Vers la dose délivrée

Un double calcul a pour but de valider la dose provisoire calculée par le TPS. Par contre, à cause des incertitudes de positionnement journalier du patient, les mouvements internes et externes du patient, les changements systématiques de l’anatomie du patient en cours de traitement (amaigrissement par exemple), les erreurs au niveau de la machine, … la dose effectivement délivrée au patient peut largement différer de la dose planifiée. La méthode d’estimation de la dose délivrée dépend largement de l’information disponible pendant le traitement. Pour les traitements sur des machines conventionnelles, l’imageur portal est de plus en plus utilisé pour reconstruire la dose « in- vivo ». Pour la Tomothérapie et Cyberknife il faut par contre d’autres méthodes.

1.2.1 La dose délivrée par séance au Cyberknife

Le Cyberknife utilise un système d’imagerie (deux tubes à rayons X montés au plafond, et deux détecteurs intégrés dans le sol) pour suivre les mouvements du patient avec plusieurs systèmes d’asservissement (« tracking »). Pour les géométries rigides (le crâne par exemple) on peut considérer que la dose planifiée sera une bonne estimation de la dose délivrée. Par contre, dans le thorax, les mouvements sont corrélés avec la respiration du patient (poumons, foie, reins, …). Pour ces traitements, il y a le système SynchronyTM (décrit au Chapitre 1). Le robot va « respirer » avec le patient et, par définition, les positions utilisées pendant le traitement ne seront pas celles planifiées dans le plan de traitement. Ces positions sont sauvegardées dans des fichiers logs avec une résolution de 20 ms. Les positions des fiduciels internes et des marqueurs externes sont sauvegardées aussi. Le seul inconvénient est qu’il n’y a pour l’instant pas d’imagerie 4D (pas même 3D) disponible pendant le traitement. On est alors obligé de partir des images 4D CT de simulation (les images utilisées pendant la planification du traitement).

Afin de reconstruire la dose délivrée [32][33][34][35], on peut partir du fichier log qui contient les positions du robot. Si on sélectionne une position dans ce fichier, le temps est utilisé pour chercher la position des marqueurs correspondante. Cette position est utilisée pour estimer la phase respiratoire, et ainsi le CT correspondant pour lancer le calcul Monte Carlo du faisceau. La distribution de dose obtenue est alors projetée sur le scan 3D (le scan de planification) en utilisant des vecteurs de déformation entre les deux scans (calculés avec ITK/Elastix [45][46]). On peut ainsi cumuler la dose de tous les faisceaux présents dans le fichier log. La résolution temporelle peut être augmentée par rapport à la résolution du scan 4D (5 ou 10 phases par cycle respiratoire) en interpolant la géométrie entre les phases (en utilisant de nouveau des vecteurs de déformation). En pratique par contre, cette méthode ne serait pas du tout efficace en temps de calcul. Alors on part plutôt de la géométrie. La résolution dans le temps va déterminer combien de géométries on va considérer (par interpolation entre les phases si besoin). Et puis, pour chaque géométrie on va utiliser le temps dans les fichiers logs pour déterminer les faisceaux qui étaient « actifs » (on prépare un RTPlan qui est spécifique pour chaque phase respiratoire considérée). Puis, le nombre de calculs Monte Carlo à effectuer est déterminé par le nombre de géométries considérées. Cette méthode est appliquée « manuellement » dans le cadre de la thèse de Marie Charoy, et décrit dans le deuxième article introduit dans ce chapitre (thèse finalisée en juin 2014). La méthode est maintenant automatisée dans Moderato. Dès le moment qu’il y a des fichiers 4D CT et des fichiers logs détectés pendant l’import du dossier, Moderato va automatiquement déterminer la dose délivrée et la comparer avec la dose planifiée.

1.2.2 La dose délivrée par séance en Tomothérapie

Il n’y pas de fichiers logs disponibles pendant les traitements de Tomothérapie. Le MVCT est utilisé pour reconstruire le sinogramme effectivement délivré. Ceci ne concerne que la position des lames. Les autres paramètres comme l’angle du bras ou la position de la table ne sont pas sauvegardés. Par contre, il y a dans le sinogramme l’information concernant la synchronisation du MLC avec la table et le bras.

Pour reconstruire la géométrie du patient nous pouvons utiliser les images MVCT du jour, prises juste avant le traitement. D’un coté, cela donne plus d’information que sur le Cyberknife, où il n’y a pas

d’information 3D disponible. De l’autre, il n’y pas d’information du tout pendant l’irradiation, et les mouvements du patient pendant le traitement ne sont pas connus. Le calcul de la dose délivrée est plus simple, car il faut juste appliquer le sinogramme reconstruit sur le MVCT du jour. La seule difficulté (plutôt informatique) est qu’il faut compléter le scan MVCT avec des coupes du kVCT, parce qu’on ne scanne jamais le volume en entier.

1.2.3 L’accumulation de la dose de toutes les séances

Pour toutes les modalités de traitement, une fois qu’on a déterminé la dose délivrée pour chaque séance, il reste encore à accumuler la dose totale du traitement. Pour le Cyberknife, par manque d’information 3D, ça revient à sommer les doses reconstruites pour chaque séance sur le CT de simulation. Pour la Tomothérapie, où il y a un scan 3D de chaque séance, il faut déformer le MVCT sur le kVCT et propager la dose sur le kVCT avant de faire la sommation. En théorie, il n’y a pas vraiment de difficultés. En réalité, par contre, il y a le problème que pour certaines déformations du patient, la masse des tissus n’est pas toujours conservée. Lors de périodes d’amaigrissement par exemple, des voxels vont disparaître. Pendant les traitements ORL, les parotides changent en volume, en masse et en densité, et il devient quasi-impossible d’accumuler correctement la dose dans les voxels. C’est aussi vrai dans le cas où la cible diminue de masse (et de volume) d’une séance à l’autre ou par rapport au scan de planification (le kVCT). Par définition, une déformation est basée sur une conservation de la masse.

Dans ce cas la quantité « dose » n’a plus de sens et la question devient très fondamentale : est-ce qu’il ne faut pas définir une autre quantité, plus liée à la biologie des tissus ? Pour les parotides pendant les traitements ORL, on pourrait envisager de suivre le pourcentage de volume qui reçoit une dose maximale, ce qui est considéré comme biologiquement important. On pourrait aussi suivre la dose moyenne de ces structures, car elles sont considérées comme des organes parallèles. Mais on sent tout de suite qu’on ne peut pas généraliser et qu’il faut presque chercher une solution spécifique pour chaque organe.

1.2.4 Les articles

Le premier article donne la description de Moderato comme système de double calcul de la dose planifiée et délivrée. L’accent est mis dans cet article sur la façon dont le système est introduit et utilisé en routine, sans ajouter plus de travail à ceux qui préparent les plans de traitements.

Le deuxième article offre le résumé de la thèse de Marie Charoy : l’évaluation de la précision du système d’asservissement « Synchrony tracking » pour les traitements du foie. Le but initial de sa thèse était de déterminer l’impact des rotations et des déformations pendant ces traitements. Le système Synchrony ne considère que les translations du barycentre des fiduciels implantés dans le foie. Les rotations et déformations ne sont pas prises en compte.