FR2994601A1 - Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle - Google Patents

Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle Download PDF

Info

Publication number
FR2994601A1
FR2994601A1 FR1202245A FR1202245A FR2994601A1 FR 2994601 A1 FR2994601 A1 FR 2994601A1 FR 1202245 A FR1202245 A FR 1202245A FR 1202245 A FR1202245 A FR 1202245A FR 2994601 A1 FR2994601 A1 FR 2994601A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
gel
radio
radiation
dosimetry
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR1202245A
Other languages
English (en)
Inventor
Catherine Sharrock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MEDICAL CALCIUM PHOSPHATES
Original Assignee
MEDICAL CALCIUM PHOSPHATES
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MEDICAL CALCIUM PHOSPHATES filed Critical MEDICAL CALCIUM PHOSPHATES
Priority to FR1202245A priority Critical patent/FR2994601A1/fr
Publication of FR2994601A1 publication Critical patent/FR2994601A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02Dosimeters
    • G01T1/04Chemical dosimeters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

Nous décrivons un nouveau dosimètre volumique qui mesure les doses de radiations absorbées dans les traitements radio-thérapeutiques. Le dosimètre se présente sous la forme d'un gel équivalent tissu biologique qui est irradié par le plan de traitement prévu et validé par lecture par IRM (imagerie par résonance magnétique nucléaire). Une fois la distribution de dose validée, le traitement est appliqué au patient avec plus de sécurité, et au cas contraire, le plan de traitement est révisé. L'innovation dans le gel est la conservation des informations tridimensionnelles pendant une durée suffisante pour exécuter le plan de traitement et attendre la lecture par IRM sans perte de résolution. Ce résultat unique est obtenu grâce à une composition particulière du gel comprenant 5 classes d'ingrédients dont les 4 premiers sont indispensables. Ces ingrédients sont : un polymère formant une matrice, un solvant approprié, un modificateur de sensibilité et de viscosité, et un système radiosensible. Le cinquième composant facultatif permet de mouler une forme anatomique plus proche de la composition d'un tissus biologique.

Description

Dosimètre volumique pour radiothérapie conformationelle. Les rayonnements ionisants comprennent les rayons électromagnétiques de longueur d'onde inférieure à 200 nm, c'est-à-dire toutes les fréquences élevées qui ont suffisamment d'énergie pour arracher des électrons aux atomes et molécules traversées ou rompre des liaisons chimiques et produire des espèces radicalaires instables. Ces radicaux, nocifs pour toute forme de vie basée sur le métabolisme de molécules organiques, peuvent aussi servir à détruire des cellules tumorales. Avec des rayons pénétrants, la radiothérapie peut atteindre des cellules tumorales au sein d'un organisme atteint d'un cancer dans le but de réduire sélectivement la tumeur par focalisation des rayons sur la zone à traiter tout en épargnant les organes sensibles ou sains qu'il convient d'épargner. Les radiations peuvent atteindre directement l'ADN ou d'autres molécules vitales pour l'organisme et empêcher leur développement normal, ou agir sur les molécules d'eau et produire des espèces radicalaires réactives qui vont transférer leur potentiel destructeur sur les molécules avoisinantes. Il est donc impératif de bien cibler les rayons vers les zones à traiter et simultanément d'éviter le plus possible d'irradier les zones saines et les organes à risque. La radiothérapie dite conformationelle atteint cet objectif en utilisant une source radioactive en rotation autour de la zone focale à traiter. Cependant, à cause des hétérogénéités rencontrées et des formes parfois complexes des tumeurs cancéreuses, les doses de rayonnements ionisants effectivement absorbées ne sont pas exactement localisées comme prévu dans le plan de traitement. Il serait donc préférable de disposer d'un fantôme équivalent tissu biologique pour vérifier et valider la distribution des doses avant d'appliquer le programme de radiothérapie sur un patient. Dans ce but, il existe des dispositifs pour analyser les doses de radiations absorbées, communément désignés dosimètres. Il existe des dosimètres ponctuels (diodes, particules thermo-luminescentes, chambres d'ionisation) ou a deux dimensions (films radiologiques ou réseaux de diodes), et des dosimètres a trois dimensions capables de détecter des rayons dans un volume donné. L'unité de dose absorbée est le Gray, et correspond à une énergie de 1 joule absorbée par un 1 kilogramme de matière irradiée. On peut établir la quantité d'énergie absorbée par un litre d'eau en mesurant l'augmentation de la