Introduction
La planeite et la symetrie sont deux parametres fondamentaux du controle qualite des faisceaux de radiotherapie. Ils decrivent la qualite du profil de dose lateral et permettent de verifier que le faisceau delivre est conforme aux specifications du constructeur et aux exigences cliniques.
Un faisceau dont la planeite ou la symetrie s'ecarte des tolerances peut entrainer des erreurs dosimetriques significatives, affectant la distribution de dose dans le volume cible et les organes a risque. C'est pourquoi ces parametres font l'objet de controles reguliers selon les recommandations du TG-142 de l'AAPM et des protocoles nationaux.
Le filtre egalisateur et son role
Principe de fonctionnement
Dans un accelerateur lineaire conventionnel, le faisceau de photons produit par le bombardement de la cible par les electrons est initialement plus intense au centre qu'en peripherie. Le profil brut du faisceau suit approximativement une distribution en cloche (forward-peaked), typique du rayonnement de freinage (bremsstrahlung).
Le filtre egalisateur (flattening filter) est un cone metallique place dans le trajet du faisceau. Sa forme est concue pour attenuer davantage le centre du faisceau que sa peripherie, produisant ainsi un profil de dose uniforme (plat) dans la region centrale du champ.
Composition et geometrie
Le filtre egalisateur est generalement fabrique en acier inoxydable, en cuivre ou en tungstene. Sa forme exacte depend de l'energie du faisceau : les faisceaux de haute energie necessitent un filtre plus epais au centre en raison de la plus forte directivite du faisceau de photons.
Definition de la planeite
Definition IEC (CEI)
La Commission Electrotechnique Internationale (IEC/CEI) definit la planeite comme :
ou Dmax et Dmin sont respectivement les valeurs maximale et minimale de la dose dans la region aplanie du profil (80% de la largeur du champ, soit la region comprise entre les points situes a 80% de la taille du champ geometrique).
Par exemple, pour un champ de 10 x 10 cm2, la region aplanie s'etend de -4 cm a +4 cm par rapport a l'axe du faisceau.
Definition AAPM
L'AAPM (American Association of Physicists in Medicine) utilise parfois une definition legerement differente :
ou Dmax est la dose maximale dans la region aplanie et Daxe est la dose sur l'axe du faisceau. Cette definition est parfois appelee "uniformite" et s'exprime en pourcentage.
Interpretation pratique
Une planeite ideale correspond a F = 0% (selon la definition IEC), signifiant que la dose est parfaitement uniforme dans la region aplanie. En pratique, les valeurs typiques pour un faisceau bien regle sont :
- Photons 6 MV : F entre 1% et 3%
- Photons 10 MV : F entre 1% et 3%
- Photons 15 MV : F entre 1.5% et 3.5%
| Energie | Planeite typique (IEC) | Tolerance TG-142 |
|---|---|---|
| 6 MV | 2.0% | 3.0% |
| 10 MV | 2.5% | 3.0% |
| 15 MV | 2.5% | 3.0% |
| 18 MV | 3.0% | 3.0% |
Definition de la symetrie
Definition standard
La symetrie evalue le degre de similitude entre les deux cotes du profil de dose par rapport a l'axe central. Elle est definie comme :
ou Di et D'i sont les doses en des points symetriques par rapport a l'axe central du faisceau, situes a la meme distance de l'axe mais de part et d'autre. Le maximum est recherche sur l'ensemble des paires de points dans la region aplanie (80% de la largeur du champ).
Definition alternative
Une definition alternative couramment utilisee est :
ou Dmax_gauche et Dmax_droite sont les valeurs maximales de la dose dans les moities gauche et droite du profil, respectivement. Cette definition est plus simple a calculer mais moins sensible aux variations locales.
