Deterministic Algorithms for High Accuracy Coupled Photon-Electron-Positron Transport in Radiation Therapy Planning

Pour toute Planification de Traitement par Radiothérapie (PTR), il est essentiel d’avoir des outils pour calculer rapidement et avec exactitude les profils de dose. Bien que les solveurs de transport de rayonnement de Monte Carlo aient traditionnellement été considérés comme la référence en PTR, leur application dans les environnements cliniques est limitée en raison de leur temps d’exécution excessifs et de leur nature stochastique. Pourtant, il existe une multitude de méthodes dites déterministes capables de simuler l’ensemble des interactions physiques avec une tout aussi grande exactitude. Le solveur Acuros®, le code de Varian Medical Systems qui utilise des méthodes déterministes, est déjà utilisé pour les faisceaux de rayons X dans les systèmes de PTR. Malgré certaines avancées dans les capacités déterministes, telles que la dérivation de l’équation de Boltzmann Fokker-Planck (BFP) ou le développement du code CEPXS, les modèles déterministes existants pour la PTR présentent des limitations qui entravent leur utilisation généralisée et sans contrainte à tout faisceau de photons et d’électrons. L’objectif principal de cette thèse est d’examiner et de proposer des solutions à ces lacunes. L’équation de Boltzmann Fokker-Planck (BFP) est au coeur de cette dissertation, car tous les développements algorithmiques qu’elle présente s’articulent autour de cette équation. Des lacunes ont été identifiées et d’innovants algorithmes ont été proposés dans trois axes de recherche, soit 1) la production de données atomiques couplées pour les photons, les électrons et les positrons, 2) la discrétisation angulaire de l’équation de BFP et 3) les relations de fermeture associées aux méthodes de Galerkin.