température globale de cette masse d'eau. Mais il est plus difficile de mesurer une dose délivrée dans un organe interne. Il existe des procédures de haute technicité, en particulier la radiothérapie stéréotaxique ou conformationelle avec modulation d'intensité, ou l'hadron-thérapie (proton-thérapie, ou particules à haut transfert d'énergie linéique) qui demandent des précautions particulières au niveau de la dosimétrie volumique. La « simulation virtuelle » est de plus en plus utilisée pour définir la balistique du traitement. Après l'acquisition des données anatomiques du patient grâce à des coupes tomodensitométriques et reconstruction en trois dimensions des divers organes, la mise en place des faisceaux est réalisée de façon virtuelle grâce à des logiciels informatiques (nommés systèmes de planification de traitement). L'étape dosimétrique est donc une simulation virtuelle. La métrologie consiste à contrôler la géométrie des faisceaux et mesurer la dose délivrée au patient à l'aide de chambres d'ionisation étalonnées, adaptées aux types de particules et aux niveaux d'énergie utilisés. L'irradiation avec modulation d'intensité requiert un accélérateur équipé d'un collimateur multi-lame et un logiciel spécifique, pour piloter l'accélérateur pendant la phase de traitement, et pour la planimétrie inverse (pour établir le fractionnement des doses). Les altérations atomiques et moléculaires liées au passage des rayonnements ionisants sont très rapides et suivis par une phase physico - chimique où entrent en jeu les réactions liées surtout à la coupure des molécules d'eau omniprésentes (et majoritaires) dans les systèmes vivants. L'oxygène conditionne l'action biologique des radiations ionisantes. Les tissus ou organes sains qui sont bien oxygénés sont sensibles à l'irradiation, alors qu'en milieu anoxique ou hypoxique, les radiations ont moins d'effets. Le fractionnement de l'irradiation va permettre la destruction progressive, au fil des séances successives, des couches de cellules bien oxygénées à la surface des tumeurs. Il faut donc disposer d'un dosimètre permettant d'évaluer les doses faibles issues du fractionnement du traitement. En pratique, les doses prévues vont de quelques Grays à une centaine de Gray. A noter que le risque de radionécrose augmente très rapidement après 60 Gy.
2 En tout état de cause, il est à noter que le contrôle des doses absorbées est virtuel, relié éventuellement a une imagerie embarquée détectant les rayons traversant le patient. De plus, les rendements en profondeur des radiations sont basés sur une atténuation régulière de l'énergie en milieu homogène (eau), ce qui est parfois loin de la réalité, surtout quand l'organe cible est entouré de tissus osseux (dense) ou spongieux (léger). Seul un fantôme équivalent-tissus et sensible dans son ensemble permettrait d'observer la réalité des doses absorbées réellement en trois dimensions pour la comparer à la dosimétrie planifiée avant l'exécution sur patient. Ceci permettrait de valider un plan de traitement ou de corriger les déviations des doses calculées. Dans le cas de la radiothérapie stéréotaxique en rayonnement synchrotron le système de dosimétrie utilisé en radiothérapie conventionnelle (domaine Compton, qui ne tient pas compte des hétérogénéités tissulaires intrinsèques au patient) ne convient pas car l'effet photoélectrique rend l'irradiation dépendante de la densité électronique. Lorsque la contribution du rayonnement diffuse a la dose est grande, la dosimétrie nécessite l'utilisation de méthodes de calcul statistiques dites de « Monte-Carlo » pour le calcul de dose (logiciel SSRdose). Il existe des gels de radio-dosimétrie 3D (pour trois dimensions) à base de gels aqueux dopés en ions ferreux. Les coupures de molécules d'eau produites pendant la phase de radiolyse induisent des espèces radicalaires comprenant, entre autres, des radicaux hydrogène, hydroxyles ou hydroperoxo qui vont réagir sur les ions ferreux pour les oxyder en ions ferriques. Ces réactions ont été décrites par Fenton il y a longtemps (Fenton, H. J. H., Chem. News 1876, 190. Et Fenton, H. J. H., J. Chem. Soc. 1894, 65, 899). L'oxydation donne en premier un ion ferryl, [Fe IV 0] , c'est-à-dire un atome de fer a l'état d'oxydation inhabituel +4. (Ensing, B.; Buda, F.; Blôchl, P. E.; Baerends, E. J., Phys. Chem. Chem. Phys. 2002, 4, 3619), qui se transforme en ion ferrique stable (Fe 3+) entouré de molécules d'eau (champ faible, spin fort), avec un paramagnétisme maximum pour le fer (spin de 5/2, c'est à dire 5 électrons non appariés). Les moments magnétiques en magnétons de Bohr sont de 4.9 pour le fer2+ et de 5.9 pour le fer3+.Ce sont ces ions ferriques paramagnétiques qui vont augmenter la relaxation des molécules