Dosimetric quality control of treatment planning systems in external radiation therapy using Digital Test Objects calculated by PENELOPE Monte-Carlo simulation
Contrôle de qualité dosimétrique des systèmes de planification des traitements par radiothérapie externe à l'aide d'Objets-Tests Numériques calculés par simulations Monte-Carlo PENELOPE
Résumé
To ensure the required accuracy and prevent from misadministration, cancer treatments, by external radiation therapy are simulated on Treatment Planning System or TPS before radiation delivery in order to ensure that the prescription is achieved both in terms of target volumes coverage and healthy tissues protection. The TPS calculates the patient dose distribution and the treatment time per beam required to deliver the prescribed dose. TPS is a key system in the decision process of treatment by radiation therapy. It is therefore essential that the TPS be subject to a thorough check of its performance (quality control or QC) and in particular its ability to accurately compute dose distributions for patients in all clinical situations that be met. The "traditional" methods recommended to carry out dosimetric CQ of algorithms implemented in the TPS are based on comparisons between dose distributions calculed with the TPS and dose measured in physical test objects (PTO) using the treatment machine. In this thesis we propose to substitute the reference dosimetric measurements performed in OTP by benchmark dose calculations in Digital Test Objects using PENELOPE Monte-Carlo code. This method has three advantages: (i) it allows simulation in situations close to the clinic and often too complex to be experimentally feasible; (ii) due to the digital form of reference data the QC process may be automated; (iii) it allows a comprehensive TPS CQ without hindering the use of an equipment devoted primarily to patients treatments. This new method of CQ has been tested successfully on the Eclipse TPS from Varian Medical Systems Company.
Contrôle de qualité dosimétrique des systèmes de planification des traitements par radiothérapie externe à l'aide d'Objets-Tests Numériques calculés par simulations Monte-Carlo PENELOPE En raison des besoins de précision et de l'importance des risques associés, les traitements anticancéreux par radiothérapie externe sont simulés sur des Systèmes de Planification des Traitements ou TPS avant d'être réalisés, afin de s'assurer que la prescription médicale est respectée tant du point de vue de l'irradiation des volumes cibles que de la protection des tissus sains. Ainsi les TPS calculent des distributions de dose prévisionnelles dans le patient et les temps de traitement par faisceau qui seront nécessaires pour délivrer la dose prescrite. Le TPS occupe une position clé dans le processus décisionnel des traitements par radiothérapie. Il est donc impératif qu'il fasse l'objet d'un contrôle approfondi des ses performances (contrôle de qualité ou CQ) et notamment de ses capacités à calculer avec précision les distributions de dose dans les patients pour l'ensemble des situations cliniques qu'il est possible de rencontrer. Les méthodes " traditionnelles " recommandées pour le CQ dosimétrique des algorithmes de calcul de dose implémentés dans les TPS s'appuient sur des comparaisons entre des distributions de dose calculées par le TPS et des distributions de dose mesurées sous l'appareil de traitement dans des Objets-Tests Physiques (OTP). Dans ce travail de thèse nous proposons de substituer aux mesures de dose de référence réalisées dans des OTP des calculs de distribution de dose dans des Objets-Tests Numériques, calculs réalisés grâce au code Monte-Carlo PENELOPE. L'avantage de cette méthode est de pouvoir d'une part, simuler des conditions proches de la clinique, conditions très souvent inaccessibles par la mesure du fait de leur complexité, et d'autre part, de pouvoir automatiser le processus de CQ du fait de la nature d'emblée numérique des données de référence. Enfin une telle méthode permet de réaliser un CQ du TPS extrêmement complet sans monopoliser les appareils de traitement prioritairement utilisés pour traiter les patients. Cette nouvelle méthode de CQ a été testée avec succès sur le TPS Eclipse de la société Varian Medical Systems.
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