Calcul de dose sur image avec fantôme

La dose est ensuite calculée sur les images du fantôme, puis les images du patient, avec le logiciel Pinnacle3 en utilisant un même plan sur chaque image. Comme l’indique la section1.2.2, la pres- cription était de 200 cGy par fraction au centroïde de la prostate pour une seule fraction. Les unités moniteurs calculés pour le traitement original de 200 cGy ont été conservés pour calculer la dose sur les autres images. Sept faisceaux répartis uniformément autour du patient sont utilisés pour ce traite- ment de radiothérapie conformationnelle. Les distributions de dose obtenues pour chaque image sont comparées par la suite à l’aide d’histogrammes dose-volume.

Les courbes de l’histogramme dose-volume de la figure2.13représentent la fraction du volume qui reçoit la dose correspondante sur l’axe horizontal pour le calcul de dose sur chaque image. Cette image en particulier montre le volume de la prostate irradié par différents niveaux de dose dans le cas où cette dernière s’est déplacée de 0,5 cm dans la direction supéro-inférieure entre l’image CT avec l’anatomie de référence et l’image CBCT. Les deux courbes de dose de l’image CT de contrôle et l’image CT recalée se superposent bien, tandis que la courbe pour le calcul de dose sur le CBCT avec la même anatomie est décalée vers les plus hautes doses. Ce décalage de 17 cGy sur la dose maximale sur l’image CBCT met en lumière la problématique du calcul de dose sur image CBCT. Premièrement, les densités électroniques sont différentes que sur l’image CT, ce qui fait varier les doses déposées et, deuxièmement, l’image CBCT a un champ de vue restreint, ce qui tronque les coins du fantôme cubique. Cet effet est plus important que le premier, car le manque de matériel à travers le parcours d’un ou de plusieurs faisceaux fait varier la profondeur de la cible de quelques centimètres et donc la dose qui y est déposée. Afin de bien représenter le déplacement de la distribution de dose ainsi que les différences des densités électroniques, la figure2.14affiche l’isodose de 95 % par rapport au contour de la prostate.

Il faut toutefois prendre en compte les causes qui pourraient venir affecter les résultats qui se dégagent de ces histogrammes dose-volume. Par exemple, le contour externe du fantôme est affecté par le reca- lage, puisque le champ de vue de l’image CBCT est réduit par rapport à celui de l’image CT. Ainsi, lorsque le fantôme cubique sur l’image CT est recalé sur un fantôme dont les coins sont tronqués sur l’image CBCT, cela produit une image de fantôme dont les coins sont un peu plus arrondis. Étant donné que le traitement qui est utilisé emploie plusieurs champs dont les incidences sont uniformé- ment distribuées autour du fantôme, il y a un impact sur la dose à la cible. En effet, les champs qui passent partiellement par ces coins déposent une plus grande dose à la prostate parce que la profon- deur de celle-ci dans le fantôme est artificiellement moins grande. De plus, le calcul de dose sur image CBCT n’est pas optimisé. En effet, l’image CBCT n’a pas la même courbe de calibration entre les nombres CT et les densités électroniques que l’image CT. Ainsi, puisque les densités électroniques de l’image CBCT ne sont pas les mêmes, les unités moniteurs de chaque faisceau, optimisées sur image CT, provoquent une erreur systématique sur la dose calculée sur l’image CBCT. Les erreurs de dose qui peuvent se produire peuvent aller jusqu’à 20 % près des hétérogénéités de haute densité, comme les os [81].

