Contrôle faisceau et dosimétrie en protonthérapie

This thesis deals with beam control devices for scanned proton beams. The IBA society (Ion Beam Applications) has developed a new dynamic beam delivery system called Pencil Beam Scanning. IBA needed a monitor unit to equip its proton beam lines dedicated to the PBS system and called upon the medical applications group of the Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen. In 2008, this group realized, in collaboration with IBA, an ionization chamber monitor IC2/3 for the IBA dedicated PBS nozzle. This device verifies the agreement between planned and delivered particular fluence. The first part of this thesis focused on the characterization of this monitor unit. Proton beams of different clinical energies, positions and dose rates were used to check the specifications requested by IBA. After the introduction about the Proton Therapy, the validation step of IC2/3 is exposed. Information provided by IC2/3 makes it possible beam control in terms of fluence but does not ensure quality control in terms of spatial dose distribution. The second part of the work was devoted to the conception of a beam control device for scanned proton beams. Called Compass PT, it will allow a reconstruction of the spatial dose distribution delivered to the patient. The specifications definition and the conception studies are presented in this thesis. All this work has led to recommendations for the realization of this device and new research prospects.Cette thèse porte sur les dispositifs de contrôle de faisceaux de protons balayés. La société IBA (Ion Beam Applications), ayant besoin d'une d'unité moniteur pour équiper ses centres de protonthérapie dotés de la technologie Pencil Beam Scanning, a fait appel au groupe applications médicales du Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen. En 2008, ce groupe a alors réalisé, en collaboration avec IBA, une chambre d'ionisation, nommée IC2/3, destinée à équiper la tête d'irradiation universelle IBA dédiée au PBS. Ce détecteur vérifie que la fluence particulaire reste conforme à celle planifiée. Une partie du travail de thèse a consisté à caractériser cette unité moniteur sur une gamme d'énergie faisceau, de position faisceau et de débit de dose applicables en protonthérapie. Après une introduction sur la protonthérapie, la phase de validation d'IC/3 est exposée dans ce mémoire. Les informations fournies par cette unité moniteur permettent le contrôle du faisceau en termes de fluence particulaire mais n'assurent pas le contrôle qualité du traitement en termes de distribution spatiale de dose. La seconde partie du travail de thèse a donc été de concevoir un dispositif, toujours pour les faisceaux de protons balayés, capable de reconstruire la distribution spatiale de dose délivrée dans le patient au cours du traitement. L'élaboration de son cahier des charges est présentée dans ce mémoire ainsi que les diverses études de conception. Ce travail a permis de parvenir à un certain nombre de recommandations pour sa réalisation mais également à diverses perspectives de recherche