Influence des paramètres balistiques

II.3.1.1 Influence de l’énergie

Le choix de l’énergie pour le traitement des tumeurs profondes est une question qui n’a pas de réponse faisant consensus quelque soit la technique de RCMI utilisée. Nous avons donc comparé les plans de traitement obtenus en VMAT avec des énergies de 6 MV (I=0,682) et de 18 MV (I=0,776) dans le cas du traitement de la prostate et des vésicules séminales.

II.3.1.1.1 Matériel et méthode

L’étude a porté sur cinq patients planifiés avec le TPS Pinnacle V9.0. La balistique utilisait un arc de 360° discrétisé tous les 4°. L’analyse a porté sur les distributions de dose générées et sur l’efficience du plan de traitement en termes de nombre d’UM et du temps nécessaires pour délivrer la dose. Des HDV moyens on été générés en faisant la moyenne des pourcentages de volume recevant une dose donnée (pas de 1 cGy).

II.3.1.1.2 Résultats

L’HDV moyen présenté figure 44 montre que les deux énergies fournissent des distributions de dose très similaires. L’écart relatif calculé sur la dose moyenne reçue par le PTV entre les deux énergies est de 0,2 %. L’écart relatif calculé sur les doses moyennes reçues par les parois rectale et vésicale est de 0,5 % et 1,6 % respectivement en faveur du 6 MV. L’écart relatif calculé sur les doses moyennes reçues par les têtes fémorales est de 2,2 % respectivement en faveur du 18 MV. Le volume « tissus sains » évalué ici correspond à l’ensemble des données anatomiques du patients acquises par l’imagerie tomographique moins le volume du PTV. Le pourcentage de volume de tissus sains recevant des doses de 0 à 50 Gy est toujours supérieur en 6 MV par rapport à celui obtenu en 18 MV. La dose moyenne reçue par les tissus sains est de 5,1 Gy en 6 MV et 4,8 Gy en 18 MV. Le nombre moyen d’UM nécessaires pour délivrer le traitement est de 467 UM en 6 MV contre 387 UM en 18 MV. L’écart relatif entre les UM nécessaires en 6 MV et ceux nécessaires en 18 MV varie en fonction du patient de 9 % à 29 % toujours en faveur du 18 MV.

Figure 44 : HDV moyens obtenus sur 5 patients traités pour un cancer de la prostate avec un faisceau de 6 MV (ligne discontinue) et de 18 MV (ligne continue).

II.3.1.1.3 Discussion et conclusion

En VMAT, nous avons montré que les deux énergies de traitement étudiées permettent d’obtenir des distributions de dose au volume cible et aux OAR en regard du champ de traitement très similaires. En RCMI par faisceaux stationnaires, de nombreux auteurs ont montré qu’en moyenne il n’y avait pas de différences entre des traitements utilisant des énergies comprises entre 6 MV et 18 MV sur la couverture du volume cible et l’épargne des

OAR situés en regard du volume cible 76-78. En VMAT peu d’auteurs ont investigué cette

question. Ost et al ont comparé les plans obtenus en utilisant des faisceaux de 18 MV par rapport à des faisceaux de 6MV dans le cas de traitement de la prostate en boost intégré en

RCMI S&S et VMAT 79. Pasler et al ont analysé les plans générés avec trois énergies

différentes, 6 MV, 10 MV et 15 MV, pour le traitement de cancer de la prostate avancé

(irradiation de la prostate et des aires ganglionnaires pelviennes) en RCMI S&S et VMAT 80.

Ces deux études n’ont pas mis en évidence d’avantage à utiliser préférentiellement une énergie par rapport à une autre.

Concernant les tissus sains, la dose reçue par le volume de tissus sains compris dans le champ d’acquisition est plus faible en 18 MV qu’en 6 MV. En dehors du champ de traitement, les doses sont dues à la fois aux photons diffusés et transmis au travers du système de collimation et aux neutrons essentiellement produits dans la tête de l’accélérateur. La dose due aux

photons est liée au nombre d’UM nécessaire pour délivrer le traitement 81 qui est de 9 % à 29

% plus élevée en 6 MV. La dose due aux neutrons et donc le risque associé sont nuls en 6 MV

et encore mal déterminés en 18 MV 82. En effet, plusieurs études menées par Kry montrent la

difficulté d’évaluer ces risques 81,82. Pour des points situés en dehors du champ de traitement,

ils ont montré des différences entre les doses mesurées et calculées par simulation Monte Carlo en moyenne de 14 % et 13 % pour des faisceaux de 6 MV et 18 MV respectivement.

Toutefois Kry et al ont montré que la différence de risque entre des traitements RCMI réalisés en 6 MV et 18 MV était de 6 % pour les organes situés en dehors du champ de traitement et cela en faveur du traitement en 6 MV et la différence était de 4 % pour les organes situés en regard du champ de traitement et cela en faveur du traitement en 18 MV. Le risque de cancers secondaires pour les organes en dehors du champ de traitement était estimé à 1,7 % et 1,8 % pour les traitements utilisant une énergie de 6 MV et 18 MV respectivement. En effet même si les faisceaux de haute énergie (supérieure à 10 MV) génèrent des doses en dehors du champ de traitement plus élevées que des faisceaux de plus faible énergie due à la contribution de neutrons plus importante, les traitements réalisés avec des faisceaux de haute énergie nécessitent moins d’UM. Ainsi Kry et al concluent que la dose intégrale et donc le risque de cancer secondaire sont comparables entre les différentes énergies possibles pour des traitements RCMI par faisceaux stationnaires.