Les résultats sont différents pour un organe à risque situé près de la prostate comme le rectum. La figure2.15montre que les plus hautes doses au rectum dans l’image CT de contrôle sont plus simi- laires à celles du CBCT que celles de l’image CT recalée. Les erreurs sur la dose reçue par 10 % du volume du rectum est de 15 cGy pour l’image CT recalée par rapport à l’image de contrôle, tandis que l’erreur entre le calcul sur l’image CBCT et l’image de référence n’est que de 5 cGy. De l’autre côté, les courbes bleue et rouge se superposent mieux pour les faibles doses à partir de 15 cGy. En effet, la fraction du rectum recevant cette dose est de 45 % pour l’image recalée, soit une erreur de -2 %, tandis que cette fraction est de 57 % pour le calcul sur image CBCT, une erreur de 10 %. Ces

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Dose [cGy]

Volume normalisé

FIGURE2.13 – Histogramme dose-volume de la prostate pour un calcul de dose sur l’image CT de

contrôle (vérité), l’image CBCT avec anatomie déformée et l’image CT recalée pour une translation de la prostate de 0,5 cm

FIGURE2.14 – Illustration de la position du centre de la distribution de la dose calculée (trait bleu : isodose 95 %) par rapport à la prostate (contour rouge) sur l’image CT de contrôle (A), CBCT (B) et CT recalée (C).

différences de dose indiquent que la région du rectum recalé située près de la prostate est plus loin de cette dernière qu’il ne le devrait. En effet, parce qu’il s’agit d’un traitement de la prostate, on s’attend à retrouver les plus hautes doses près de celle-ci. Ainsi, l’explication la plus probable pourrait venir du mauvais positionnement du rectum par rapport à la prostate. Il ne peut effectivement pas s’agir d’un déplacement global de l’image, c’est-à-dire d’une translation de tous les organes, car il a été montré à la figure2.13que le positionnement de la prostate était bon. Une hypothèse sur la raison du mauvais recalage du rectum serait la mauvaise corrélation entre les densités électroniques dans cette région entre l’image CT et l’image CBCT. Comme il est montré à la figure1.1, il y a beaucoup d’artéfacts dans cette région, ce qui peut nuire à la bonne évaluation de la métrique d’information mutuelle lors du recalage et donc nuire à la déformation de l’organe.

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Dose [cGy]

Volume normalisé

FIGURE 2.15 – Histogramme dose-volume du rectum pour un calcul de dose sur l’image CT de contrôle (vérité), l’image CBCT avec anatomie déformée et l’image CT recalée pour une translation de la prostate de 0,5 cm

La figure 2.16 présente des courbes d’un histogramme dose-volume pour la prostate et le rectum, similaire aux figures précédentes. Le plan de traitement est calculé sur les mêmes images, à l’exception du fait que la prostate est déplacée de 1 cm dans la direction supéro-inférieure entre l’image CT de planification et le CBCT. Ce recalage influence les doses à la prostate sur l’image recalée en ce sens qu’elles sont systématiquement plus élevées que sur l’image CT de contrôle. Cette surestimation est toutefois plus faible que le calcul de dose sur l’image CBCT, mais il faut comprendre que les causes d’erreurs pour cette image sont les mêmes qui ont été expliquées plus haut. D’ailleurs, l’explication pour l’erreur systématique sur l’image CT recalée est presque la même, soit qu’il manque un peu de matériel sur le parcours des faisceaux. Lors du recalage, le contour externe du fantôme s’est déplacé légèrement vers l’intérieur, soit pour ressembler légèrement plus à l’image CBCT, où les coins sont moins visibles. Cela fait en sorte que le rendement des faisceaux est plus élevé à la position de la cible dans le fantôme recalé.

FIGURE2.16 – Histogramme dose-volume de la prostate (droite) et du rectum (gauche) pour un calcul de dose sur l’image CT de contrôle (vérité), l’image CBCT avec anatomie déformée et l’image CT recalée pour une translation de la prostate de 1 cm

À cette même figure, les courbes de gauche montrant les distributions de dose au rectum affichent un comportement similaire à ce qui a été observé à la figure 2.15 pour un décalage de la prostate de 0,5 cm. Pour les plus faibles doses, les courbes bleue et rouge se superposent jusqu’à 20 cGy. Pour les doses plus élevées que 20 cGy, le calcul de dose avec l’image CBCT donne les indices dosimétriques les plus similaires à l’image de référence, et ce jusqu’à une dose de 71 cGy. Au-delà, les deux techniques de calcul de dose sur image avec anatomie à jour induisent des erreurs similaires, supérieures pour l’image CBCT et inférieures pour l’image CT recalée.

