Développement de la dosimétrie associée aux examens réalisés à l’aide de mammographes numériques dans le cadre du dépistage du cancer du sein // Development of dosimetry associated with digital mammography examinations in the context of breast cancer scre

Topic description

La mammographie (radiographie du sein) est la principale méthode de dépistage du cancer du sein en France. Elle permet d’obtenir une imagerie précise de la structure du sein et de la glande mammaire afin d’être en mesure de repérer les anomalies de structure liées à la présence de foyers tumoraux.

La mammographie traditionnelle consiste à projeter la totalité du volume du sein sur un seul plan (2D). Quelques clichés seulement sont nécessaires et le 75e centile de la distribution de la dose glandulaire (DG) varie de 1 à 2,3 mGy selon les systèmes et les modèles de calcul utilisés.

Une amélioration de cette technique repose sur la tomosynthèse dont le principe est de reconstituer de manière tridimensionnelle l’image du sein à partir de plusieurs radiographies à faible dose acquises sous différents angles de projection.

Dans ce cas, le cumul d’images induit un 75e centile de la distribution de DG compris entre 1,4 et 2,9 mGy.

La DG est un outil de comparaison des performances des installations mais ne prend pas en compte la sensibilité individuelle des tissus face aux rayons ionisants.

Il n’existe pas, à l'heure actuelle, de dosimétrie active permettant de mesurer la dose glandulaire ou d’individualiser la mesure pour chaque patiente.

L’objectif de ce travail de thèse est de mettre en œuvre un système de mesures actif permettant d’estimer la DG reçue par la patiente lors d’un examen de mammographie.

Pour ce faire, la méthodologie proposée consistera tout d’abord à réaliser des mesures spectrométriques des faisceaux d’un appareil de mammographie numérique utilisé en milieu hospitalier dans différentes conditions.

Ces faisceaux seront reproduits sur un mammographe analogique de la plateforme de recherche en radiothérapie DOSEO dans le but, d’une part, de déterminer les coefficients d’étalonnage d’une chambre à cavité et, d’autre part, d’étudier leurs variations selon la qualité des faisceaux utilisés et par suite l’impact sur l’évaluation dosimétrique du contrôle qualité du mammographe numérique.

Des modèles numériques de sein seront ensuite développés, intégrant un sein comprimé complet et des faisceaux incidents correspondant à ceux précédemment mesurés par spectrométrie, afin d’estimer la DG et la dose absorbée à la glande mammaire selon les différentes configurations retenues.

Cette étude se poursuivra par la fabrication d’un fantôme sein compressé permettant de mesurer la quantité de photons incidents et d’avoir une estimation du spectre au niveau de la glande mammaire.

Les résultats des simulations et des mesures en termes de DG et de dose absorbée au sein seront comparés. Pour terminer, une étude initiale visant à définir une méthodologie standard d’étalonnage d’un fantôme sein compressé en termes de DG sur des faisceaux normalisés à partir de mesures de kerma dans l’air sera initiée.

Ce sujet présente un réel enjeu de santé publique en termes de connaissances et de compréhension des doses délivrées aux patientes durant les examens de mammographie.

Le travail sera réalisé au sein du Laboratoire national Henri Becquerel (LNHB), implanté sur le site du CEA Paris-Saclay, en collaboration avec l'Hôpital Européen Georges Pompidou (HEGP) à Paris qui mettra à disposition un mammographe numérique ainsi que son savoir-faire scientifique et technique dans les domaines de l’imagerie médicale et de la dosimétrie.

Mammography (breast X-ray) is the primary method for breast cancer screening in France. It provides precise imaging of the breast and mammary gland structure to detect structural abnormalities associated with tumor foci.

Traditional mammography involves projecting the entire volume of the breast onto a single plane (2D). Only a few images are needed, and the 75th percentile of the glandular dose (GD) distribution varies from 1 to 2.

3 mGy, depending on the systems and calculation models used. An improvement to this technique is tomosynthesis, which reconstructs a three-dimensional image of the breast from multiple low-dose X-rays acquired from different projection angles.

In this case, the cumulative images result in a 75th percentile of the GD distribution ranging from 1.4 to 2.9 mGy.

GD is a tool for comparing the performance of installations but does not consider the individual sensitivity of tissues to ionizing radiation.

Currently, there is no active dosimetry method to measure the glandular dose or customize the measurement for each patient.

The objective of this thesis work is to implement an active measurement system to estimate the GD received by the patient during a mammography examination.

The proposed methodology will first involve spectrometric measurements of X-ray beams from a digital mammography device used in a hospital under various conditions.

These beams will be reproduced on an analog mammography system at the DOSEO research platform in radiotherapy. This aims to determine the calibration coefficients of a cavity chamber and study their variations based on the quality of the beams used, thus impacting the dosimetric evaluation of the digital mammography system's quality control.

Numerical breast models will then be developed, incorporating a complete compressed breast and incident beams corresponding to those previously measured by spectrometry.

This will enable the estimation of GD and absorbed dose to the mammary gland under different selected configurations. The study will continue with the fabrication of a compressed breast phantom to measure the quantity of incident photons and estimate the spectrum at the level of the mammary gland.

The results of simulations and measurements in terms of GD and absorbed dose in the breast will be compared. Finally, an initial study aiming to define a standard calibration methodology of a compressed breast phantom in terms of GD using normalized beams, based on air kerma measurements, will be initiated.

This topic presents a significant public health challenge in terms of understanding and knowledge about the "doses" delivered to patients during mammography examinations.

The work will be carried out at the Henri Becquerel National Laboratory (LNHB), located on the CEA Paris-Saclay site, in collaboration with the Hôpital Européen Georges Pompidou (HEGP) in Paris, which will provide a digital mammography machine as well as its scientific and technical expertise in the fields of medical imaging and dosimetry.

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique

Pôle en : Technological Research

Département : Département d’Instrumentation Numérique

Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants

Laboratoire : Laboratoire National Henri Becquerel pour la Métrologie de la Dose

Date de début souhaitée : 01-10-

Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)

Directeur de thèse : BORDY Jean-Marc

Organisme : CEA

Laboratoire : DRT / DIN / / LNHB-MD

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Public / private mixed funding

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