Modélisation Monte-Carlo des conditions de mesure de l'IRM-linac Unity

Abstract

Grâce à l’introduction de la radiothérapie guidée par résonance magnétique, une nouvelle sphère de la radiothérapie adaptative s’est développée avec l’appareil Unity. L’IRM-linac doit néanmoins être mis en service avec son puissant champ magnétique, perturbant alors la réponse des détecteurs normalement utilisés. Cette recherche vise à établir des recommandations cliniques sur l’utilisation en présence d’un champ magnétique de cinq détecteurs traditionnellement employés en dosimétrie standard, en plus d’évaluer les conditions de mesure minimisant les effets perturbatifs du champ. Pour y parvenir, les modèles numériques confidentiels des détecteurs et de l’IRM-linac sont utilisés pour simuler leur réponse pour quatre fonctions dosimétriques avec le logiciel EGSnrc. Un modèle mathématique prédisant l’incertitude statistique minimale atteignable dans ces simulations de type Monte-Carlo est également développé. Les résultats simulés sont par la suite comparés à des mesures expérimentales acquises sur le premier appareil Unity installé au Québec. Ce mémoire introduit dans le chapitre 1 le rôle de la radiothérapie dans le traitement contre le cancer et les caractéristiques de l’appareil Unity. Le chapitre 2 enchaîne avec les bases théoriques de la physique du rayonnement et de la dosimétrie standard et non standard. Le chapitre 3 poursuit avec les principes de la méthode Monte-Carlo, la simulation numérique du transport de particules dans EGSnrc et le modèle d’analyse de variance. Le chapitre 4 explicite la méthodologie employée pour modéliser l’appareil Unity ainsi que les montages numériques et expérimentaux réalisés. Le chapitre 5 expose les résultats obtenus et le chapitre 6 traite de l’analyse de ces résultats avec l’émission de recommandations finales. With the introduction of magnetic resonance-guided radiation therapy, a new realm of adaptive radiotherapy has emerged with the Unity system. However, the commissioning of the MR-linac must be done with its strong magnetic field, which interferes with the response of detectors typically used. This research aims to establish clinical guidelines for the use of five commonly employed detectors in standard dosimetry under the influence of a magnetic field, and to identity measurement conditions that minimize the perturbative effects of the field. To achieve this, proprietary numerical models of both the detectors and the MR-linac are used to simulate detector responses for four dosimetric functions using the EGSnrc software. A mathematical model is also developed to predict the minimum statistical uncertainty achievable in these Monte Carlo-type simulations. The simulation results are subsequently compared to experimental measurements acquired on the first Unity system installed in Quebec. Chapter 1 of this thesis introduces the role of radiation therapy in cancer treatment and the specific features of the Unity device. Chapter 2 follows with the theoretical foundations of radiation physics as well as standard and non-standard dosimetry. Chapter 3 outlines the principles of the Monte Carlo method, the numerical simulation of particle transport in EGSnrc, and the variance analysis model. Chapter 4 details the methodology used to model the Unity system and describes both numerical and experimental setups. Chapter 5 presents the obtained results, and chapter 6 discusses these findings and offers final recommendations.