d'eau dans le voisinage immédiat des ions métalliques et permettre leur différentiation et visualisation par imagerie par résonance magnétique (IRM). Les zones irradiées produisant des 3 ions fer3+ peuvent aussi être distinguées des zones non-irradiées contenant des ions fer2+ par colorimétrie. Dans l'état de l'art, la sensibilité des gels dopés en ions ferreux dépend du potentiel d'oxydo-réduction du milieu (donc du pH) et de la concentration en fer et en eau dont dépend le rendement radiochimique (production de radicaux primaires). Cependant, les ions ferriques vont se déplacer dans le gel par diffusion lente, mais continue, ce qui conduit à une perte de la résolution spatiale avec le temps. Pour stabiliser les ions dans l'espace, la solution de Fricke a été incorporée dans une matrice gélatineuse. Les gels nommés gels de Fricke sont donc connus pour être efficaces mais à condition de procéder à leur lecture dans un délai très court après leur irradiation pour éviter de perdre l'information spatiale. La méthode d'utilisation des gels de Fricke par lecture IRM a été décrite en 1987 (Gore J.C., Kang Y.S., and Schulz R.J., Measurement of radiation dose distributions by nuclear magnetic resonance (NMR) imaging, phys Med Biol, 1984, 28(1° : 1189-97). La lecture standard par IRM du gel de Fricke consiste à mesurer des temps de relaxation des protons dans le milieu. De nombreuses expériences d'amélioration du gel ont été décrites (Schreiner Li., Review of Fricke gel dosimeters, Journal of Physics: Conference Series, 2004, 3: p. 9). Des additifs ont été ajoutés à la solution de Fricke, en particulier le xylénol orange (pour observer par colorimétrie l'oxydation des ions métalliques) qui affecte aussi son coefficient de diffusion. La matrice gélatineuse originelle comportait 3% d'agarose et sans ajouts avait un coefficient de diffusion de 1.6 (mm2/h), qui se réduisait à 1.0 en présence du xylénol orange 0,2 mM, et même à 0.95 avec un petit ajout de sucrose. Un gel modifié de Fricke à base de matrice gélatine a permis de réduire la diffusion et faciliter la préparation : le coefficient de diffusion varie de 0.8 à 1.8 pour des concentrations de gélatine de 4 à 15%, et l'incorporation de xylénol orange qui augmente la taille du complexe ferrique et réduit sa diffusion jusqu'à un coefficient de 0.3. Malheureusement, la gélatine réduit la sensibilité de la solution de Fricke d'un facteur 2 par rapport à l'agarose, ce qui peut s'expliquer par la réaction des espèces radicalaires radio-induites avec la gélatine au lieu du fer2+. Pour combattre la diffusion dans les gels de Fricke, une autre méthode a été mise au point : la polymérisation de monomères (mono et bi-fonctionnels) dans le but de rigidifier la zone irradiée suite à une polymérisation et réticulation radio-induite. Les gels polymères peuvent aussi être lus par IRM, mais ont l'inconvénient d'être difficiles à préparer, les réactions radicalaires mises 4 en jeu étant inhibées par l'oxygène. Un antioxydant à base de chlorure d'hydroxyméthyl phosphonium peut être introduit pour rendre le gel anoxique ou hypoxique, mais sa sensibilité aux faibles doses d'irradiation reste faible. Néanmoins le gel BANG (pour Bis Acrylamide Nitrogen Gelatine) a été breveté par Maryanski en 1994 (Maryanski, M., Gore, J., Schulz, R., United States Patent 5321357, 1994). Ces gels polymères ont l'avantage de se transformer d'une phase liquide a une phase solide radio-induite, mais ont le désavantage de continuer à polymériser dans le temps (perte de résolution) et d'être sensibles à la température (qui agit aussi sur la cinétique de polymérisation). Malgré tout, il reste une zone peu sensible de 6 mm autour de la zone extérieure contenant le gel. Des agents de contraste iodés (ioméprol et iopamidol) sont ajoutés dans les gels en radiodiagnostic ou comme agents dopants pour accroitre l'absorption des rayons reliée à l'augmentation du nombre de masse Z de l'iode par rapport à l'eau. Ces additifs peuvent modifier la réponse aux irradiations car ils sont sensibles aussi à la lumière, les ions iodés pourraient participer à la polymérisation et les gels sont difficilement homogènes. On peut diminuer le coefficient de diffusion d'un gel radio-chromique à 0.004 (mm2/h) en formant un sel de fer insoluble proportionnellement à l'intensité de l'irradiation reçue. (1. 