La radiothérapie avec modulation d’intensité

La radiothérapie avec modulation d’intensité

Les techniques d’irradiation des tumeurs par des faisceaux de rayons X de haute énergie se sont développées ces dernières années grâce aux progrès de l’imagerie numérique, des accélérateurs d’électrons et de l’informatique.

Image d'une reconstruction 3 D d'un thorax

Image d’une reconstruction 3 D d’un thorax

Le préalable à la réalisation de la radiothérapie de conformation est de disposer d’un scanner et de stations de travail associées (ordinateurs) qui permettront de reconstruire la région anatomique du patient à traiter  et de projeter les faisceaux de l’accélérateur sur cette région. Cette technique de simulation virtuelle du traitement permet la reconstruction en 3D des volumes à traiter (patient virtuel) et assure une grande précision dans le repérage des tumeurs et la mise en place de la balistique de faisceaux.

Préparation dosimétrique

Ensuite vient la préparation dosimétrique, l’étape pendant laquelle le radiophysicien optimise le traitement et calcule les doses de rayons qui seront délivrées au patient. Cette étape est effectuée à l’aide d’ordinateurs qui permettent de modéliser les faisceaux pour chaque énergie de rayons X. Selon la localisation traitée, les physiciens médicaux ajustent les faisceaux dans l’espace (balistique) et en dimensions de façon à délivrer la dose maximale à la tumeur et à minimiser la dose aux tissus sains voisins. Le traitement se fait, dans ce cas, par des faisceaux homogènes en dose. La procédure consiste à renouveler manuellement le calcul de distribution de dose après chaque modification de balistique jusqu’à ce que le résultat dosimétrique soit satisfaisant … C’est une procédure longue et qui ne permet pas de protéger totalement les tissus sains.

Une nouvelle technique de traitement, la radiothérapie conformationnelle par modulation d’intensité (RCMI), propose de partir du calcul inverse. La méthode consiste d’abord à placer les faisceaux par simulation virtuelle en évitant au mieux les structures critiques. Ensuite, lors de la préparation dosimétrique, le radiothérapeute fixe des objectifs de doses à la tumeur et des contraintes de dose à différents organes. Le radiophysicien spécifie au programme de calcul, les doses optimales pour chacun des organes. L’algorithme de calcul va chercher une solution d’irradiation de façon à ce que la différence entre la dose calculée et la dose demandée pour chacun des volumes soit la plus faible possible. La solution consistera en des faisceaux d’irradiation qui ne seront plus homogènes en doses comme dans le cas précédent mais hétérogènes.

Principe du calcul dosimétrique inverse

Principe du calcul dosimétrique inverse

Balistique d'un traitement par modulation d'intensité de la sphère ORL

Balistique d’un traitement par modulation d’intensité de la sphère ORL

 

 

 

 

 

 

Profil de fluencede RX modélisé dans un plan

Profil de fluence de RX modélisé dans un plan

 Fluence de RX mesurée par film pour un faisceau IMRT dans un traitement ORL

Fluence de RX mesurée par film pour un faisceau IMRT dans un traitement ORL.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Calcul d’un profil de fluence (à gauche) et mesure d’un profil de faisceau de rayons X modulé en intensité IMRT  projeté sur un film dosimétrique (à droite).

Dosimétrie IMRT d'un méningiome du sinus caverneux

Dosimétrie IMRT d’un méningiome du sinus caverneux

Dosimétrie IMRT d'une tumeur du canal anal

Dosimétrie IMRT d’une tumeur du canal anal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La forme des courbes isodoses (courbes qui relient les points de l’espace recevant une même dose) sera alors parfaitement adaptée à la forme de la tumeur. On peut remarquer sur l’exemple ci-dessus à gauche pour une lésion cérébrale (en rouge) que ces courbes évitent les organes sains à épargner (en bleu et vert). A droite est présentée une dosimétrie de lésion du canal anal.

Dosimétrie IMRT d'une localisation ORL

Dosimétrie IMRT d’une localisation ORL

Dosimétrie IMRT d'une localisation ORL dans un plan coronal

Dosimétrie IMRT d’une localisation ORL dans un plan coronal

 

 

 

 

 

 

 

Exemples de dosimétrie de lésion ORL selon une vue axiale (à gauche) et coronale (à droite).

Les courbes isodoses sont adaptées à la forme de la tumeur et des chaines ganglionnaires. Les tissus sains et radiosensibles (moelle, glande parotide) sont mieux protégés.

Histogramme Dose Volume d'une lésion du canal anal

Histogramme Dose Volume d’une lésion du canal anal

Les histogrammes dose-volume sont des instruments de mesure permettant d’apprécier la quantité de dose dans chaque centimètre cube de tissu à la fois pour la lésion et pour les organes à risques.

Pour délivrer un faisceau modulé en fluence, l’accélérateur doit être pourvu d’un collimateur multilames. Dans ce cas, le collimateur (le système qui délimite le faisceau) est constitué de nombreuses lames (120) alors que 4 mâchoires servent à délimiter le faisceau dans le cas d’un collimateur conventionnel.

Les positions de ces nombreuses lames peuvent  varier pendant l’irradiation grâce à un ordinateur située hors de la salle de traitement. Un ensemble de positions de lames correspond à un segment et l’enchaînement de ces segments va réaliser la modulation de flux  de rayons X des faisceaux.

Tous les accélérateurs d’électrons du service Novalis Truebeam STX et CLINAC (Varian) sont équipés d’un collimateur multilames. Ils reçoivent et enchaînent les segments de faisceaux dont les lames (120), vont se déplacer au cours de l’irradiation. Cette technique est appelée  » Step and Shoot  » ou  »  faire un pas et tirer  » .

En conclusion, ces techniques d’irradiations élaborées par des méthodes dosimétriques utilisant le

collimateur multilames

collimateur multilames

Exemple de collmation réalisée avec un collimateur multilames

Exemple de collimation réalisée avec un collimateur multilames

calcul inverses pour moduler la fluence de RX permettent de délivrer des doses plus importantes à la tumeur tout en épargnant mieux les tissus sains. La mise en œuvre clinique de la radiothérapie conformationnelle par modulation d’intensité a débuté au début de l’année 2005 par le traitement d’un sein. D’autres localisations comme l’ORL, l’encéphale, le canal anal, la prostate, etc. bénéficient également aujourd’hui  de cette forme d’irradiation.

La Modulation Volumique (VMAT)

Quand les faisceaux sont grands, et leur nombre croissant, la distribution de dose obtenue tend à être similaire  à celle réalisée par un faisceau tournant, c’est à dire un arc. La technique appelée VMAT pour Volumetric Modulated Arc Therapy permet de délivrer des faisceaux modulés en fluence sur un ou deux arcs grâce à la fois à la variation du débit de dose et de la vitesse du bras de l’accélérateur. Cette technique est installée sur notre nouvel accélérateur Novalis Truebeam STX (Varian-Brainlab).

Le système de calcul que nous avons mis en place depuis le mois d’octobre 2015 permet de créer des plans d’irradiation avec modulation du débit de dose en arc-thérapie coplanaires ou non coplanaires. L’augmentation du nombre de projection de faisceaux permet notamment en ORL de diminuer les doses au niveau des organes sains comme les glandes salivaires en diminuant les effets secondaires comme la sécheresse buccale tout en délivrant au niveau des lésions les doses prescrites.

D’autres localisations comme les tumeurs du pancréas,  de la prostate sont  traitées avec cette technique.

 

technique VMAT en ORL

Arcthérapie modulée pour un traitement ORL

Traitement ORL en VMAT

Traitement ORL en modulation volumique