2.2 : Développement d’une méthode de radiothérapie adaptative mise en place à l’aide des

La radiothérapie adaptative est donc une méthode fonctionnant comme une boucle de rétroaction qui permet de surveiller, dans un dessein correctif si besoin est, que le patient est toujours conforme à sa planification de traitement. La méthode développée dans ce projet de recherche s’inscrit dans le cadre des stratégies hors-ligne, le but étant l’optimisation ou la replanification du plan de traitement par la détermination d’un seuil d’alerte relatif aux changements morphologiques des patients comme aux changements dosimétriques. Le défi est de reconnaître les changements morphologiques qui induisent un impact dosimétrique suffisant pour affecter le traitement et qui nécessitent une replanification complète, en fonction du site anatomique traité. La particularité de ce projet est d’utiliser les images de l’imageur portal (EPID) en relatif pour identifier et quantifier ces changements. Depuis l'avènement du dispositif d'imagerie portale électronique (EPID) en radiothérapie, les intérêts de ce système de détection ont montré son potentiel que ce soit pour le repositionnement, la dosimétrie de transit ou encore l’assurance qualité des traitements. Mais son utilisation principale reste la détection des erreurs du plan de traitement ou l’évaluation dosimétrique, que ce soit en 1D, 2D où 3D [22], [39], [111], plutôt que la surveillance des changements morphologiques d'un patient au fil du temps. Certains groupes ont néanmoins trouvé que la tendance des changements anatomiques peut être déduite des images EPID pour la dosimétrie de transit 2D [110]. C’est suivant cette logique, mais dans l’idée de développer une méthode de radiothérapie adaptative, que ce projet utilise les images de dose de sortie de l’EPID. Chaque jour, lorsque le patient vient recevoir une fraction de son traitement, l’imageur portal récupère

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le signal subséquemment à l’administration du faisceau de traitement. Comme il est situé derrière le patient, il détecte donc le reste du faisceau de radiation n’ayant pas interagi dans le patient ainsi que du signal diffusé ayant été créé. Or, les facteurs qui peuvent avoir une influence sur ce rayonnement d’une fraction à une autre sont les suivants : l’énergie des photons incidents, les photons diffusés en fonction des éléments autour (sol, mur, accessoire, électronique, patient), la distance patient-détecteur, l’épaisseur du patient et la taille du champ. Étant donné qu’en radiothérapie externe, l’assurance qualité ainsi que toutes les autres mesures de sécurité, comme celles pour le repositionnement, visent à rendre le traitement le plus identique possible d’une fraction à l’autre, le seul paramètre non reproductible est l’anatomie du patient. En prenant la ou les image(s) EPID de la première fraction comme référence, et en comparant chacune des suivantes avec celle-ci, les différences obtenues devraient donc refléter les différences ayant trait à l’anatomie des patients. De plus, comme il a été expliqué dans la partie 3, chaque site anatomique traité par radiothérapie externe est soumis à des problématiques qui lui sont propre. Il est donc important de les étudier séparément. Pour les trois sites suivant : la sphère ORL, les poumons et la prostate, le protocole mis en place est alors le suivant : Étape 1 : Constitution d’une banque de données de 50 patients par site anatomique qui comprend :

o Chaque image EPID par champ ou arc tout au long du traitement.

o Des CBCTs tout au long du traitement comprenant au moins la première séance et la dernière séance pour visualiser les changements anatomiques.

Pour avoir les données de 50 patients par site anatomique, 60 patients ont étés recruté pour faire face aux pertes de données possibles. Par exemple un patient pour lequel les CBCTs n’aurait pas été fait devra être exclu de l’étude.

Étape 2 : Analyse des images :

En utilisant l'analyse γ-index, il est possible d'obtenir un degré d'erreur par rapport à une fraction n au cours du traitement (Figure I.5) :

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Figure I.5: Exemple d’une analyse effectuée avec les images de dose de sortie : deux images de dose de sortie à gauche (la référence et une image prise à une fraction ultérieure) et la carte d’analyse γ au milieu. Images extraites du logiciel

portal dosimetry (Varian)

Pour chacun des 50 patients par site, les analyses γ sont effectuées avec les critères suivants : une tolérance en dose de 3 % et en distance de 3 mm. De plus, un seuil de 10 % du maximum pour enlever le bruit lié au rayonnement diffusé et hors champ est appliqué. Puis l’analyse permet d’extraire les différents paramètres suivants :

o γ >1 (%), le pourcentage de points qui sont supérieur à 1, soit hors tolérances

o γ moyen, qui est la valeur moyenne de tous les points qui sont au-dessus d’un seuil fixé par l’utilisateur (ici 10% du maximum)

o Top 1%, qui est la valeur moyenne des 1% des plus hautes valeurs de γ. Utiliser la valeur de γ maximale n’est pas possible, car elle pourrait correspondre à un pixel défectueux.

o SD, l’écart type des pixels de l’image. Étape 3 : détermination des seuils d’action :

Le véritable défi de la radiothérapie adaptative est de trouver à quel moment le patient n’est plus conforme à son plan de traitement initial, soit ici de trouver le degré de différence entre deux images qui correspond à un changement significatif pouvant bénéficier d’une replanification (Figure I.6). Pour cela, il faut déterminer quelles sont les valeurs seuils issus des paramètres extraits. Ces seuils seront

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mis en place en utilisant des outils statistiques et en s’appuyant sur les imageries anatomiques CBCTs prises tout au long du traitement.

Figure I.6: Différentes analyses gamma effectuées sur un même patient tout au long de son traitement.

Une question se pose ici, est-ce qu’un dépassement de seuil sur une fraction est suffisant pour déterminer une replanification ? Car, dans un contexte où cette méthode se veut être le moins possible fonction d’un intervenant, il ne faudrait pas surcharger la clinique avec un surplus de replanification non nécessaire. Un dépassement du seuil peut être induit par une erreur de l’accélérateur ou du détecteur. Or, comme il en a été discuté dans la partie « I.2.6 Erreurs et incertitudes liées au traitement », les seules erreurs qui se propagent d’une fraction à une autre, et qui ne viennent pas de la préparation du traitement, sont dues au patient ou à son positionnement. Donc en se fondant sur un dépassement reproduit sur un minimum de n fractions consécutives, comme le montre le schéma suivant, cela permet d’améliorer l’automatisation de la technique (Figure I.7).

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Figure I.7: Fonctionnement de la méthode proposée. Étape 4 : Automatisation du processus :

Dans l’intention de mettre en place une méthode de radiothérapie adaptative, il faut également envisager de rendre le processus automatique. Pour cela, la première étape a été de sortir du logiciel

Portal dosimetry pour l’analyse des images. Deux logiciels ont été développés sur python, le premier

permet d’extraire toutes les images EPID d’un patient et le deuxième de faire les analyses γ et d’en extraire les paramètres choisis. L’objectif final était de développer un logiciel capable d’extraire les images, de faire les analyses gamma et d’alerter le personnel concerné en cas d’un dépassement du seuil. Or, comme ils ne sont pas soumis aux mêmes problématiques, chaque site anatomique sera traité indépendamment des autres.