Elaboration d'un dosimètre à fibres scintillantes

Le but de ce travail est de développer un dosimètre constitué d'une matrice de petits scintillateurs plastiques. Ce dosimètre doit présenter une bonne précision et reproductibilité pour satisfaire aux exigences imposées par des techniques de radiothérapie de pointe comme la radiothérapie d'intensité modulée, la radiochirurgie et la tomothérapie. Le désavantage majeur de cette forme de dosimétrie est la présence de bruit produit par l'effet de la radiation sur la fibre optique transportant la lumière de scintillation jusqu'au photodétecteur. Pour en réduire l'impact, une étude approfondie des dosimètres à scintillation a été effectuée. Commençant par une modélisation théorique de la collecte et du guidage lumineux, ce travail a été suivi d'une comparaison expérimentale de plusieurs scintillateurs plastiques, de méthodes de couplage, de photodétecteurs et de techniques de filtrage. Ces études ont permis de choisir les fibres scintillantes pour leur gain de signal de 50% relativement aux autres scintillateurs plastiques. La caméra CCD est le photodétecteur le plus adapté pour ce projet étant donné une sensibilité et une stabilité suffisantes, une capacité d'évaluer 3000 signaux dosimétriques simultanément et un système de séparation chromatique. Après la sélection des meilleures composantes, un dosimètre a été développé pour étudier la performance des techniques de filtrage. Il a été démontré que, après utilisation du meilleur filtrage, une précision supérieure à 1% pouvait être atteinte. Un dosimètre à trois détecteurs de volumes différents (0,0014, 0,0034 et 0,0083 cm ³) a démontré une linéarité face à des taux de doses allant de 10 à 600 cGy/min et pour des temps d'intégration entre 0,05 et 50 s. Une reproductibilité supérieure à 1% a été observée pour des doses minimales de 45, 35 et 20 cGy respectivement pour le petit, le moyen et le grand détecteur. Une matrice de 10 détecteurs espacés de 5 mm sur une ligne a ensuite été réalisée. Ce dosimètre s'est montré adapté pour l'évaluation précise et rapide de patrons de doses. Même si un modèle abordable de caméra CCD a été utilisé, il a été possible de développer un dosimètre précis, reproductible et de haute résolution spatiale possédant les excellentes propriétés des scintillateurs plastiques.

Alternate abstract:

The aim of this work is to develop a dosimeter made up of a matrix of small plastic scintillators. This dosimeter must have good precision and reproducibility to meet the requirements imposed by cutting-edge radiotherapy techniques such as intensity modulated radiotherapy, radiosurgery and tomotherapy. The major disadvantage of this form of dosimetry is the presence of noise produced by the effect of radiation on the optical fiber carrying the scintillation light to the photodetector. To reduce its impact, an in-depth study of scintillation dosimeters was carried out. Starting with theoretical modeling of light collection and guiding, this work was followed by an experimental comparison of several plastic scintillators, coupling methods, photodetectors and filtering techniques. These studies made it possible to choose scintillating fibers for their signal gain of 50% relative to other plastic scintillators. The CCD camera is the most suitable photodetector for this project given sufficient sensitivity and stability, a capacity to evaluate 3000 dosimetric signals simultaneously and a chromatic separation system. After selecting the best components, a dosimeter was developed to study the performance of the filtering techniques. It was demonstrated that, after using the best filtering, an accuracy greater than 1% could be achieved. A dosimeter with three detectors of different volumes (0.0014, 0.0034 and 0.0083 cm 3) demonstrated linearity for dose rates ranging from 10 to 600 cGy/min and for integration times between 0 .05 and 50 sec. A reproducibility greater than 1% was observed for minimum doses of 45, 35 and 20 cGy for the small, medium and large detector respectively. A matrix of 10 detectors spaced 5 mm apart on a line was then produced. This dosimeter has proven to be suitable for the precise and rapid evaluation of dose patterns. Even though an affordable CCD camera model was used, it was possible to develop a precise, reproducible and high spatial resolution dosimeter with the excellent properties of plastic scintillators.