Dosimétrie par Radioluminescence du GaN pour un suivi in vivo en temps réel des doses patient en radiothérapie et en radiologie interventionnelle – DoRGaN

Contexte
En radiothérapie externe et en curiethérapie, la vérification de la dose délivrée au volume cible au cours de chaque séance de radiothérapie et pour l'ensemble du traitement est une question clé pour l'assurance qualité. Pour être fiable, cette surveillance dosimétrique doit être indépendante et obtenue en temps réel. En radiologie interventionnelle, les procédures longues et complexes exigent la mesure de la dose à la peau directement et en temps réel, dans la mesure où des doses de plusieurs Gy ne sont pas rarement observée. De même pour les nouvelles modalités de radiothérapie externe comme l’IMRT ou l’hadronthérapie avec des faisceaux d’ions carbone ou de protons on a besoin d’une dosimétrie ponctuelle, fiable et robuste (résistante aux radiations).

Programme
Pour répondre à ces exigences d'application, le projet DoRGaN propose de développer un système de dosimétrie multi-canal basé sur l'utilisation du GaN comme scintillateur et transducteur. Les études proposées sont les suivantes:
- Simulations Monte-Carlo pour la modélisation de la réponse du GaN selon l’énergie des photons/électrons, avec la mise en œuvre d'une méthode de correction pour la compensation de la sur-réponse GaN.
- Conception et réalisation d'un nouveau prototype de sonde dosimétrique au GaN pour les traitements de radiothérapie ORL par IMRT. Cette tâche comprend le développement et l'intégration d'une méthode d'étalonnage spécifiques.
- Conception et réalisation d'une sonde à multi-voies et d’un module de photodétection associé pour la curiethérapie. Cette tâche comprend la mise en œuvre d’un banc d'étalonnage en situation d’irradiation continue ou pseudo continue.
- Conception et réalisation d'un système multi-sonde fournissant une cartographie de la dose pour la radiologie interventionnelle. Cette tâche comprend la mise en œuvre d’un banc d'étalonnage.
- Essais sur fantôme de la sonde de GaN dans des conditions cliniques de protonthérapie, et analyse spectrale de photoluminescence de GaN après irradiation pour évaluer la robustesse aux hadrons.
- Développement d'interfaces entre le système de dosimétrie et les appareils de curiethérapie pour le monitorage et l’arrêt du traitement en cas de déplacement de l’application (SW/HW) (standard DICOM RT, curiethérapie PDR, déclenchement), et la traçabilité dans le dossier du patient.
- Tests du système de dosimétrie en radiothérapie externe, en radiologie interventionnelle, en curiethérapie et en protonthérapie pour la caractérisation et l'étalonnage, y compris l'ergonomie, la fiabilité et l'exactitude.

Les résultats attendus
À la fin du projet DoRGaN, des prototypes pré-industriels du système de dosimétrie seront disponibles pour la curiethérapie, la radiothérapie externe et de radiologie interventionnelle. Ces prototypes comprendront des sondes optimisées et l’instrumentation associée, pour la mise en œuvre de méthodes innovantes de traitement du signal, la correction de la dépendance du GaN à l'énergie, et pour la surveillance de la transmission optique pour le contrôle interne de la sonde. Ces prototypes auront été caractérisés sur des équipements de laboratoire et en clinique sur les installations utilisées en routine. La précision des mesures de dose en profondeur devra être de +/- 2% (1 écart type) pour la radiothérapie (électron-, photonthérapie et curiethérapie) et +/- 10% (1 écart type) pour la radiologie interventionnelle.