Arthur BONGRAND 2016-2019 - Etudes des performances d'un détecteur dédié au contrôle balistique lors des traitements d'hadronthérapie par simulation Monte-Carlo

L'utilisation de faisceaux d’ions (protons ou ions légers) permet d'obtenir, lors du traitement, un dépôt d'énergie localisé en fin de parcours dans une zone réduite de l'espace. Les cibles privilégiées pour cette thérapie sont les tumeurs « radiorésistantes » ou les traitements nécessitant une balistique très précise, du fait de la présence d'organes à risques à proximité de la tumeur. Cependant, comme la détermination du parcours des ions et donc de la dose délivrée est dépendante de grandeurs qui restent difficiles à mesurer précisément, d’importantes marges de sécurité doivent être prises lors de la conception du plan de traitement. En conséquence, il est nécessaire de mettre en place un système performant de contrôle balistique afin de garantir la qualité du traitement. Une des possibilités pour le contrôle balistique repose sur la mesure en temps réel de la distribution spatiale des radionucléides émetteurs de positons produits par réaction de fragmentation entre le projectile et la cible et donc sur la détection en coïncidence de deux photons. Pour cela, un premier prototype appelé Détecteur Pixélisé de Grande Acceptance (DPGA) a été conçu puis construit au sein du laboratoire de Physique de Clermont. Dans un premier temps, ce travail a permis de comparer les prédictions de deux modèles hadroniques implémentés dans Geant4 aux mesures expérimentales effectuées par une autre équipe (Dendooven et al.) à 55 MeV. Ensuite, nous nous sommes attachés à caractériser les performances du DPGA et à déterminer son potentiel lors de son utilisation en faisceau clinique. Pour cela nous avons développé une simulation Monte-Carlo dédiée permettant de comprendre la physique associée, le détecteur et les expériences effectuées sur faisceau de protons 65 MeV à l’Institut méditerranéen de Protonthérapie (IMPT) de Nice. Enfin, comme le DPGA sera à terme couplé avec un système d’acquisition à grande bande passante (μTCA) autorisant l’envoi et le traitement des données mesurées en temps réel, nous avons fait une étude des performances attendues sur la ligne PROTEUS ONE de l'IMPT à 120 et 230 MeV.