Sources de rayonnement en radiothérapie Radiothérapie externe IAEA International Atomic Energy Agency Jours 7 – Cours 4 Objectif Se familiariser avec les sources de rayonnements, les dispositifs et les équipements auxiliaires utilisés en radiothérapie externe. IAEA 2 Contenu • Planification de traitement • Simulateurs de radiothérapie • Unités de rayons X superficiels / orthovoltage • Unités de cobalt-60, y compris le Gamma-knife • Accélérateurs linéaires • Tomodensitomètres (CT scanners) pour radiothérapie • Collimateurs multilames (CML) IAEA 3 Objectifs cliniques Délivrer le dose et la distribution de la dose qui est adéquate pour le contrôle de la tumeur, mais qui minimise également les complications dans le tissu normal. Remarque: C’est pas le rôle de l'organisme de réglementation d’ évaluer les décisions cliniques des médecins autorisés à prescrire des traitements de radiothérapie. IAEA 4 Planification de traitement Prescription Planification Traitement IAEA Etape très importante pour l´optimisation de la protection dans les expositions médicales (voir NFI Appen. II.10 et II.15) Planification de traitement • Environ 1/3 des problèmes est directement lié à la planification du traitement • Les problèmes peuvent affecter un seul patient ou une cohorte de patients IAEA Collection de rapports de Sûreté, AIEA 17; 2000 “Lessons learned from accidental exposures in radiotherapy “ 6 Simulateur de radiothérapie IAEA 7 Equipement de radiothérapie externe L´équipement à rayons X thérapeutiques fonctionne dans la gamme de:• 10 kVp - 150 kVp (superficiel) • 150 kVp - 400 kVp (orthovoltage / profond) Sources radioactives ( équipement de rayonnements γ ) • Cobalt 60 & Caesium 137 Accélérateurs linéaires d´électrons, de mégavoltage (pour thérapie avec rayons X et électrons) • Accélérateur linéaire IAEA 8 Niveaux typiques de rayonnements Telethérapie avec des sources de Co 60 • L´activité des sources peut être de 400 TBq (~10,000 Ci) • La fuite moyenne de rayonnements (sans faisceau) ne devrait pas excéder 0.02 mGy/h à 1 m. c.-à.-d. qu´il faudrait 50 heures d´exposition pour 1 mSv • En général, il faut chercher à réduire au minimum le temps passé dans la salle de traitement IAEA 9 Niveaux typiques de rayonnements (suite) Accélérateur linéaire arrêté • Il n´y a pas de faisceau utile de rayonnements une fois le faisceau arrêté.; • Cependant, juste après l´arrêt des faisceaux de haute énergie (> 10 MeV) il peut y avoir une radioactivité induite, mais elle a typiquement des périodes très courtes (seconds ou minutes). • Il est recommandé de retarder l´entrée dans la salle, en particulier après de longues expositions IAEA 10 Equipement à rayons X superficiels et d´orthovoltage Superficiel • 40 kVp - 120 kVp Orthovoltage (“profond”) • 150 kVp - 400 kVp • Pour traiter de petites lésions de peau d´une profondeur allant jusqu’à ~ 5 cm • Taille maximale typique de l´applicateur < 7cm de diamètre • DSP typique < 30 cm • Qualité typique du faisceau (CDA): 0.5 - 8 mm Al • Pour traiter des lésions de peau, des métastases osseuses de ~ 20cm de profondeur • Utilise des applicateurs ou des diaphragmes IAEA • DSP 30 - 60 cm • Qualité typique du faisceau (CDA): 0.2 - 5 mm Cu 11 Equipement à rayons X superficiels • Des verrouillages empêchent d´éventuelles combinaisons inadéquates de kVp et de filtrations • La contamination électronique des applicateurs peut être significative. IAEA 12 Equipement à rayons X superficiels (suite) La dose dépend fortement de la distance source-peau, de la filtration et de l´aire de la surface de l´applicateur IAEA 13 Equipement à rayons X superficiels (suite) Fournit une gamme de kVp, mA et de filtres Les filtres sont utilisés pour absorber les photons de basse énergie qui peuvent augmenter la dose délivrée sur la peau. IAEA 14 Problèmes avec