Calcul dosimétrique en curiethérapie par particules alpha en incluant la modélisation de la diffusion

Abstract

La curiethérapie est une méthode pour traiter les tumeurs cancéreuses qui consiste à placer à leur proximité des sources radioactives dont les rayonnements endommagent les cellules et mènent éventuellement à leur destruction. En curiethérapie conventionnelle, les sources utilisées sont scellées et seuls des rayonnements bêta et gamma s’en échappent. Dans une méthode de curiethérapie récemment commercialisée, la source n’est pas scellée et permet à des radionucléides, situés à quelques nanomètres sous sa surface, de s’échapper par mouvement de recul lors de leur désintégration. Ces radionucléides se diffusent par la suite dans la tumeur tout en poursuivant une chaîne de désintégration au cours de laquelle ils émettent principalement des particules alpha. L’énergie déposée par les particules alpha par unité de masse de tissu tumoral constitue la dose alpha. Les outils numériques de la curiethérapie conventionnelle ne tiennent pas compte de la diffusion des émetteurs et sont de ce fait inaptes à calculer correctement la distribution spatiale de la dose alpha. Le travail présenté ici avait pour but de développer des outils numériques incluant la modélisation de la diffusion, permettant ainsi un calcul adéquat de la distribution de dose. La méthode des volumes fnis a été utilisée pour développer des modèles en une, deux et trois dimensions, en coordonnées cylindriques et cartésiennes. Ces modèles déterminent où et quand se produisent les désintégrations, une information clé dans ce travail qui pourra aussi être utilisée dans des travaux futurs comme donnée d’entrée des outils numériques de la curiethérapie conventionnelle pour calculer les doses bêta et gamma.

Brachytherapy is a method for treating cancerous tumors which consists of placing near them radioactive sources whose radiation damages cells which eventually leads to their destruction. In conventional brachytherapy, the sources are sealed and only beta and gamma radiations escape. In a recently commercialized method of brachytherapy, the source is not sealed and allows radionuclides, located a few nanometers below its surface, to be released by recoil during their decay. These radionuclides then diffuse into the tumor while continuing to follow a decay chain during which they mainly emit alpha particles. The energy deposited by alpha particles per unit mass of tumor tissue constitutes the alpha dose. The numerical tools of conventional brachytherapy do not take into account the diffusion of emitters and are therefore unable to correctly calculate the spatial distribution of the alpha dose. The work presented here aimed at developing numerical tools including diffusion modeling, thus allowing an adequate calculation of the dose distribution. The finite volume method was used to develop models in one, two and three dimensions, in cylindrical and Cartesian coordinates. These models determine where and when radioactive decays occur, a key information in this work having also the potential of being used in future work as an input data for conventional brachytherapy numerical tools to calculate beta and gamma doses.