Establishment of dosimetric references for high energy X-ray beams of very small field sizes (< 1 cm²) used in radiotherapy

En tant que laboratoire national pour la métrologie des rayonnements ionisants, le Laboratoire National Henri Becquerel met au point les méthodes de mesures absolues pour établir les références dosimétriques. Il dispose, entre autres, de références dans des faisceaux de rayons X utilisés en radiothérapie et ayant une taille de champ comprise entre 10 et 2 cm de côté. Afin de s’approcher des plus petits champs utilisés en clinique, la miniaturisation des détecteurs absolus n’étant pas possible, il est proposé dans cette thèse de remplacer la dose absorbée en un point par le produit dose surface (PDS). L’applicabilité du PDS mesuré à l’aide de dosimètres dont la surface sensible est plus grande que celle du champ de rayonnement a été vérifiée. Ainsi, un calorimètre graphite avec une surface sensible de 3 cm de diamètre a été conçu, construit et testé. En vue du transfert des références dosimétriques à l’utilisateur, une chambre d’ionisation de même diamètre a elle aussi été réalisée et testée. Son coefficient d’étalonnage en termes de PDS a été déterminé dans des faisceaux circulaires de 2, 1 et 0.75 cm de diamètre avec une incertitude type inférieure à 0.7 %. La distribution relative de la dose absorbée dans l’eau en deux dimensions a été mesurée au moyen d’un dosimètre diamant, d’une chambre d’ionisation PinPoint et de films gafchromiques, pour lesquels un protocole de lecture spécifique a été mis au point. Les résultats dans le faisceau de 2 cm de diamètre ont montré un bon accord entre les approches en termes de PDS et de dose absorbée dans l’eau en un point, après application des facteurs de correction obtenus au moyen de simulations Monte Carlo et des mesures de distribution de dose. Les coefficients d’étalonnage de la chambre d’ionisation de grandes dimensions établis dans les champs de 1 et 0.75 cm de diamètre sont compatibles aux incertitudes près mais s’écartent de -2.6 % de celui établi dans le champ de 2 cm de diamètre. L’utilisation du PDS nécessite donc une surface de détection notablement plus grande que la section du mini-Faisceau.The French primary standard dosimetry laboratory “Laboratoire National Henri Becquerel” is in charge of the establishment of dosimetric standards for ionizing radiation beams. Absolute dose measurements are thus available for X-Ray beams used in radiotherapy for field sizes between 10 and 2 cm. Since the miniaturization of absolute dosimeters is not possible for smaller field sizes, a dose area product (DAP) has been suggested as a substitute to the absorbed dose at a point.In order to measure a DAP with dosimeters which sensitive surface is larger than the beam, a graphite calorimeter with a sensitive surface of 3 cm diameter was designed, built and tested. An ionization chamber with the same diameter was realized and tested to transfer the dosimetric references to the end users. Its calibration factor in terms of DAP was determined in circular beams of 2, 1 and 0.75 cm diameter with an uncertainty smaller than 0.7 %. The two-Dimension relative dose distribution was measured thanks to a diamond dosimeter, a PinPoint ionization chamber and gafchromic films, using a specific protocol.Both approaches, respectively based on a PDS and an absorbed dose to water at a point, were in good agreement in the 2 cm beam. Correction factors determined from Monte Carlo simulations and measured dose distributions were needed for this comparison. The calibration factor of the large ionization chamber in the 1 and 0.75 cm diameter beams were in good agreement within the uncertainties but a gap of -2.6 % was found with the one established in the 2 cm diameter beam. As a result, the DAP can be used if the sensitive surface is much larger than the beam section