la radiothérapie superficielle • Objectifs à distance courte de la peau (FSD) et donc un rendement élevé et une grande influence de la loi du carré inverse • Calibration difficile en raison de gradient de forte dose IAEA Problèmes avec la radiothérapie superficielle • Dose déterminé par une minuterie • marche/arrêt des effets doivent être considérés • Faisceaux de photons peuvent être contaminés par des électrons diffusés à partir de l'applicateur IAEA Panneau de contrôle Equipement à rayons X d´orthovoltage (profonds) IAEA 17 Thérapie à rayons X d´orthovoltage (profonds) • • • • • Utilise tube à rayons X classique Plage d'énergie des rayons X 150 - 400 kV Principalement utilisé dans 250 à 300 kV Profondeur de traitement d'environ 20 mm Applicateurs sont utilisés dans le traitement superficiel tube à rayon X Applicateur IAEA Thérapie à rayons X d´orthovoltage (profonds) • Pénétration suffisante pour le traitement palliatif des lésions osseuses relativement proches de la surface (nervures, la moelle épinière) • Principalement remplacés par des modalités de traitement de haute énergie pour le traitement d'autres lésions IAEA Inconvénients des rayons X profond • Dose plus élevée à l'os - absorption photoélectrique • Dose maximale à la surface par conséquent dose plus élevé à la peau • Traitement à une profondeur de quelques centimètres seulement possibles • Basse énergie, donc rayonnement diffusé haute IAEA Equipements à rayons gamma IAEA 21 Equipements à rayons gamma (suite) Tête contenant la source et mécanisme de transfert de la source IAEA 22 Pourquoi préférer unité Cobalt sur Orthovoltage? Unit Othovoltage 150- 400 KV rayon X Dose maximale sur la peau Meilleure absorption par l'os Traitement à une profondeur de quelques centimètres Distribution de dose non uniforme Dispersion supérieur donc plus grandes pénombre Unité verticale IAEA Unité Cobalt 1.25 Mev Photon Dose maximale à une profondeur de 5 mm Absorption de la dose relativement uniforme Pénétration supérieur tumeurs profondes Distribution de dose relativement uniforme Plus de diffusion vers l'avant, pénombre moindre Unité Partiellement isocentrique Unité gamma (Scalpel gamma ) • Le dispositif scalpel gamma contient 201 sources de cobalt • • • • 60 d'environ 30 curies chaque Elle est placée dans une rangée circulaire dans un ensemble fortement blindé. Le dispositif vise des rayonnements gamma à travers un point situé dans le cerveau du patient cible. Le patient porte un casque spécialisé qui est fixé chirurgicalement à leur crâne ainsi que la tumeur du cerveau reste immobile au point des rayons gamma cible. Par conséquent, il est également connu comme la chirurgie stéréotaxique. IAEA Unité gamma (Scalpel gamma ) L´unité gamma:• emploie de nombreuses sources de forte activité de 60Co placées dans un dispositif tel que les faisceaux de rayonnements convergent au point de traitement indiqué. • est utilisée pour traiter les tumeurs de la tête IAEA Collimateur de positionnement 25 du patient Accélérateur linéaire Les accélérateurs modernes ont un certain nombre d´options de traitement. p.e. • Rayons X ou électrons (mode duel) • 2 énergies de rayons X • 5 énergies ou plus d´électrons IAEA Accélérateur linéaire (suite) Concept IAEA 27 Accélérateur linéaire (suite) Exposition aux rayonnements: • est contrôlée par deux systèmes indépendants de chambres d´ionisation d´intégration de transmission . • l’un des deux systèmes est désigné comme système primaire et doit couper l´exposition quand le nombre d´unités mesurées correct est atteint • ces deux systèmes dirigent le faisceau IAEA 28 Accélérateur linéaire (suite) • L´autre système appelé système secondaire coupe l´exposition après 0.4 Gy additionnels • La plupart des accélérateurs modernes ont également un temporisateur qui coupe l´exposition