Development of a fast Monte Carlo code for dose calculation in a treatment planning and feasibility study of high contrast portal imaging

A fast and accurate treatment planning system is essential for radiation therapy and Monte Carlo (MC) techniques produce the most accurate results for dose calculation in treatment planning. In this work, we developed a fast Monte Carlo code based on pre-calculated data (PMC, Pre-calculated Monte Carlo) for applications in radiation therapy treatment planning. The PMC code takes advantage of large available memory in current computer hardware for extensive generation of pre-calculated data. Primary tracks of electrons are generated in the middle of homogeneous materials (water, air, bone, lung) and with energies between 0.2 and 18 MeV using the EGSnrc code. Secondary electrons are not transported but their position, energy, charge and direction are saved and used as a primary particle. Based on medium type and incident electron energy, a track is selected from the pre-calculated set. The performance of the method is tested in various homogeneous and heterogeneous configurations and the results were generally within 2% compared to EGSnrc but with a 40-60 times speed improvement. Pre-calculated Monte Carlo codes are accurate, fast and physics-independent and therefore applicable to different radiation types including heavy-charged particles. In another project, we worked on Monte Carlo feasibility study to use orthogonal bremsstrahlung beams for imaging in radiation therapy. The basic characteristics of orthogonal bremsstrahlung beams are studied and the feasibility of improved contrast imaging in linear accelerator with such a beam is evaluated. In the context of this work orthogonal bremsstrahlung beams represent the component of the bremsstrahlung distribution perpendUn plan de traitement rapide et précis est essentiel en radiothérapie et les techniques par Monte-Carlo produisent les résultats les plus précis pour le calcul de dose. Dans la présente recherche, nous avons développé un script de Monte-Carlo rapide basé sur des données pré-calculée (PMC, Monte Carlo pré-calculé) pour des applications en radiothérapie. Le code informatique PMC prend l'avantage d'une grande quantité de mémoire actuellement installée de nos jours sur les ordinateurs afin de générer des données pré-calculées. Les traces primaires des électrons sont générées au centre de matériaux homogènes (eau, air, os, poumons) avec des énergies entre 0.2 et 18 MeV en utilisant le code EGSnrc. Les électrons secondaires ne sont pas transportés, mais leurs positions, énergies, charges et directions sont sauvegardées et utilisées comme particules primaires. D'après le type de matériel et d'énergie de l'électron, le tracé est sélectionné et utilisé comme particule primaire. La performance de cette méthode est testée dans plusieurs types de configurations homogènes et non- homogènes. Les résultats, lorsque comparés à ceux de EGSnrc, sont à l'intérieur d'une marge de 2% tandis que la rapidité de calcul est de 40 à 60 fois supérieure. Les codes informatiques pré calculés de Monte-Carlo sont précis, rapide et indépendant de la physique et par conséquent applicables à plusieurs type de faisceaux tels que les particules à haute charge. Dans un autre projet, nous avons étudié la capacité du code Monte-Carlo à utiliser des faisceaux orthogonaux de bremsstrahlung dans le cadre d'imagerie en radiothérapie. Les caract