'olc and V Spevacek, New radiochromic gel for 3D dosimetry based on Turnbull blue: basic properties, Phys. Med. Biol. 54 (2009) 5095-5107). Ces gels contiennent des ions fer3+ et du ferricyanure de potassium qui vont réagir ensemble pour former un précipité de bleu de Prusse lorsque des radicaux organiques radio-générés réduisent des ions ferriques en ions ferreux. L'agent gélifiant utilisé est le phytagel, analogue à l'agarose. L'agarose est un polymère linéaire de l'agarobiose, un disacharide à base de D-galactose et 3,6-anhydro-L-galactopyranose. Le phytogel est un substitut de l'agarose à base d'acide glucoronique, de rhamnose et de glucose. Des cryogels ont été décrits (K C Chu et al 2000 Phys. Med. Biol. 45 955) avec la particularité d'être basés sur l'utilisation d'une matrice de polyvinylalcool gélifiée à basse température (20°C) avec une amélioration de la stabilité à l'auto oxydation des ions ferreux. Il existe aussi des gels radiochromiques a base de vert de leucomalachite qui passe d'incolore a coloré après irradiation. (S. J. Doran, The history and principles of chemical dosimetry for 3-D radiation fields: Gels, polymers and plastics, Applied Radiation and Isotopes 67 (2009) 393-398). Une autre5 méthode pour limiter la diffusion consiste à faire des gels sous forme de mousse (S.H. Baete, Y. De Deene, B. Masschaele, W. De Neve, Microstructural analysis of foam by use of NMR R2 dispersion, Journal of Magnetic Resonance 193 (2008) 286-296). Enfin, il a été décrit un système de dosimétrie constitué par des ions ferreux enclos dans des résines échangeuses d'ions, ce qui limite la diffusion à la taille des particules de gel échangeur d'ions comprises entre 0.6 et 0.8 mm. (John A. Bauhs and Bruce E. Hammer, Ferrous-Ferric Ion exchange dosemeter, Radiation Protection Dosimetry, Volume 120, Issue 1-4, 140-143 (2006). Les avantages et les inconvénients des divers systèmes de dosimétrie ont été exposés dans une revue récente (Christian P Karger, Oliver Jakel, Hugo Palmans, Tatsuaki Kanai, Dosimetry for ion beam radiotherapy, Phys. Med. Biol. 55 (2010) R193-R234). Nous décrivons maintenant un nouveau gel qui permet de résoudre les problèmes de radiodosimétrie exposés précédemment. Ce gel est caractérisé par la présence de multiple composants complémentaires, dont : 1- la matrice ; 2-le solvant ; 3- le modificateur ; 4- les radio-sensibilisants ; 5-les additifs. Les quatre premiers composants sont nécessaires pour l'obtention du dosimètre selon l'invention d écrite ici, le cinquième composant étant utilisé quand on veut parvenir à une lecture par tomodensitométrie optique. Dans les gels connus décrits précédemment, les matrices (composant 1) sont choisis parmi la famille des molécules polymères linéaires a haut poids moléculaire qui forment des gels suite a dissolution et abaissement de température. Par exemple l'agarose, le phytogel, la gélatine forment des gels lors du refroidissement de leurs solutions diluées dans l'eau. La formation d'un gel est défini comme une prise en masse qui empêche le gel de bouger sous l'influence de la gravité terrestre (le gel reste dans sa forme initiale même si on le renverse). Dans notre invention, toute molécule qui possède la propriété de pouvoir former un gel aqueux par dissolution diluée dans un solvant comprenant de l'eau par refroidissement vers la température ambiante (295 à 300°K) est utilisable pour former le gel de radio-dosimétrie. La matrice reste préférentiellement formée avec de la gélatine ordinaire d'un degré Bloom assez élevé pour gélifier à partir d'une concentration voisine de 5% en masse dans l'eau. Le composant 2, le solvant, est de préférence de l'eau purifiée selon la pharmacopée en vigueur, mais aussi de l'eau avec des co-solvants 6 parfaitement miscibles dans l'eau comme des alcools ou polyols du genre glycérol, éthylèneglycol ou polyéthylèneglycol. Les radio-sensibilisants, composant 4, comprennent les éléments ou les molécules qui peuvent changer d'état d'oxydation par réaction avec des ions radio-induits décrits précédemment. Les couples les plus usuels sont les ions ferreux/ferriques, les ions cuivreux/cuivriques, iodure/iodate et manganeux/manganique. Dans la famille des radiosensibilisants on trouve aussi le vert de leucomalachite et de malachite déjà mentionné, et des molécules azotées du type pièges à spin (spin trap en anglais) qui donnent une nitrone le plus connu étant le DMPO (5,5-dimethyl-pyrroline N-oxide) ou des labels de spin genre TEMPO (TEtraMethyl Piperidine-1-Oxyl) qui forment des entités paramagnétiques stables à base de groupes nitroxydes. Le phosphate de calcium de formule hydroxylapatite est aussi considéré comme un radiosensibilisant d'un genre différent qui absorbe des radiations en formant des radicaux inorganiques stables (P.Fattibene, F.Callens, EPR dosimetry with tooth enamel : a review, Applied Radiation and Isotopes, 68, 11 (2010) 2033-2116.) L'hydroxylapatite peut être ajoutée dans le gel sous forme de poudre fine, ou sous la forme d'un bloc céramique pour imiter un os. Dans notre cas, le radio-sensibilisant préféré est l'ion fer2'. Dans les additifs, composant 