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Theses

Development of a portable gamma imaging system for absorbed radiation dose control in molecular radiotherapy

Résumé : La thérapie interne par radionucléides est encore aujourd’hui un domaine peu exploité parmi les différentes modalités de traitement contre le cancer. Son spectre d’applications est toutefois en pleine évolution grâce notamment à l'apparition de nouveaux radiopharmaceutiques émetteurs beta ou alpha (peptides, alpha-thérapie ²²³ Ra, alpha-immunothérapie ²²¹ As,...) (Ersahin 2011). Dans ce contexte, la grande hétérogénéité des doses délivrées et des effets observés, à la fois en terme de toxicité et de réponse, démontrent qu'une dosimétrie personnalisée est essentielle pour optimiser le traitement (Strigari 2011). En pratique clinique, la dosimétrie de la tumeur et des organes à risque (foie, rein, ...) repose sur l’image de la biodistribution et de la cinétique précise du radiopharmaceutique chez chaque patient. Ces images peuvent être réalisées avec un traceur pré-thérapeutique pour planifier le traitement ou après celui-ci, afin de corréler directement les effets observés aux doses délivrées de manière à optimiser le protocole (activité maximum à injecter, intervalle entre les injections). Les contraintes de détection imposées par les protocoles de traitement sont très différentes de celles associées à un examen diagnostique (Flux 2011, Konijnenberg 2011). Les gamma-caméras conventionnelles ne sont ainsi pas adaptées à la détection de fortes activités de rayonnements gamma d'énergies inférieures à 100 keV (²²³ Ra) ou supérieures à 300 keV (¹³¹I, ⁹⁰Y). D’autre part, les fortes activités des traceurs injectés exigent généralement que le patient reste isolé, ce qui le rend donc plus difficilement accessible par les techniques d’imagerie standard. Enfin, la disponibilité de ces systèmes est incompatible avec un échantillonnage temporel précis de la cinétique du traceur, qui joue un rôle très important dans la quantification des doses absorbées. L'objectif de ma thèse était de proposer de nouvelles approches instrumentales visant à renforcer le contrôle de la dose délivrée aux patients lors d'un traitement de radiothérapie moléculaire. Ceci est réalisé en réduisant les incertitudes associées à la quantification de l'activité (et donc au calcul de la dose absorbée) grâce à l'utilisation d'un système d'imagerie compact et hautement optimisé. Il consistait à mettre au point et à optimiser une gamma-caméra mobile miniaturisée à haute résolution spécialement conçue pour améliorer l'évaluation quantitative individuelle de la distribution hétérogène et de la bio-cinétique du radiotraceur avant et après administration du traitement. L'étude était axée sur le traitement des maladies bénignes et malignes de la thyroïde à l'aide de l'¹³¹ I. Le premier prototype de la caméra, avec un champ de vue de 5x5 cm² , consiste en un collimateur à trous parallèles à haute énergie, réalisé en impression 3D et optimisé par simulations Monte Carlo, couplé à un scintillateur inorganique continu, lu par une technologie récente basée sur des matrices de photomultiplicateurs au silicium (SiPM). Ses propriétés intrinsèques, en termes d'énergie et de réponse spatiale, ont été testées avec des sources ponctuelles de ⁵⁷ Co et ¹³³ Ba. Le premier prototype de la caméra a été calibré avec de l'¹³¹ I. La calibration du système conduit à une résolution spatiale globale de (3.14±0.03) mm et à une sensibilité moyenne de (1.23±0.01) cps/MBq, le deux à 5 cm de distance. Nous avons effectué les premières études précliniques avec l'utilisation de différents fantômes thyroïdiens imprimés en 3D, avec et sans nodules, remplis de ¹³¹ I. Des résultats très prometteurs ont été atteints (valeurs de RC proches de l’unité), qui mettent en évidence ses performances adaptées à une quantification précise dans un contexte clinique assez réaliste.
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Wednesday, February 12, 2020 - 1:57:41 PM
Last modification on : Friday, July 17, 2020 - 3:16:10 PM

File

81526_TRIGILA_2019_diffusion.p...
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  • HAL Id : tel-02475983, version 1

Citation

Carlotta Trigila. Development of a portable gamma imaging system for absorbed radiation dose control in molecular radiotherapy. Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLS285⟩. ⟨tel-02475983⟩

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