Nouvelles techniques en Radiothérapie

Dr Sonia Roux-Palobart Service de Cancérologie, Polyclinique de Limoges

09/04/2015

PLAN

● Introduction sur la radiothérapie

● De la radiothérapie 2D à la Radiothérapie Conformationnelle 3D

● Evolutions actuelles et futures:

- IMRT

- IGRT

- radiothérapie asservie à la respiration

- radiothérapie stéréotaxique

- tomothérapie/VMAT

- protonthérapie

Introduction (1)

● La radiothérapie est un traitement locorégional des cancers. Plus de 50% des patients atteints d’un cancer sont traités par radiothérapie à une étape de leur parcours de soin.

● Elle consiste à utiliser des rayonnements (on dit aussi rayons ou radiations) pour détruire les cellules cancéreuses en bloquant leur capacité à se multiplier. L’irradiation a pour but de détruire les cellules cancéreuses tout en préservant le mieux possible les tissus sains et les organes avoisinants.

● On distingue la radiothérapie externe (RTE) et la curiethérapie :

- dans la radiothérapie externe, les rayons sont émis en faisceau par une machine située à proximité du patient ; ils traversent la peau pour atteindre la tumeur.

- dans la curiethérapie, des sources radioactives sont implantées directement à l’intérieur du corps de la personne malade.

Introduction (2) Quels sont les objectifs de la Radiothérapie ?

1/ Stériliser la tumeur+++

•Condition d’une survie prolongée

•Meilleure couverture tumorale

•Nouvelles balistiques

•Escalade de dose

2/ Supprimer les complications:

•Protéger les tissus sains : moëlle épinière, cœur, cerveau, œsophage, poumon, intestin, vessie…

•Utiliser les facteurs prédictifs de toxicité (HDV)

Introduction (3) Comment atteindre ces objectifs ?

● Optimiser la précision et la reproductibilité de la radiothérapie

● Optimiser la visualisation des structures anatomiques

● Optimiser la définition des volumes cibles

● Optimiser la balistique et la dosimétrie

● Evaluer la qualité de la conformation

● Réduire la toxicité

● Augmenter la dose

Introduction (4)

● Aujourd’hui, la RT classique utilise des faisceaux de photons et/ou électrons.

● Les accélérateurs de particules présents dans les appareils de RT classique génèrent un faisceau d’électrons. Ces particules chargées sont soit directement utilisées pour traiter le patient, soit dirigées vers une cible qui va créer un faisceau de photons qui est ensuite dirigé vers le patient.

● Les électrons sont habituellement utilisés pour les irradiations superficielles, de quelques cm de profondeur.

● Les faisceaux de photons permettent de délivrer une dose plus homogène en profondeur. Toutefois, ce dépôt d’énergie n’est pas strictement localisé. Il y a une petite dispersion latérale le long du parcours (liée à la pénombre du faisceau), et une forte dispersion avant et après « le maximum du dépôt de dose ».

● L’utilisation de collimateurs, la multiplication des faisceaux et la modulation de l’énergie du faisceau de photons permettent de réaliser des irradiations extrêmement précises dites « conformationnelles avec modulation d’intensité ».

Radiothérapie 2D

● Planification de la radiothérapie par rapport à la profondeur

de la lésion dans 2 plans sagittal et coronal

(traitement à mi-diamètre ou à une profondeur donnée)

● Installation géométrique à l’aide d’un Simulateur

et imagerie orthogonale par rapport aux repères anatomiques (les os)

Radiothérapie 2D: les inconvénients (1)

● Manque de précision du ciblage

● Pas de connaissance possible de la dose délivrée aux OAR

● Ex: Variations morphologiques non prises en compte: incertitudes…

Radiothérapie 2D: les inconvénients (2)

● Des protections focalisées peu précises par défaut de visualisation des OAR

● Nécessite une manipulation par les MER, une confection…

● La Radiothérapie Conformationnelle en 3 Dimensions (RC-3D) a remplacé la Radiothérapie conventionnelle en 2D = Gain en contrôle local et en survie/ réduction de la toxicité

Accélérateur linéaire de particules de radiothérapie conformationnelle

avec table de positionnement robotisée Simulateur 2D

La Radiothérapie Conformationnelle 3D (RC-3D)

● La technique de radiothérapie externe la plus utilisée, elle permet de faire correspondre le plus précisément possible (de conformer) le volume sur lequel vont être dirigés les rayons au volume de la tumeur.