si les deux systèmes de chambre d´ionisation échouent IAEA 29 Accélérateur linéaire (suite) Tête d´une structure complexe pour manipuler des énergies et des modalités multiples IAEA 30 Accélérateur linéaire (suite) Pupitre de commandes complexe IAEA 31 Accélérateur linéaire (suite) Systèmes de vérification Tous les fabricants d´accélérateurs produisent des systèmes de vérification commandés par ordinateur, qui vérifient que les paramètres sélectionnés dans le pupitre de commande:• Soient corrects pour un fonctionnement approprié de l´accélérateur; et • Correspondent exactement aux paramètres définis pour un patient en particulier dans la planification du traitement. IAEA 32 Accélérateur linéaire (suite) Collimateurs pour rayons X Rectangulaires (conventionnels) • La transmission à travers les collimateurs devrait être inférieure à 2% du faisceau primaire (de traitement) Collimateurs multilames (CML) • La transmission à travers les collimateurs devrait être inférieure à 2% du faisceau primaire (de traitement) • La transmission entre les lames doit être vérifiée; elle doit être inférieure à la spécification du fabricant IAEA 33 Accélérateur linéaire (suite) Les applicateurs d´électrons peuvent être:- • Des côtés ouverts pour les accélérateurs modernes qui utilisent des feuilles diffusantes doubles ou des faisceaux balayés; • Fermés pour les accélérateurs anciens qui utilisent une feuille unique de diffusion La fuite doit être évaluée dans les deux types d’applicateur:- • à côté du faisceau ouvert; • aux côtés des applicateurs IAEA 34 Accélérateur linéaire (suite) Neutrons:- • Ne doivent être considérés que si l´énergie du faisceau de rayons X est > 10 MV Les problèmes qui nécessitent d´être considérés quand les neutrons sont présents incluent: • Activation neutronique • Problèmes de barrière IAEA A comparison: Cobalt unit Vs Linac Unité Cobalt 1.25 MeV Gamma Photon Dose maximale à une profondeur de 5 mm Source doit être changé tous les 4 à 5 ans Rayonnements de fuite présent même lorsque le faisceau est éteint Diamètre de 1-2 cm de la source Grandes pénombre Absorption de la dose relativement uniforme Pénétration supérieur tumeurs profondes Photon gamma seulement IAEA Accélérateur linéaire 4-21 MT faisceaux de photons Dose maximale à profondeur très grande avec de l'énergie Aucune source radioactive Radiation seulement lorsque la source est sous tension est activée Source de 1mm - source ponctuelle presque petites pénombre Absorption de la dose uniforme Énergie supérieure à Cobalt possible. Également possible de sélectionner des énergies plus élevé Faisceau d'électrons de différentes énergies possibles Conditions générales de sûreté • Il doit y avoir une indication claire dans le pupitre de commande et dans la salle de traitement montrant que la machine est en opération • Des verrouillages doubles doivent être installés sur toutes les portes dans la salle de traitement de façon à ce que l´ouverture d´une porte coupe le faisceau. Il ne sera possible de reprendre le traitement que du pupitre de commande . IAEA 37 Conditions générales de sûreté (suite) Signaux d´alarme et symboles IAEA 38 Conditions générales de sûreté (suite) Systèmes “à sûreté intégrée” Il faut deux systèmes indépendants pour couper l´irradiation, comme par exemple:• Deux dosimètres d´intégration indépendants dans le faisceau • Deux temporisateurs indépendants • Un dosimètre d´intégration et un temporisateur Chaque système doit pouvoir couper l´irradiation IAEA 39 Conditions générales de sûreté (suite) Collimation L’ exposition doit être limitée à la région à examiner ou traitée par l´utilisation de collimateurs alignés avec le faisceau de rayonnements. Le taux d´exposition en dehors de la région examinée ou traitée, dû à la fuite sera maintenu aussi bas que possible . IAEA 40