mesure :

- Energie : 16 MeV

- SSD : 100 cm

- UM : 100

- Profondeur : 4 cm

- Champ d'irradiation : applicateur 10x10 cm²

- R50=6.6771 g.cm^-2

Conditions de référence : T0=20 ⁰C, P0=101.325 kPa

i. La chambre de référence (cylindrique 0.6 cc): ND,u^,,QO: 0,0536 Gy/nC

Résultats :

Tableau 18: Les mesures obtenues pour la chambre référence (FARMER) S/N 7499 :

Energie	P (kPa)	T (^0C)	kTp	M+=M1 (400 V)	M- (- 400V)	kp0/	M2 (100V)	ks	MQ (nC)	kQ,Qo	DZTef (Gy)		DZmax (Gy)	16 MeV
88.72	20.6	1.1444	18.19667	18.20333	1.0002	17.80667	1.0073	20.981	0.901	1.01337	1.0219

ii. Pour la chambre plate (Markus) S/N 4435 :

ND,u,,Q_O: 0,5152 Gy/nC

Résultats :

Tableau 19: Les mesures obtenues pour la chambre plate (Markus) S/N 4435 :

Energie	P (kPa)	T (^0C)	kTp	M+=M1 (300 V)	M- (- 300V)	kpo/	M2 (100V)	ks	MQ (nC)	kQ,Qo	DZTef (Gy)	DZmax (Gy)
16 MeV	88.75	20.7	1.1444	1.88667	1.866	0.9950	1.858333	1.0069	2.161	0.895	0.99643	1.0045

48

iii. Pour la chambre plate (Markus) S/N 4436:

49

????,??,??0: 0,4963 Gy/nC Résultats :

Tableau 20: Les mesures obtenues pour la chambre plate (Markus) S/N 4436 :

Energie	P (kPa)	T (^0C)	k????	M+=M1 (300 V)	M- (- 300V)	k??????	M2 (100V)	k??	???? (nC)	k??,??0	?????????? (Gy)	?????????? (Gy)
16 MeV	88.69	20.8	1.1456	1.950667	1.935	0.9960	1.92333	1.0072	2.2417	0.895	0.99541	1.0034

Comparaison entre les doses absorbées :

Tableau 21: Comparaison la D relative par rapport D référence (pour différent S/N) :

Type de chambre	S/N	????,??,??0	?????????? (Gy)	Décalage
PTW 30006/30016 (référence)	7499	0.0536	1.0219
Markus (relative)	4435	0,5152	1.0045	1.73%
	4436	0,4963	1.0034	1.84%
Tolérance	#177; 1 %
Action	> 1%

Discussion et interprétation :

Nous remarquons d'après les résultats obtenus que le décalage des doses absorbée relatives par rapport à la dose qui mesurée par la chambre cylindrique de référence (0.6 cc) est très proche à 1%, c'est-a-dire ces résultats sont acceptable pour les chambre relatives (Markus). [12]

Conclusion générale :

Notre travail s'est intéressé principalement à la détermination la dose absorbée dans l'eau et leur procédure, les tolérances admises, et périodicité des tests effectuer sur les dosimètres (chambres d'ionisations), pour s'assurer la constance des performances de ces équipements, et garantir l'efficacité du traitement.

La première partie de ce travail nous avons confirmé la validité de facteur de calibration de chambre d'ionisation (FARMER 0.6cc) à l'aide de source radioactive de ⁹⁰Sr.

La deuxième partie est consacrée a déterminé les déférents teste dosimétrique effectué périodiquement sur les autres chambres relatives (MARKUS) à l'aide de l'accélérateur Linac VARIAN iX de Centre de Lutte Contre le Cancer SETIF.

De la on peut conclure :

Dans la première partie après avoir les résultats obtenus on a trouvé que la validité de facteur de calibration de la chambre de référence est confirmée.

Dans la 2^èmepartie Les mesures de dose absorbée dans l'eau de chambres d'ionisation relatives(MARKUS) par rapport à la chambre de référence (FARMER 0.6cc) sont parfait seulement pour la chambre MARKUS (de Modèle S/N 4434) mais après faire l'étalonnage croisé(cross-calibration) l'incertitude est diminuer bien comme il faut.

50

Cross-calibration est utilisée pour réduire l'incertitude des résultats de dose absorbée dans

51

Annexe 1: Mesure avec la source radioactive de contrôle:

Une source de contrôle de la stabilité comprend en général une ou plusieurs sources radioactives (souvent sous forme de feuilles) placées dans un conteneur blindé et pouvant être positionnées dans une géométrie fixe par rapport à la chambre d'ionisation. Le radionuclide utilisé en général est le ⁹⁰Sr. La source de contrôle est en général conçue pour un type particulier de chambre.

On observe souvent que le courant d'ionisation de la chambre varie si l'on tourne celle-ci. Dans ce cas, la marque gravée en général par le constructeur sur le manche de la chambre sera alignée avec une marque correspondante sur le conteneur de la source.

Lorsque la source de contrôle de la stabilité est, avant la mesure, à une température différente de celle de l'endroit de mesure, il faudra alors attendre suffisamment longtemps pour qu'elle atteigne la nouvelle température avant d'effectuer les mesures; ceci peut prendre plusieurs heures. Dans le but de contrôler la température, il faut disposer d'un thermomètre. La calibration du thermomètre doit être traçable aux étalons nationaux.