5, on comprend les molécules et produits ajoutés pour soit colorer les gels (le xylénol orange ou la phénathroline ou les ions thiocyanates qui complexent le fer et d'autres métaux) soit pour les stabiliser (formol, glutaraldéhyde, ions molybdates, bis-époxy ou tris -époxy) par réticulation de la gélatine ou plus généralement formation de réseaux tridimensionnels dans le gel. Une poudre fine inerte peut être introduite comme charge pour accroître la viscosité du mélange solvant+charges. Cet effet est obtenu par exemple avec du talc en poudre. La composition est adaptable à l'élaboration d'un fantôme anatomique en coulant le gel liquide dans un moule de forme anatomique et en y plaçant des hétérogénéités équivalent-tissus variés (os, organes, poumons) qui ont des densités variées. Dans les additifs, on trouve aussi l'acide benzoïque, les résines échangeuses d'ions ou autres produits qui peuvent interagir avec les ions radio-sensibilisants. L'ingrédient le plus important dans notre gel de radio-dosimétrie est le composant 3, dénommé modificateur. Son rôle, essentiel, est de changer la viscosité de la phase aqueuse du solvant en l'augmentant tout en améliorant l'absorption des rayonnements ionisants par la solution sans diminuer la part transférable aux ions radio-sensibles. C'est-à-dire 7 que le modificateur absorbe les radiations mais ne les capte pas de façon permanente, mais permet leur transmission aux ions radio-sensibles via des interactions avec le solvant et particulièrement via les fonctions hydroxyles. Ainsi, les composants 2, 3 et 4 sont intimement liés et fonctionnent ensemble pour obtenir le résultat souhaité dans la matrice 1. Cette augmentation de la viscosité est voulue pour diminuer la diffusion dans le gel pour conserver l'information dosimétrique volumique en 3D, mais ne peut se faire en augmentant la concentration de la matrice (la gélatine ou autre) car cela aurait l'effet néfaste d'absorber des radicaux radio-induits ou les rayons ionisants eux-mêmes et entrerait en compétition avec la réaction avec les ions radio-sensibilisants, conduisant à une perte de sensibilité. Ces molécules utilisables pour la radio-dosimétrie incluent des carbohydrates de la famille des saccharides (deoxyribose, dextrose, fructose, lactose et mannose) et des polysaccharides du type mannanes, un dérivé du glucan (le carboxyméthylglucan) ou des glucannes hydrosolubles. Il est important de noter que ces ingrédients ne sont pas utilisés pour former la matrice du gel décrite ici comme le composant 1. Ainsi, les quatre premiers composants sont obligatoires pour obtenir le gel décrit dans l'invention, le composant 5, les additifs, ne présentant que des variations utiles dans la présentation du gel (forme géométrique) ou le mode de lecture (méthodes magnétiques ou optiques). En fonction de l'origine des polysaccharides cités (type de plante ou algue), leur viscosité et poids moléculaire varie, et nous sélectionnons ceux dont la viscosité est élevée ainsi que leur solubilité dans l'eau. Malheureusement certains de ces polysaccharides ne se dissolvent bien qu'a température élevée (eau à 85°C) et assez lentement, aussi est-il préférable de choisir des produits plus rapidement et facilement solubles. Il est aussi possible d'utiliser le sel de sodium de la carboxyméthylcellulose qui est soluble dans l'eau, et certaines pectines, dans les cas où l'agent radio-sensibilisant n'a pas besoin d'être à pH acide. Il est aussi intéressant d'utiliser comme ingrédient modificateur un disaccharide comme le et-Dglucopyranosyl-(1->2)-0-D-fructofuranoside. Les proportions de modificateur à inclure dans la formulation du gel de radio-dosimétrie dépendent de leur contribution à la viscosité et sont fonction de leur stéréochimie (géométrie et rigidité). En règle générale, une masse comprise entre 5 et 50% en poids par rapport à la masse de solvant convient. Les quantités préférées sont entre 7 et 20%. Des quantités supérieures sont possibles mais modifient la gamme de lecture 8 des temps de relaxation longitudinale des protons en IRM. Plusieurs saccharides peuvent être combinés pour obtenir l'effet voulu. Ces modificateurs ne forment pas de gel en milieu aqueux, mais modifient la viscosité et la mobilité des molécules d'eau dans un gel. L'origine de leur action réside dans leur capacité à former des radicaux carbonés relativement stables, ce qui a été décrit dans des études montrant leur effet de protection contre les dangers des radiations accidentelles. Mais il ne suffit pas d'absorber les radicaux radio-induits pour former le gel de radio-dosimétrie : il faut encore que les radicaux formés puissent transférer leur électron célibataire (non apparié) vers les atomes ferreux dans le but