● Elle utilise des images en 3D de la tumeur et des organes avoisinants obtenues par scanner (scanner dosimétrique), parfois associées à d’autres examens d’imagerie (IRM, TEPscan…).

● Des logiciels permettent de simuler virtuellement, toujours en 3D, la forme des faisceaux d’irradiation et la distribution des doses. Cela permet de délivrer des doses efficaces de rayons en limitant l’exposition des tissus sains.

● La radiothérapie conformationnelle est notamment utilisée pour le traitement à visée curative des tumeurs de la prostate, du thorax, de l’abdomen, du pelvis, du cerveau, de la sphère ORL… Tous les centres de radiothérapie sont équipés pour la pratiquer. C’est le premier pas vers la radiothérapie de haute précision.

La RTE conformationnelle 3D (RC-3D) Le scanner dosimétrique

● Définition des volumes cibles pour la RTE moderne:

- acquisition d’images anatomiques à l’aide d’un scanner dans la zone d’intérêt

- en position de traitement dans le système de contention:

fabrication du matériel de contention (masque ORL, appui bras).

● L’objectif est de retrouver tous les jours la même position

= reproductibilité de la position patient

● Mise en place de marques sur le patient ou sur le système de contention

● Coupes tous les 2-3 mm +/- injection selon les besoins

● Transfert des données sur les consoles dosimétriques

La RTE conformationnelle 3D (RC-3D) Fusion d’images

● Aide à la délinéation des volumes cibles pour la RTE moderne

● Fusion d’images du scanner dosimétrique avec IRM (RTE cérébrale, ORL, prostatique, pelvienne), TEP-18 FDG (RTE pulmonaire, œsophage)

La RTE conformationnelle 3D (RC-3D) La technique à 5 faisceaux

● Les progrès en radiothérapie sont constants. Il est impossible de décrire dans le détail la totalité des techniques en développement.

● Aujourd’hui, les nouvelles techniques de RTE de haute précision (stéréotaxie, modulation d’intensité) ont toutes pour but de focaliser les rayons le plus précisément possible sur la tumeur (et d’augmenter la dose délivrée) et d’épargner au maximum les tissus sains.

● Elles sont pratiquées dans un nombre variable d’établissements (de plusieurs dizaines à un ou deux), sont souvent encore en cours d’évaluation et/ou présentent un intérêt uniquement pour des tumeurs spécifiques.

Radiothérapie Conformationnelle avec Modulation d’Intensité (RCMI, IMRT)

● Cette technique consiste à faire varier la forme du faisceau au cours d’une même séance pour s’adapter précisément au volume à traiter, et ce même s’il comporte des « creux » ou des concavités (une tumeur en forme de fer à cheval située autour de la moëlle épinière par exemple).

● Définition/principe: variation spatiale volontaire de la dose (dite fluence) à l'intérieur d'un faisceau, au cours d'une même séance.

RC3D versus IMRT

● Définition des faisceaux : énergie, angulation, adaptation des champs au volume cible

● Calcul de la distribution de doses et ajustement des paramètres d'irradiation (énergie, pondération) jusqu'à obtention d'une distribution de doses satisfaisante

● Utilisation de faisceaux d'intensité uniforme ou modifiés par la présence d'un filtre en coin

= PLANIFICATION DIRECTE

● Définition des faisceaux : énergie, angulation

● Spécification, prescription de la dose souhaitée : définition de contraintes dose/ volume aux structures internes

● Calcul de l'intensité des faisceaux par algorithme mathématique : obtention de profils d'intensité modulée

= PLANIFICATION INVERSE

IMRT

Pour enchaîner les segments, les lames se positionnent et lorsqu'elles ont atteint leur positon, l'accélerateur déclenche l'irradiation : la position du bras de l'accélérateur reste fixe.

