Modélisation Monte-Carlo d'un appareil de traitement par radiothérapie à très haut débit de dose
Thèse ou mémoire / Thesis or Dissertation
Date de publication
Autrices et auteurs
Identifiant ORCID de l’auteur
Contributrices et contributeurs
Direction de recherche
Publié dans
Date de la Conférence
Lieu de la Conférence
Éditeur
Cycle d'études
Maîtrise / Master's
Programme
Affiliation
Mots-clés
- Radiothérapie
- Dosimétrie
- Radiotherapy
- Dosimetry
- Monte Carlo
- Ultra-high dose rate
- Inverse reconstruction
- Electron spectrum
- Simulated annealing
- Waveguide
- Monte-Carlo
- Débit de dose ultra-élevé
- FLASH
- Reconstruction inverse
- Spectre d'électron
- Recuit simulé
- Runge–Kutta–Fehlberg
- Guide d'onde
Organisme subventionnaire
Résumé
Résumé
La radiothérapie à débit de dose ultra-élevée (UHDR), ou radiothérapie FLASH (RT-FLASH), suscite l'intérêt des chercheurs à travers le monde depuis quelques années pour son efficacité à traiter des tumeurs tout en réduisant les effets indésirables aux tissus sains. Même s'il est théoriquement possible d'obtenir des faisceaux UHDR avec n'importe quel type de particule, des défis techniques limitent cette technologie à l'utilisation de faisceaux de protons et d'électrons. Comme les faisceaux d'électrons sont beaucoup plus accessibles, la majorité des recherches et applications sur la RT-FLASH se font avec ce type de faisceau. Cependant, vu l'absence de protocole de dosimétrie de référence appliqué aux faisceaux UHDR et un nombre limité de détecteurs utilisables avec ce type de débit, il peut être difficile de mener des études précliniques précises sur la RT-FLASH. Le calcul de dose par simulation Monte-Carlo (MC) est considéré comme le moyen le plus fiable et précis en ce qui concerne la dosimétrie dans un contexte non standard.
Avec l'utilisation de débit de dose UHDR, on se retrouve dans un scénario physique limite, dans lequel différents phénomènes, normalement négligeables en contexte standard, peuvent avoir lieu dans les matériaux irradiés ainsi que dans l'appareil de traitement. L'absence de système de filtration des faisceaux dans certains appareils UHDR complexifie d'autant plus le problème, nécessitant l'utilisation de modèle MC complexe. Dans le cadre de ce mémoire, on propose d'améliorer les approches de modélisation MC traditionnelles pour prendre en compte les particularités des faisceaux FLASH. En particulier, la modélisation de l'accélération des électrons à l'intérieur du guide d'onde et la considération des variations temporelles ont permis d'obtenir un modèle d'énergie de la source qui améliore la performance du modèle MC. Cette nouvelle approche est entièrement basée sur des arguments physiques, contrairement aux approches disponibles dans la littérature.
Ultra-high dose rate (UHDR) radiotherapy, or FLASH radiotherapy (FLASH-RT), has garnered significant interest from researchers worldwide in recent years due to its effectiveness in treating tumours while minimizing adverse effects on healthy tissues. Although it is theoretically possible to achieve UHDR beams with any type of particle, technical challenges limit this technology to the use of proton and electron beams. Given that electron beams are much more accessible, the majority of research and applications in FLASH-RT are conducted using this type of beam. However, due to the lack of an reference dosimetry protocol applicable to UHDR beams and a limited number of detectors suitable with this type of dose rate, conducting precise preclinical studies on FLASH-RT can be challenging. Dose calculation through Monte Carlo (MC) simulation is considered the most reliable and accurate method for dosimetry in non-standard contexts. With the use of UHDR dose rates, we find ourselves in a limiting physical scenario where different phenomena, typically negligible in standard contexts, can occur in irradiated materials as well as in the treatment apparatus. The absence of beam filtration systems in some UHDR devices further complicates the issue, necessitating the use of complex MC models. In this thesis, we propose to enhance traditional MC modelling approaches to account for the specificities of FLASH beams. In particular, the modelling of electron acceleration within the waveguide and the inclusion of temporal variations have allowed to obtain a source energy model that improves the performance of the MC model. This new approach is entirely based on physical arguments, in contrast to the methods available in the literature.
Ultra-high dose rate (UHDR) radiotherapy, or FLASH radiotherapy (FLASH-RT), has garnered significant interest from researchers worldwide in recent years due to its effectiveness in treating tumours while minimizing adverse effects on healthy tissues. Although it is theoretically possible to achieve UHDR beams with any type of particle, technical challenges limit this technology to the use of proton and electron beams. Given that electron beams are much more accessible, the majority of research and applications in FLASH-RT are conducted using this type of beam. However, due to the lack of an reference dosimetry protocol applicable to UHDR beams and a limited number of detectors suitable with this type of dose rate, conducting precise preclinical studies on FLASH-RT can be challenging. Dose calculation through Monte Carlo (MC) simulation is considered the most reliable and accurate method for dosimetry in non-standard contexts. With the use of UHDR dose rates, we find ourselves in a limiting physical scenario where different phenomena, typically negligible in standard contexts, can occur in irradiated materials as well as in the treatment apparatus. The absence of beam filtration systems in some UHDR devices further complicates the issue, necessitating the use of complex MC models. In this thesis, we propose to enhance traditional MC modelling approaches to account for the specificities of FLASH beams. In particular, the modelling of electron acceleration within the waveguide and the inclusion of temporal variations have allowed to obtain a source energy model that improves the performance of the MC model. This new approach is entirely based on physical arguments, in contrast to the methods available in the literature.
Table des matières
Notes
Notes
Autre version linguistique
Ensemble de données lié
Licence
Approbation
Évaluation
Complété par
Référencé par
Ce document diffusé sur Papyrus est la propriété exclusive des titulaires des droits d'auteur et est protégé par la Loi sur le droit d'auteur (L.R.C. (1985), ch. C-42). Sauf si le document est diffusé sous une licence Creative Commons, il ne peut être utilisé que dans le cadre d'une utilisation équitable et non commerciale comme le prévoit la Loi (i.e. à des fins d'étude privée ou de recherche, de critique ou de compte-rendu). Pour toute autre utilisation, une autorisation écrite des titulaires des droits d'auteur sera nécessaire.