d'enregistrer l'effet d'une radiation. C'est pourquoi il est préférable d'employer des saccharides à pouvoir complexant du fer, et qui pourront échanger les groupements hydroxyles radicalaires vers l'eau par échanges moléculaires rapides. Ainsi, d'autres polymères pourtant à forte contribution viscosimètrique (polyethylenimines ou polyamides ou polymères a fonctions sulfhydriles) ne sont pas utilisables, même s'ils absorbent des radicaux oxygénés, car ils interfèrent avec le transport des espèces radicalaires vers l'agent radio-sensibilisant. Les modificateurs décrits dans notre gel radiodosimétrique doivent contenir des fonctions hydroxyles exclusivement, qui ont un effet champ faible (spin fort) sur les ions ferriques et ferreux, et qui peuvent rapidement s'échanger avec les ions hydroxyles aqueux. C'est aussi la raison pour laquelle le solvant doit contenir de l'eau et peut contenir des polyols ou même une petite quantité d'alcool éthylique qui forme facilement des radicaux carbonés (-CHCH3OH). La formation de radicaux hydroxyles a été démontrée en présence de glucannes et d'ions fer en milieu aqueux (Audrey M. Faure, Mogens L. Andersen, Laura Nystrrim, Ascorbic acid induced degradation of beta-glucan: Hydroxyl radicals as intermediates studied by spin trapping and electron spin resonance spectroscopy, Carbohydrate Polymers 87 (2012) 2160- 2168). La concentration de saccharide doit toujours être supérieure à celle des ions ferreux pour que l'effet de dégradation subie par le polysaccharide soit minime. Des concentrations trop faibles n'empêcheraient pas la diffusion à travers la matrice. Pour illustrer la fabrication du gel de radio-dosimétrie volumique conforme à notre invention, nous décrivons un exemple particulier mais non limitant de son élaboration. Les ingrédients utilisés sont : un litre d'eau purifiée selon la pharmacopée Européenne, 70 gr de gélatine de 9 type A, d'origine porcine de degré Bloom 110 en poudre, 140 gr de disaccharide en poudre, 12 gr de lactose, 2gr de beta D glucane d'avoine ou 1 gr de mannane extrait de Saccharomyces cereyisiae (moins cher), 10mL de solution de sel de Mohr (sulfate de fer et d'ammonium) 0.1mole/L. et 150 mL d'acide sulfurique lmole/L, Une fois tous les ingrédients bien dissous dans l'eau tiède et la solution homogène, on peut ajouter100 mg de persulfate d'ammonium (facultatif) pour ré-oxygéner le milieu puis on le verse dans un contenant approprié et on laisse refroidir à température ambiante ou dans un réfrigérateur à 7°C. Le résultat est un gel de radiodosimétrie volumique pour radiothérapie conformationelle, pour lecture par IRM, ou par lecture calorimétrique optique, soit immédiate ou retardée de plusieurs heures après l'irradiation. Selon l'état de l'art, un colorant comme le xylénol orange peut être ajouté pour lecture optique, et aura l'avantage d'une sensibilité améliorée et de limiter la perte des informations tridimensionnelles par diffusion. Pour être plus précis, les gels selon l'invention décrite ont une gamme de sensibilité relaxomètrique (pour l'IRM) allant de 0,05 à 0,16 s-`Gy4 , un coefficient de diffusion de 0,07 à 0,67 mm2h-1, et une vitesse de relaxation transversale (R20) entre 1,5 et 3,0 De plus ils possèdent des similarités avec les tissus biologiques, avec une charge effective nucléaire Ze de 7,4, et une densité électronique de 3,3. 1023 cm3. L'originalité du nouveau gel selon l'invention est qu'il peut être décrypté par une méthode appropriée (par exemple IRM) pour les doses reçues dans tous les points du volume traité, et ce même après un délai de quelques heures entre irradiation et lecture. De plus, le gel permet, après liquéfaction par simple réchauffement vers 37°C, de déterminer la dose globale absorbée par analyse d'un échantillon moyen prélevé sur l'ensemble. Cette analyse peut être faite par IRM ou par résonance paramagnétique électronique (RPE) dans quel cas on mesure l'intensité du signal spectroscopique dû aux radicaux paramagnétiques, ou encore par mesure de susceptibilité magnétique (mesure du moment magnétique total par la méthode de Gouy ou de Faraday), ou encore par spectroscopie Môssbauer qui compare les quantités relatives d'ions ferreux et ferriques. La lecture par divers moyens augmente la possibilité d'utilisation du gel pour faire des radio-dosimétries de contrôle thérapeutique. 10

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1- un gel de radio-dosimétrie volumique caractérisé par la présence de 5 composants comprenant une matrice, un solvant, un radio-sensibilisant, un modificateur et des additifs. La combinaison de ces 5 composants conduit à l'obtention d'un gel particulier apte à vérifier les doses de rayons ionisants utilisés en radiothérapie conformationelle.