Interpretation pratique
Une symetrie ideale correspond a S = 100% (ou 0% pour la definition alternative), signifiant que le profil est parfaitement symetrique. En pratique :
- Tolerance quotidienne (TG-142) : S doit rester dans les 3% de la valeur de reference
- Tolerance mensuelle : S doit rester dans les 2% de la valeur de reference
- Tolerance annuelle : S doit etre inferieure a 2% en valeur absolue
Tolerances selon le TG-142
Le rapport TG-142 de l'AAPM definit les tolerances pour les controles de qualite des accelerateurs lineaires. Pour la planeite et la symetrie des faisceaux de photons :
| Frequence | Parametre | Tolerance |
|---|---|---|
| Quotidienne | Planeite | 3% par rapport a la reference |
| Quotidienne | Symetrie | 3% par rapport a la reference |
| Mensuelle | Planeite | 2% par rapport a la reference |
| Mensuelle | Symetrie | 2% par rapport a la reference |
| Annuelle | Planeite | 2% en valeur absolue |
| Annuelle | Symetrie | 2% en valeur absolue |
Facteurs influencant la planeite et la symetrie
Effet de la taille de champ
La planeite et la symetrie dependent de la taille du champ d'irradiation. Pour les petits champs, la region aplanie est reduite et les mesures peuvent etre affectees par la resolution spatiale du detecteur. Pour les grands champs, les effets de bord du filtre egalisateur et les fuites a travers les blindages deviennent plus importants.
Effet de la profondeur
La planeite varie avec la profondeur de mesure dans le fantome d'eau. A faible profondeur, le profil peut presenter des "cornes" (horns) aux bords du champ, dues au durcissement du faisceau par le filtre egalisateur. Ces cornes s'attenuent avec la profondeur en raison de la predominance croissante du rayonnement diffuse.
On observe generalement :
- A dmax (profondeur du maximum de dose) : presence de cornes, planeite plus elevee
- A 10 cm de profondeur : profondeur de reference pour les mesures de planeite
- A 20 cm de profondeur : profil plus arrondi, planeite qui evolue
Derive dans le temps
La planeite et la symetrie peuvent evoluer avec le temps en raison de :
- Usure de la cible : modification de la distribution angulaire du faisceau de photons
- Desalignement du faisceau d'electrons : decentrage du point d'impact sur la cible
- Deformation du filtre egalisateur : sous l'effet de la chaleur ou des contraintes mecaniques
- Derive electronique : modification des parametres de la tete de l'accelerateur
Mesure des profils de dose
Equipement necessaire
La mesure des profils de dose se fait generalement avec :
- Cuve a eau motorisee : permettant un balayage automatique du detecteur selon les axes transversaux
- Chambre d'ionisation miniature : pour une bonne resolution spatiale (volumes de 0.01 a 0.125 cm3)
- Diode ou diamant : pour une resolution spatiale superieure dans les petits champs
- Electrometre : pour la lecture du signal du detecteur
Conditions de mesure
Les conditions standard pour la mesure des profils sont :
- DSP : 100 cm (ou DSA = 100 cm selon le protocole)
- Profondeur de mesure : 10 cm (profondeur de reference) ou dmax
- Direction de balayage : crossline (perpendiculaire au plan du collimateur) et inline (dans le plan du collimateur)
- Resolution : pas de mesure de 1 a 2 mm
- Taille de champ : generalement 10 x 10 cm2 pour les controles de routine
Analyse des profils
L'analyse des profils de dose comprend l'extraction de plusieurs parametres :
- Planeite : calculee dans la region aplanie (80% de la largeur du champ)
- Symetrie : calculee par comparaison des cotes gauche et droit
- Penombre : distance entre les niveaux de dose 80% et 20% aux bords du champ
- Taille de champ : distance entre les deux points a 50% de la dose sur l'axe (FWHM)
- Position de l'axe : decalage eventuel du centre du profil
Faisceaux sans filtre egalisateur (FFF)
Les accelerateurs FFF produisent des profils de dose non plats, avec une intensite maximale au centre qui diminue progressivement vers les bords. Pour ces faisceaux, les definitions classiques de la planeite ne sont pas directement applicables.
Des parametres alternatifs sont utilises :
Cette valeur est naturellement plus elevee que pour les faisceaux avec filtre egalisateur (typiquement 10-20% pour un champ de 10 x 10 cm2). La symetrie reste definie de la meme maniere et les tolerances sont similaires.