Il faut prévoir du temps, après avoir placé la chambre dans la source, pour qu'elle se stabilise et atteigne la température d'équilibre; 5 minutes (300s) suffisent en général.

La vérification du dosimètre de référence n'est plus valable si, après correction pour la densité de l'air et pour la décroissance radioactive, les résultats diffèrent de plus de 1% de la valeur figurant dans le certificat de vérification. Si la cause de la discrépance ne peut être identifiée et corrigée, le dosimètre doit être vérifié à nouveau. [6,8]

Annexe 2 : Le Laboratoire secondaire d'étalonnage pour la dosimétrie:

Sous les auspices de l'Organisation mondiale de la santé et en collaboration avec l'Agence internationale de l'énergie atomique, un groupe d'experts s'est réuni à Genève en novembre 1968 pour étudier dans quelle mesure il était nécessaire et de quelle manière on pouvait améliorer à l'échelle mondiale la radiodosimétrie, en particulier pour les besoins de la radiothérapie et de la radioprotection. Il fallait qu'une telle action soit entreprise car l'utilisation des rayonnements ionisants en médecine, dans l'industrie et la recherche scientifique s'était étendue de façon spectaculaire et il était devenu indispensable aux utilisateurs de rayonnements de pouvoir échanger leurs résultats sur une base sûre. Le groupe a reconnu qu'il fallait d'urgence améliorer la radiodosimétrie dans les différentes branches de la médecine des rayonnements (par exemple pour les diagnostics par rayons X, la radiothérapie et la médecine nucléaire), de même que dans les autres applications des rayonnements ionisants et des radioisotopes et en radioprotection.

Le groupe a également conclu que le problème de l'étalonnage en radiodosimétrie pouvait être résolu par la création de laboratoires secondaires d'étalonnage pour la dosimétrie (LSED), dont les

52

dosimètres (étalons secondaires) sont étalonnés par rapport à un étalon primaire. Ces laboratoires devaient former un réseau mondial (l'actuel réseau AIEA/OMS de LSED), et chacun d'entre eux devait appliquer des principes et des méthodes analogues. [13]

Bibliographies & Références:

[1]. CHRISTINE JIMONET ET HENRI METIVIER. "Personne compétente en radioprotection". Principes de radioprotection-réglementation. EDP Sciences 2007. France.

ISBN : 978-2-86883-948-0

[2]. AIP. "Interaction des particules ou rayonnements ionisants Avec la matiere". http://archiveweb.epfl.ch/ipn.epfl.ch/webdav/site/ipn/shared/.../AIp.pdf http://www.cesr.fr/~jean/SpectroAlpha3.pdf

[3]. CHRISTOPHE CHAMPION. " Interaction des ondes et des particules avec la matière biologique". Laboratoire de physique moléculaire et des collisions ; Institut de physique de Metz ; Université de Metz, Technopôle 2000, Doc.

[4,5].Pr Chaoui et Dr Betka.les cours de Radioprotection et Radiologie. Université Ferhat Abbas setif.

[6]. ERVIN B. PODGORSAK. "Review of Radiation Oncology Physics": A Handbook for Teachers and Students; Department of Medical Physics McGill University Health Centre Montréal, Québec, Canada.Sponsored by: International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005. ISBN 92-0-107304-6. [6].LA DOSIMETRIE: pdf (Dosimétrie des faisceaux d'électrons de haute énergie à l'aide de chambres d'ionisation)

[7]. ABSORBED DOSE DETERMINATION IN EXTERNAL BEAM

RADIOTHERAPY BASED ON ABSORBED DOSE TO WATER STANDARDS: An International Code of Practice for dosimetry, International atomic energy agency. Technical Reports Series No398 .Vienna; IAEA; 2000.

[8].CROSS-CALIBRATION : pdf (Détermination du facteur de calibration, Dosimétrie des faisceaux d'électrons de haute énergie à l'aide de chambres d'ionisation).Et le pdf (CROSS-CALIBRATION OF IONIZATION CHAMBERS Technical Reports Series No398)

[9]. L'ACCELERATEUR ET L'APPLICATEUR : radiotherapie_oncologie_albi.com.

[10]. CHAMBRES D'IONISATION ET FANTOME D'EAU ET ELECTROMETER: http://www.ptw.de/1006. Et PDF DETECTORS Including Codes of Practice

[11]. SYSTEMES DE DOSIMETRIE DE CHAMBRE D'IONISATION http://www.geniephysiqueusto.unblog.fr/files/2009/03/chambresdionisation.pdf. ET pdf DETECTORS Including Codes of Practice (complete)

[12]. MESURES DES DONNEES DOSIMETRIQUE ET PHYSIQUES DES FAISCEAUX DE PHOTONS ET D'ELECTRONS DE L'ACCELERATEUR

53

LINEAIRE VARIAN CLINAC DU CLCC Setif.

[13]. Le Laboratoire secondaire d'étalonnage pour la dosimétrie: pdf de (Le Laboratoire secondaire d'étalonnage pour la dosimétrie de l'Inde: son développement et ses activités réalisé par G. Subrahmanian).

54