  2. 2- Un gel de radio-dosimétrie tel que défini dans la revendication 1 dans lequel la matrice est composée de gélatine, d'agarose, de phytogel ou de polyvinylalcool et le solvant à base d'eau, soit seule soit incluant des co-solvants du type des alcools ou polyols, du type glycérol, ethylèneglycol ou polyéthylèneglycol.
  3. 3- Un gel de radio-dosimétrie selon les revendications 1 et 2 dans lequel le radio-sensibilisant est un couple d'oxydoréduction a base des ions Ferreux/ferrique, cuivreux/cuivrique, manganeux/manganique, lodure/iodate, ou encore Vert de leucomalachite/vert de malachite, ferrocyanure/ferricyanure de potassium, produits azotés/nitrone ou nitroxyde. La gamme radio-sensibilisant utilisée dans l'invention comprend aussi de la poudre d'hydroxyapatite.
  4. 4- Un gel de radio-dosimétrie selon les revendications 1, 2 et 3 dans lequel le modificateur contient un saccharide, disaccharide ou polysaccharide et des celluloses modifiées solubles dans l'eau dans une proportion allant de 5% à 50% en masse dans la composition du gel et de préférence entre 7 et 20%. Tous les modificateurs sont introduits dans le but de modifier la viscosité et la mobilité des molécules d'eau prises dans la matrice gélifiée et dans l'intention simultanée d'augmenter la capture des radicaux radio-induits pour les transférer aux ions radio-sensibilisants du gel par échanges des groupes hydroxyles.
  5. 5- Un gel de radio-dosimétrie selon les revendications 1 à 4 dans lequel l'additif est de l'acide benzoïque, du colorant comme le xylénol orange, des résines échangeuses d'ions 11ou des agents tensioactifs qui stabilisent les mousses, et des agents de réticulation du gel comme la glutaraldéhyde et des époxys.
  6. 6- Un gel de radio- dosimétrie selon les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que les ingrédients des 5 composants sont incorporés dans des proportions variables et contenant des charges minérales inertes dans le but de rigidifier l'ensemble et le faire ressembler par la consistance et la forme à un équivalent tissus anatomique par moulage.
  7. 7- Un gel selon les revendications 1 à 6 destiné à la lecture par IRM ou à la lecture colorimétrique optique. Cette lecture peut être immédiate ou faite après un délai de plusieurs heures après l'irradiation sans perte d'information.
  8. 8- Un gel selon les revendications 1 à 6 destiné à la lecture de la dose globale absorbée par un volume traité après fusion du gel et analyse spectroscopique (RPE ou Môssbauer) ou magnétique (mesure de susceptibilité magnétique) d'un prélèvement.
  9. 9- Un gel selon les revendications 1 à 6 dans lequel a été introduit un bloc céramique de phosphate de calcium genre hydroxyapatite pour imiter la présence d'un os dans le volume irradié.
