Radiothérapie, protonthérapie, neutronthérapie d'après DTS IMRT 04

On forme des rayons X en envoyant un faisceau d'électrons de grande énergie E0 = 8 MeV, issu d'un accélérateur, sur une cible constituée d'une fine plaque de platine. Calculer la longueur d'onde minimale l0 des photons X de freinage émis par la cible. E0= hc/l0 = eU d'où l0 = hc/E0 avec E0=8 106 *1,6 10-19 = 1,28 10-12 J. l0 = 6,63 10-34*3 108 /1,28 10-12 = 1,55 10-13 m. Calculer la longueur d'onde lm des photons X les plus nombreux ainsi que leur énergie Em. lm = 1,5 l0 =1,5*1,554 10-13 =2,33 10-13 m. Em = E0/1,5 = 1,28 10-12 /1,5 =8,53 10-13 J. Positionner E0 et Em sur le graphe suivant : Expliquer qualitativement le rôle et les qualités du filtre ncessaire permettant de ne laisser passer que les rayonx de longueur d'onde proche de lm. Le filtre doit absorber les photons les plus énergétiques ainsi que les moins énergétiques. Par exemple : On admet maintenant que le rayonnement est homogène et constitué de photons de longueur d'onde lm. Afin de traiter une tumeur profonde, il faut réduire de 65 % le nombre de photons incidents. On utilise des écrans de plomb. Sachant que pour cette énergie le coefficient massique d'absorption vaut 4,6 10-2 cm2 g-1 et que la masse volumique du plomb vaut r = 11,3 g cm-3, calculer l'épaisseur x de plomb nécessaire à cette absorption. coefficient d'atténuation linéaire du plomb m = 4,6 10-2 *11,3 = 0,52 cm-1. I = I0 exp(-mx) ; I / I0 = exp(-mx) = 0,35 ; ln 0,35 = -mx ; x = -ln0,35 / 0,52 = 2,0 cm. Les milieux biologiques sont constitués essentiellement d'eau. Celle-ci sert de modèle pour évaluer le trajet des rayons X. Les photons ont un coefficient massique d'atténuation global égal à 0,11 cm2 g-1 dans l'eau. La masse volumique de l'eau est 1 g cm-3. Calculer la valeur de la couche de demi-atténuation ( CDA) pour ce rayonnement. coefficient d'atténuation linéaire de l'eau m = 0,11 *1 = 0,11 cm-1. m CDA = ln2 ; CDA = ln2 / 0,11 = 6,3 cm. A partir d'une valeur de l'énergie arbitrairement choisie, construire la courbe d'atténuation de l'énergie en fonction de 5 valeurs de CDA traversées. 2CDA = 2 ln2 / 0,11 = 12,6 cm ( atténuation de l'énergie 75 %) 3CDA = 3 ln2 / 0,11 = 18,9 cm ( atténuation de l'énergie 87,5 %) 4CDA = 4 ln2 / 0,11 = 25,2 cm ( atténuation de l'énergie 93,8 %) 5CDA = 5 ln2 / 0,11 = 31,5 cm ( atténuation de l'énergie 96,9 %) Les rayons X s'amenuisent au fur et à mesure qu'ils pénètrent dans le corps entraînant des dommages non négligeables aux cellules situées en aval et en amont de la tumeur. Protonthérapie. A la sortie du cyclotron les particules sont émises avec un spectre énergétique extrêmeent fin. On rappelle que le TLE est le transfet linéique d'énergie. Calculer sa valeur en MeV cm-1 pour des particules de 50 MeV sachant que le parcours de ces particules est de 3 cm dans les tissus biologiques. TLE =50/3 = 16,7 MeV cm-1 En déduire la densit linéique ( DLI) ou nombre de paires d'ions formés par unité de longueur ( ion /mm). Dans l'eau, l'énergie nécessaire pour créer une paire ( ion positif électron) est de 33 eV. TLE =50/30 = 1,667 MeV mm-1 = 1,667 106 eV mm-1. DLI = 1,667 106 /33 =5,05 104 ion /mm.  La courbe de Bragg ci-dessous donne la DLI en fonction du parcours dans l'eau pour deux particules.  A partir de quelle profondeur les deux types de particules cèdent-elles principalement leur énergie ? Sur quelle étendue cette énergie est-ele cédée ? Quel avantage voyez-vous à l'utilisation des protons par rapport à celle des RX de même énergie ? Dommages négligeables aux cellules situées en aval et en amont de la tumeur.  La position du pic de Bragg varie suivant l'énergie du faisceau de protons incidents. Un dispositif absorbeur d'énergie à plaques de lexan d'épaiseurs variables permet de déplacer le pic de Bragg de la surface de la peau jusqu'à une profondeur de 250 mm. Le graphe ci-dessous présente trois réglages possibles. Pour ces réglages : - A quelle profondeur minimale la tumeur doit-elle se trouver ? - Quelle est l'épaisseur maximale de tumeur susceptible d'être irradiée ?       Quelques centres de traitement utilisent un faisceau de neutrons. Le flux de neutrons est obtenu par choc des protons rapides sur une cible de béryllium. Ecrire l'équation de la réaction nucléaire et identifier le noyau formé. On donne 73Li ; 94Be ; 115B ; 126C ; 94Be + 11H --->AZX + 10n. conservation de la charge : 4+1 = Z ; Z= 5 ( élément bore) conservation du nombre de nucléons : 9+1 = A+1 ; A=9. 94Be + 11H --->95B + 10n.

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