IMRT

● Du fait de moduler l'intensité, on obtient une véritable conformation de la distribution de dose à la forme du volume cible

- les isodoses englobent le volume cible, indispensable pour des volumes cible de forme concave

- adaptation des doses élevées à des volumes complexes

● Diminution des doses aux organes à risque (diminution de la toxicité aigue et à long terme)

IMRT versus RC3D

RC3D IMRT

IMRT versus RC3D

RC3D IMRT

Radiothérapie

conformationnelle

3D

IMRT

La radiothérapie guidée par l’image= IGRT (1)

● Objectif: prise en compte des variations anatomiques (déplacements et déformations) survenant entre les séances ou pendant les séances d’irradiation

● Permet de visualiser la tumeur sous l’accélérateur au moment de la séance d’irradiation par visualisation directe (mode 3D tissus mous) ou indirecte (mode 2D et marqueurs radio-opaques)

● Si la position de la tumeur sous l’accélérateur ne correspond pas à la position théorique définie lors de la planification: déplacement du patient

● Une nouvelle planification peut se discuter en cas de déformation majeure des structures anatomiques

La radiothérapie guidée par l’image= IGRT (2)

● Intérêt:

- précision = s’assurer de la bonne position de la tumeur mais également de la protection des OAR (organes à risque)

- efficacité et tolérance= éviter sous-dosage des volumes cibles/surdosage des OAR

● Indispensable pour RTE stéréotaxique et hypofractionnée: délivrance doses élevées par fraction

● Moyens:

- gammagraphies/imageries portales kV/mV: recalage sur structures osseuses + marqueurs radio-opaques (ex: grains d’or pour RTE prostate)

- Cone Beam Computed Tomography= CBCT: système d’imagerie scanographique embarquée, recalage sur scanographie dosimétrique et déplacement quantifié et proposé

La radiothérapie guidée par l’image= IGRT (3) Exemple du Cyberknife®

● Cyberknife® = système robotisé qui possède une imagerie de base qui acquiert des images à l’aide de deux détecteurs positionnés à 45° par rapport à la table de ttt: permet un recalage sur les structures osseuses ou à l’aide de repères fiduciels intra tumoraux

● au cours de la séance, tracking de la cible (système optique de suivi de la cible en temps réel, information transmise au bras robotisé qui pilote l’accélérateur miniaturisé)

● Indication: - tumeurs mobiles= tumeurs pulmonaires (mouvements respiratoires), rénales, hépatiques

- tumeurs rachidiennes

- réirradiation tumeurs ORL

● Doses plus élevées par séance (hypofractionnement), faible nombre de séances (1 à 5 séances)

La radiothérapie asservie à la respiration

● Il s’agit de prendre en compte les mouvements de la respiration pendant l’irradiation du thorax ou du haut de l’abdomen par exemple.

● Il existe plusieurs solutions :

- demander au patient, qui visualise sa respiration sur un écran, de la bloquer pendant quelques dizaines de secondes, à un moment précis de son inspiration ;

- laisser le patient respirer normalement et n’irradier la tumeur que quand elle se présente devant le faisceau d’irradiation = gating

- faire suivre les mouvements de la tumeur par le faisceau d’irradiation lui-même = tracking (cyberknife®)

La radiothérapie stéréotaxique (1)

● Définition: stéréo (en 3D) et taxique (explorer)

● Elle permet de diriger des faisceaux de radiations vers une région très spécifique (ex: cerveau)

● C’est une technique de haute précision basée sur l’utilisation de microfaisceaux convergents permettant d’irradier à haute dose de très petits volumes.

● On distingue:

- la radio chirurgie stéréotaxique: on délivre une dose élevée de radiation vers la tumeur (fraction unique) mais pas d’incision chirurgicale

- la radiothérapie stéréotaxique fractionnée: plus faibles doses de radiation en plusieurs séances (fractions multiples)

La radiothérapie stéréotaxique (2)

● Cette technique peut être réalisée soit à l’aide d’une machine dédiée (gamma-knife), soit avec un accélérateur linéaire muni de cônes cylindriques de diamètre modulable (ex: Novalis®)

● Indications:

- lésions cérébrales: bénignes ou malignes mais non chirurgicales car trop profondes ou en zone fonctionnelle = gliomes, méningiomes, neurinomes, adénome hypophysaire mais aussi malformations vasculaires cérébrales

- métastases cérébrales: localisation unique ou récidive après RC3D

- radiothérapie stéréotaxique extra crânienne: lésions de la moëlle épinière, tumeurs pulmonaires, hépatiques

● Limites:

- Nécessité de contentions spécifiques: cadre stéréotaxique fixe ou amovible

- limite de taille tumorale de 3 cm en général

La tomothérapie

● C’est une technique de radiothérapie guidée par l’image, qui consiste à coupler un scanner et un accélérateur de particules miniaturisé qui tourne autour du patient en « spirale » (= radiothérapie hélicoïdale), pendant que la table de radiologie se déplace longitudinalement.

