Dosimetric evaluation of agorithms in treatment planning system with hight density inhomogeneity : case of head and neck cancer in radiation therapy

Ces dernières années, les techniques de traitement des cancers par radiothérapie externe se sont complexifiéesafin de cibler la tumeur tout en protégeant les organes à risque. Les systèmes de planification de traitement (TPS)réalisent un calcul prévisionnel de la distribution de la dose absorbée dans le patient (via des images CT).Afin d’obtenir un résultat de dose précis dans un temps raisonnable, le calcul est effectué par des algorithmessimplifiés. En présence de dispositifs médicaux métalliques de masses volumiques élevées (prothèses de hancheou prothèses dentaires), les algorithmes atteignent leurs limites. De plus, ces dispositifs perturbent lareconstruction tomodensitométrique en créant des artéfacts sur les images rendant difficile la délinéation desorganes. L’objectif de ce travail a été d’évaluer les algorithmes implémentés dans les TPS en présenced’hétérogénéités de forte densité avec des mesures expérimentales et le code de calcul Monte-Carlo BEAMnrcdans un fantôme anthropomorphique tout d’abord avec des échantillons naturels, puis avec des échantillonscalibrés. Ensuite, une évaluation rétrospective des algorithmes cliniques par rapport à Monte-Carlo a été réaliséeavec des patients traités en RC3D et en RCMI.Les mesures ont mis en évidence une atténuation pouvant aller jusqu’à 17 % pour l’amalgame dentaire parrapport à l’algorithme clinique sur les images CT avec artéfacts, créant une zone de sous-dosage dans le volumecible. L’ensemble des résultats a donné lieu à des recommandations pour la clinique (corriger les images CT si levolume cible est à moins de 3 cm d’une prothèse, privilégier l’algorithme AAA plutôt que Pencil Beam…).The last few years, cancer treatment techniques in radiation therapy have become more complex to better targetthe tumor while protecting the organs at risk. The treatment planning systems (TPS) achieve a predictivecalculation of the distribution of the dose absorbed by the patient (via CT images).In order to obtain an accurate dose result within a reasonable time, the calculation is performed with simplifiedalgorithms. In the presence of medical devices made of high density metal (hip prosthesis or dental prosthesis),the algorithms reach their limits. Moreover, these devices disrupt computed tomography reconstruction, creatingartifacts on the images and thus making difficult the delineation of organs. The aim of this work is to evaluatethe algorithms of the TPS in the presence of high density heterogeneity using experimental measurements andthe Monte Carlo BEAMnrc code in an anthropomorphic phantom: on one hand with natural samples, and on theother hand, with calibrated samples. Then, a retrospective evaluation of clinical algorithms compared to MonteCarlo is achieved using treated patients in Conformal Radiotherapy and in Intensity Modulated RadiationTherapy (IMRT). The measurements show an attenuation of up to 17 % for dental amalgam compared with theclinical algorithm on CT images with artifacts, creating an under-dosage area in the target volume. All theseresults lead to recommendations for the clinical treatments (corrected CT images if the target volume is closerthan 3 cm to prosthesis, favor the AAA algorithm rather than Pencil Beam …)