  10. 10- Un gel selon les revendications 1 à 9 introduit dans un moule afin de produire un fantôme dosimétrique a forme anatomique et contenu équivalent anatomique comprenant des hétérogénéités. 12
FR1202245A 2012-08-16 2012-08-16 Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle Withdrawn FR2994601A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1202245A FR2994601A1 (fr) 2012-08-16 2012-08-16 Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1202245A FR2994601A1 (fr) 2012-08-16 2012-08-16 Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2994601A1 true FR2994601A1 (fr) 2014-02-21

Family

ID=47594812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1202245A Withdrawn FR2994601A1 (fr) 2012-08-16 2012-08-16 Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2994601A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105158287A (zh) * 2015-07-08 2015-12-16 上海大学 一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法
BE1027235B1 (fr) * 2019-11-12 2021-08-19 Shandong First Medical Univ & Shandong Academy Of Medical Sciences Dosimètre tridimensionnel à gel Fricke, procédé de préparation et application

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FATTIBENE P ET AL: "EPR dosimetry with tooth enamel: A review", APPLIED RADIATION AND ISOTOPES, ELSEVIER, OXFORD, GB, vol. 68, no. 11, 1 November 2010 (2010-11-01), pages 2033 - 2116, XP027209807, ISSN: 0969-8043, [retrieved on 20100604] *
GAMBARINI G ET AL: "Characterization of Fricke-gel layers for absolute dose measurements in radiotherapy", ADVANCEMENTS IN NUCLEAR INSTRUMENTATION MEASUREMENT METHODS AND THEIR APPLICATIONS (ANIMMA), 2011 2ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, 6 June 2011 (2011-06-06), pages 1 - 5, XP032153591, ISBN: 978-1-4577-0925-8, DOI: 10.1109/ANIMMA.2011.6172969 *
HEALY B J ET AL: "Effect of saccharide additives on response of ferrous-agarose-xylenol orange radiotherapy gel dosimeters", MEDICAL PHYSICS, AIP, MELVILLE, NY, US, vol. 30, no. 9, 1 September 2003 (2003-09-01), pages 2282 - 2291, XP012012212, ISSN: 0094-2405, ISBN: 978-1-930524-56-9, DOI: 10.1118/1.1597771 *
SHIN-ICHIRO HAYASHI ET AL: "Effect of inorganic salt on the dose sensitivity of polymer gel dosimeter", RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS BV, AMSTERDAM NL, vol. 81, no. 7, 4 March 2012 (2012-03-04), pages 884 - 888, XP028510846, ISSN: 0969-806X, [retrieved on 20120313], DOI: 10.1016/J.RADPHYSCHEM.2012.03.001 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105158287A (zh) * 2015-07-08 2015-12-16 上海大学 一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法
BE1027235B1 (fr) * 2019-11-12 2021-08-19 Shandong First Medical Univ & Shandong Academy Of Medical Sciences Dosimètre tridimensionnel à gel Fricke, procédé de préparation et application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abtahi et al. Optical and MRI investigations of an optimized acrylamide-based polymer gel dosimeter
De Deene et al. The fundamental radiation properties of normoxic polymer gel dosimeters: a comparison between a methacrylic acid based gel and acrylamide based gels
Vandecasteele et al. Radio-physical properties of micelle leucodye 3D integrating gel dosimeters
Kozicki et al. On the development of a VIPARnd radiotherapy 3D polymer gel dosimeter
Rahman et al. Polymer gels impregnated with gold nanoparticles implemented for measurements of radiation dose enhancement in synchrotron and conventional radiotherapy type beams
Marrale et al. Hydrogels for three-dimensional ionizing-radiation dosimetry
Laprise‐Pelletier et al. Low‐Dose Prostate Cancer Brachytherapy with Radioactive Palladium–Gold Nanoparticles
Farhood et al. Dosimetric characteristics of PASSAG as a new polymer gel dosimeter with negligible toxicity
Maeyama et al. Polymer gel dosimeter with AQUAJOINT® as hydrogel matrix
Alqathami et al. Novel multicompartment 3-dimensional radiochromic radiation dosimeters for nanoparticle-enhanced radiation therapy dosimetry
Titus et al. Current scenario of biomedical aspect of metal-based nanoparticles on gel dosimetry
Babic et al. An apparent threshold dose response in ferrous xylenol-orange gel dosimeters when scanned with a yellow light source
Farahani et al. The effect of bismuth nanoparticles in kilovoltage and megavoltage radiation therapy using magnetic resonance imaging polymer gel dosimetry
Smith et al. A very low diffusion Fricke gel dosimeter with functionalised xylenol orange-PVA (XOPVA)
Chacón et al. Effect of inorganic salts and matrix crosslinking on the dose response of polymer gel dosimeters based on acrylamide
Daouk et al. Can Cerenkov light really induce an effective photodynamic therapy?
Parwaie et al. Evaluation of ferrous benzoic methylthymol-blue gel as a dosimeter via magnetic resonance imaging
Poignant et al. Monte Carlo simulation of free radical production under keV photon irradiation of gold nanoparticle aqueous solution. Part I: Global primary chemical boost
FR2994601A1 (fr) Dosimetre volumique pour radio-dosimetrie conformationelle
Vedelago et al. Smart material based on boron crosslinked polymers with potential applications in cancer radiation therapy
Meesat et al. Evaluation of the dose enhancement of iodinated compounds by polyacrylamide gel dosimetry
Khosravi et al. Gel dosimetry: The effect of gold nanoparticles on the dose enhancement in the external radiation therapy
Zhu et al. Improved MAGIC gel for higher sensitivity and elemental tissue equivalent 3D dosimetry
Jordan et al. Effects of adding glycerol and sucrose to ferrous xylenol orange hydrogel
Titus et al. Radiation dosimetry—A different perspective of polymer gel

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

ST Notification of lapse

Effective date: 20180430