● Les faisceaux de RT varient en fonction du déplacement du patient (variation de l’ouverture au cours de l’irradiation permettant une radiothérapie avec modulation d’intensité)

● Avantages: meilleur ciblage du tissu tumoral à irradier, meilleure épargne des tissus sains environnants

● En 2015: une dizaine de centres français et 3 CHU sont équipés d’un appareil de tomothérapie

Le Cyberknife®

● C’est un nouveau système de radiochirurgie qui utilise la robotique pour traiter des tumeurs dans tout le corps.

● Elle consiste en un petit accélérateur linéaire, tenu par un robot capable de le déplacer dans toutes les directions possibles.

● Les faisceaux produits par cet appareil sont assez petits, mais ils peuvent être multipliés quasiment à l’infini et varier tous les angles de tir. Cela permet de focaliser la dose d’irradiation en minimisant l’impact sur les tissus sains avoisinants. Cette technique permet de traiter des tumeurs de taille limitée.

● La tomothérapie et le Cyberknife® sont destinés à traiter des tumeurs dont la localisation ne permet pas la réalisation d’une radiothérapie conformationnelle « classique ».

VMAT = irradiation avec Modulation d’intensité Volumétrique

par Arc Thérapie

● Synthèse des dernières évolutions techniques de la RT

= association de la RT conformationnelle guidée par l’image + modulation d’intensité

● possibilité d’irradier la tumeur avec plus de précision que la RT conventionnelle grâce à un contrôle (une modulation) des faisceaux d’irradiation sur un arc complet de 360°. Les organes sains sont préservés lors de l’irradiation de tumeurs voisines.

● Comme la tomothérapie, méthode d’irradiation conformationnelle avec modulation d’intensité par action circulaire. Traitement plus rapide mais sur des zones plus réduites

● Le processus pour délivrer des doses par technique VMAT est très complexe. Il nécessite des experts en radio physique et en dosimétrie. Une assurance qualité est obligatoire à chaque étape du processus.

VMAT

VMAT versus IMRT

Hadronthérapie

● L’hadronthérapie utilise des faisceaux de particules: les hadrons

- protons = protonthérapie

- ions carbone= carbonethérapie

● Les protons présentent des propriétés balistiques avantageuses (qui permettent de réduire la dose déposée dans les tissus traversés avant la tumeur, et de ne pas irradier les tissus situés derrière la tumeur).

● But: améliorer l’irradiation des cellules tumorales tout en épargnant les tissus sains aux alentours

● Indications: pertinence pour ttt nécessitant une très grande précision: tumeurs de l’œil et de la base du crâne (proches des voies optiques et de la moëlle épinière)

La protonthérapie

● En pratique: jusque la fin des années 1980, phase expérimentale. Depuis 1990, plusieurs CH dédiés ont été construits ou sont en projet, principalement au Japon et aux Etats Unis.

● Limites:

- cela nécessite des technologies lourdes (accélérateur de particules à protons, enceinte de radioprotection) et sophistiquées (systèmes de planification du ttt, de conformation du faisceau, de positionnement du patient)

- accessibilité réduite: 2 centres seulement en France (centre de protonthérapie Institut Curie à Orsay et le cyclotron Centre Antoine Lacassagne à Nice)

- indications limitées: tumeurs radiorésistantes (nécessitant très fortes doses) avec épargne indispensable des OAR environnants, tumeurs intracrâniennes, de la base du crâne, médullaires, notamment tumeurs de l’enfant (chondromes, chondrosarcomes, médulloblastomes, craniopharyngiomes)

● Ions carbone: pas de centre actuellement en France, projet ETOILE Lyon suspendu, projet ARCADE à Caen 2017?

Conclusion

● Progrès majeurs de la radiothérapie ces vingt dernières années!

● De la radiothérapie 2D à la radiothérapie 3D avec acquisition d’images scanographiques (+ fusion d’images) pour une meilleure définition des volumes tumoraux

● Modulation d’intensité et multiplication des portes d’entrée des faisceaux pour une meilleure couverture du volume cible

● Systèmes modernes d’imageries embarqués pour un contrôle quotidien du positionnement du patient et de la tumeur traitée

● Objectifs respectés actuellement: meilleure couverture du volume tumoral et augmentation de la dose délivrée pour une plus grande efficacité du ttt, avec protection des tissus sains environnants pour réduire les effets secondaires aigus et tardifs

● Perspectives nombreuses, en particulier recherches sur les ttt radio sensibilisants

Merci de votre attention!