Estimate of neutron secondary doses received by patients in proton therapy : cases of ophtalmologic treatments
Estimation des doses dues aux neutrons secondaires reçues par les patients en protonthérapie : cas des traitements ophtalmologiques
Résumé
This research thesis aims at assessing doses due to secondary neutrons and received by the organs of a patient which are located outside of the treatment field. The study focused on ophthalmological treatments performed at the Orsay proton therapy centre. A 75 eV beam line model has first been developed with the MCNPX Monte Carlo code. Several experimental validations of this model have been performed: proton dose distribution in a water phantom, ambient equivalent dose due to secondary neutrons and neutron spectra in the treatment room, and doses deposited by secondary neutrons in an anthropomorphous phantom. Simulations and measurements are in correct agreement. Then, a numeric assessment of secondary doses received by the patient's organs has been performed by using a MIRD-type mathematical phantom. These doses have been computed for several organs: the non-treated eye, the brain, the thyroid, and other parts of the body situated either in the front part of the body (the one directly exposed to neutrons generated in the treatment line) or deeper and further from the treatment field
Les travaux de recherche menés au cours de cette thèse ont eu pour objet d’évaluer les doses dues aux neutrons secondaires reçues par les organes du patient situés en dehors du champ de traitement. L’étude a été axée sur le cas des traitements ophtalmologiques réalisés à l’Institut Curie – centre de Protonthérapie d’Orsay (ICPO). En premier lieu, un modèle de la ligne de faisceau de 75 MeV utilisée pour ces traitements à Orsay a été développé avec le code de calcul Monte Carlo MCNPX. Dans un second temps plusieurs validations expérimentales du modèle ont été mises en œuvre. Elles concernent : (i) la distribution de dose des protons dans un fantôme d’eau, (ii) l’équivalent de dose ambiant dû aux neutrons secondaires, H*(10), ainsi que les spectres neutroniques dans la salle de traitement, et (iii) les doses déposées par les neutrons secondaires dans un mannequin anthropomorphe. L’accord entre les simulations et les mesures a été jugé suffisamment correct pour considérer le modèle de la ligne de traitement comme représentatif du faisceau utilisé en clinique à l’ICPO. L’estimation numérique des doses secondaires reçues par les organes du patient a été réalisée à l’aide d’un fantôme mathématique de type MIRD. Les doses absorbées dues aux neutrons secondaires ont été calculées pour plusieurs organes. Les valeurs les plus élevées, estimées au niveau de l’œil non traité, du cerveau et de la thyroïde, sont respectivement égales à 800, 310 et 235 µGy pour un traitement de 60 Gy équivalent 60Co délivrés à l’œil. Les organes recevant une dose équivalente supérieure à 1 mSv sont ceux situés sur la partie antérieure du corps, directement exposée aux neutrons générés dans la ligne de traitement. Un facteur 10 sur la dose équivalente est observé entre les organes situés à proximité de la zone traitée et ceux plus profond et éloignés du champ de traitement. L’utilisation du concept de dose efficace s’avère peu adapté pour caractériser la protection radiologique du patient en protonthérapie.