Les profils FFF sont normalises au centre du champ, et la variation du profil par rapport a la forme de reference est le parametre surveille, plutot que la planeite absolue.
Correction de la planeite et de la symetrie
Lorsque la planeite ou la symetrie depasse les tolerances, le physicien medical doit intervenir. Les actions correctives possibles incluent :
Correction de la symetrie
- Reglage du steering (pilotage du faisceau d'electrons) : ajustement des bobines de deviation pour recentrer le faisceau d'electrons sur la cible
- Verification de l'alignement mecanique : controle de la position du collimateur et du filtre egalisateur
Correction de la planeite
- Ajustement de l'energie : modification fine de l'energie des electrons incidents sur la cible
- Verification du filtre egalisateur : controle visuel et mecanique du filtre
- Intervention du service technique : en cas de derive importante necessitant un realignement complet
Calcul automatique avec DosiPlot
DosiPlot permet de calculer automatiquement la planeite et la symetrie a partir des profils de dose importes. Le logiciel :
- Detecte automatiquement les bords du champ (points a 50% de la dose sur l'axe)
- Determine la region aplanie correspondant a 80% de la largeur du champ
- Calcule la planeite selon la definition IEC
- Calcule la symetrie en comparant les doses en points symetriques
- Compare aux tolerances TG-142 et signale les depassements
- Genere un rapport avec les resultats et les graphiques associes
Cette automatisation est particulierement utile pour le suivi dans le temps de ces parametres, permettant de detecter des tendances et d'anticiper les derives avant qu'elles ne deviennent cliniquement significatives.
FAQ
A quelle profondeur doit-on mesurer la planeite et la symetrie ?
La profondeur de reference pour la mesure de la planeite et de la symetrie est generalement de 10 cm dans l'eau, pour une DSP de 100 cm et un champ de 10 x 10 cm2. Cette profondeur correspond a la profondeur de reference dosimetrique et permet des mesures reproductibles. Certains protocoles recommandent egalement des mesures a la profondeur du maximum de dose (dmax) et a 20 cm de profondeur pour une caracterisation plus complete du faisceau.
Quelle est la difference entre la planeite et l'uniformite ?
La planeite (flatness) et l'uniformite (uniformity) sont des concepts proches mais pas identiques. La planeite selon la definition IEC est le rapport (Dmax - Dmin)/(Dmax + Dmin) dans la region aplanie. L'uniformite est souvent definie comme le rapport Dmax/Daxe ou comme la variation maximale de dose par rapport a l'axe. Les deux parametres evaluent la qualite du profil de dose, mais avec des formules et des valeurs numeriques differentes. Il est important de preciser la definition utilisee lors de la communication des resultats.
Les faisceaux FFF necessitent-ils un controle qualite different ?
Oui, les faisceaux FFF necessitent des adaptations du programme de controle qualite. Comme le profil n'est pas plat par conception, la planeite classique n'est pas un parametre pertinent. On utilise plutot la comparaison du profil mesure avec un profil de reference (baseline), en evaluant les ecarts point par point. La symetrie reste un parametre pertinent et doit etre surveillee avec les memes tolerances. Les detecteurs utilises doivent etre choisis avec soin car les forts gradients de dose dans les profils FFF rendent les mesures plus sensibles au volume du detecteur.
Comment interpreter des cornes (horns) dans un profil de dose ?
Les cornes sont des surdosages localises pres des bords du champ, dans la region aplanie. Elles sont normales a faible profondeur (dmax) et s'attenuent avec la profondeur. Elles sont causees par le durcissement du spectre par le filtre egalisateur : le centre du filtre etant plus epais, il attenue davantage les photons de basse energie, durcissant le spectre central. En peripherie, le spectre est plus mou et la dose absorbee est relativement plus elevee en surface. Si les cornes sont excessives a la profondeur de reference (10 cm), cela peut indiquer un probleme d'energie du faisceau d'electrons ou un defaut du filtre egalisateur.