Pour que le calcul de dose sur l’image CT recalée soit satisfaisant, le recalage déformable devrait donner une image similaire à l’image CT de contrôle. Pourtant, bien que ce fantôme soit une version simplifiée d’un patient en clinique, il est possible de voir que ce n’a pas parfaitement été le cas. Premièrement, l’image CT recalée de la figure1.2montre visuellement des différences entre l’image CT recalée et l’image CT avec l’anatomie déformée. Deuxièmement, bien que l’on puisse voir que la courbe de l’image CT recalée se superpose bien sur celle du CT de contrôle pour la prostate à la figure2.13, ce n’est pas toujours le cas pour le rectum. En effet, il y a de plus grandes différences pour les doses plus élevées à la figure2.15. Dans l’intervalle 50 ± 5 cGy, l’écart de dose entre l’image CT recalée et l’image CT de contrôle est de 11 ± 2 cGy dans le cas du rectum, tandis que l’écart n’est que de 1, 4 ± 0, 9 cGy dans l’intervalle de haute dose 200 ± 2 cGy pour la prostate.

On pose premièrement que ces doses élevées sont situées près de la prostate tandis que les doses moins élevées sont situées loin de celle-ci. C’est ainsi parce que la prostate est la cible et donc la technique de traitement forme des isodoses centrées autour de la prostate. Ainsi, bien que l’on ne puisse pas identifier la position des pixels qui constituent l’histogramme dose-volume, on voit dans les écarts des

courbes pour le rectum de la figure 2.15un petit effet de l’imperfection de la méthode de recalage déformable.

Puisque les courbes du CT recalé et du CT de référence se superposent presque parfaitement à la figure

2.13et que cela donne des indices dosimétriques similaires pour les deux calculs du plan de traitement, cela offre un indice qui permet de croire que la déformation autour de la prostate est satisfaisante. Par contre, la déformation est moins idéale lorsque l’on s’éloigne de la prostate. Les courbes de la figure

2.15 montrent que le rectum dans l’image recalée s’est déplacé, même dans les régions loin de la prostate où aucun recalage n’est nécessaire puisqu’aucune déformation physique du fantôme n’y a été effectuée. En effet, les seules déformations qui sont appliquées entre les images sont une translation de la prostate de 0,5 cm ou 1 cm. Donc, ce qui permet de croire qu’il y a des erreurs sur le recalage loin de la prostate est que les courbes du DVH ne se superposent pas parfaitement dans les faibles doses. On s’attendrait à obtenir une superposition parfaite puisqu’aucun recalage n’était nécessaire dans ces régions. Il s’agit d’erreurs introduites par l’algorithme de recalage déformable et que l’on peut s’attendre à obtenir avec cette méthode.

Toutefois, il faut comprendre que l’amplitude des erreurs visibles sur ces histogrammes est dépendante de la position des contours par rapport à celles de la région traitée. Par exemple, une erreur de recalage sur les contours de la prostate donnera un histogramme dose-volume similaire à celui attendu, puisque la cible est située dans un plateau de dose constante, où tous les voxels de l’image reçoivent presque tous la même dose. Une erreur sur le recalage, qui déformerait trop ou trop peu la prostate, ne serait pas visible sur l’histogramme, car tous les voxels recevraient toujours environ les mêmes doses. La courbe résultante se superposerait donc encore bien à celle de la prostate de l’image de référence. À l’inverse, les petites erreurs de recalage, comme celles qui sont survenues pour le rectum sont sujettes à changer significativement les indices dosimétriques parce que les voxels qui forment le volume se situent dans des régions de haut gradient de dose. Cela fait donc varier la forme des courbes plus fortement.