II.3.1.2 Influence du nombre d’arc

Les plans VMAT peuvent être délivrés avec plusieurs arcs dont le nombre est fixé par l’opérateur. Nous avons mené une étude pour évaluer l’effet du nombre d’arcs, un ou deux arcs, sur la qualité des plans de traitement VMAT obtenus pour deux degrés de complexité. La qualité des plans était évaluée en termes de distribution des doses, d’efficience et de cohérence calcul-mesure.

II.3.1.2.1 Matériel et méthode

L’étude a porté sur deux cohortes de sept patients chacune correspondant à deux degrés de complexité : une première cohorte comprenant des patients traités pour un cancer de la prostate et une deuxième cohorte comprenant des patients traités pour un cancer de la sphère ORL traités avec trois niveaux de dose. Le logiciel de planification utilisé est Pinnacle v9.0 et l’accélérateur est un accélérateur Elekta type Synergy associé à un MLC type MLCi2. Les plans générés dans le cadre de l’étude utilisaient soit un arc unique de 360° délivré en sens horaire soit deux arcs coplanaires de 360° chacun délivré pour l’un en sens horaire et pour l’autre en sens antihoraire. Chaque arc avait un degré de discrétisation par le logiciel de planification de 4°. L’énergie des faisceaux était de 18 MV en prostate et de 6 MV en ORL. Les mesures des doses délivrées étaient réalisées avec la matrice de chambres d’ionisation, 2Darray Seven29 de PTW, insérée dans le fantôme octogonal spécifique Octavius. Chaque plan de traitement a été contrôlé dans deux plans : coronal et sagittal pour la prostate et coronal et oblique (plan à 45° entre les plans coronal et sagittal) pour l’ORL. Le test du « gamma index », implémenté dans le logiciel d’analyse Verisoft V4.1, a été utilisé afin d’évaluer la cohérence entre les distributions de dose calculées et celles mesurées.

II.3.1.2.2 Résultats

II.3.1.2.2.a Distribution de dose

La figure 45 montre que les plans VMAT générés avec un arc unique ou deux arcs fournissent des distributions de dose très similaires. L’écart relatif des doses moyennes reçues par les

PTV entre un plan utilisant un arc et un plan utilisant deux arcs est toujours inférieur à ± 1 %

pour les deux localisations. Pour les parotides, cet écart est de + 0,2 % en moyenne mais d’un

patient à l’autre ces écarts varient entre − 2,0 % et + 3,5 %. Sur la figure 46, l’écart entre les

deux types de plans semble être plus important pour les doses maximales reçues par la moelle, en faveur du plan utilisant deux arcs, et le tronc cérébral, en faveur du plan utilisant un arc.

Mais l’analyse patient par patient montre une grande dispersion des écarts relatifs de − 5,4 %

à + 6,4 % pour la moelle et de − 10,5 % à + 3,2 % pour le tronc cérébral. Le volume de paroi

rectale recevant au moins 76 Gy et le volume de paroi vésicale recevant au moins 80 Gy passent respectivement en moyenne de 5,4 % et 2,2 % avec un arc à 3,8 % et 1,0 % avec deux arcs. Mais cette diminution n’est pas systématique car pour 2 patients sur 7 le volume de paroi rectale recevant de 76 Gy augmente passant de 4,1 % à 4,2 % et de 6,2 % à 6,5 % entre un arc et deux arcs respectivement. Et pour 2 patients sur 7, le volume de paroi vésicale recevant de 80 Gy passe de 2,8 % à 3,6 % et de 0,8 % à 2,3 % entre un arc et deux arcs respectivement. La dose moyenne reçue par la paroi rectale est systématiquement diminuée avec un plan à

deux arcs, l’écart relatif est compris entre − 6,2 % à − 0,4 %.

Figure 45 : HDV moyens obtenus sur 7 patients traités pour un cancer de la prostate avec un seul arc de 360° (ligne discontinue) et deux arcs de 360° (ligne continue).

Figure 46 : HDV moyens obtenus sur 7 patients traités pour un cancer de la sphère ORL avec un seul arc de 360° (ligne discontinue) et deux arcs de 360° (ligne continue).

II.3.1.2.2.b Efficience des plans

Pour les plans utilisant deux arcs, le nombre moyen d’UM nécessaires pour délivrer le traitement augmente en moyenne de 17,4 % en prostate et de 8,1 % en ORL par rapport au plan utilisant un seul arc.

Pour un patient type, le temps de délivrance nécessaire avec un arc et deux arcs est de 136 s et 237 s respectivement en prostate et de 325 s et 409 s respectivement en ORL, soit une augmentation relative de 73 % et 26 % en prostate et ORL respectivement.

Le tableau 23 présente les caractéristiques de délivrance des plans VMAT. Nous observons que l’utilisation de deux arcs permet en moyenne de diminuer le déplacement des lames entre deux CP de 24 % en prostate et de 30 % en ORL.

Tableau 23 : Caractéristiques des champs de traitement en fonction du nombre d’arcs pour un patient type traité pour un cancer de la prostate et pour un patient type traité pour un cancer de la sphère ORL (SH = arc délivré en sens horaire ; SAH = arc délivré en sens antihoraire).

Ouverture entre lames opposées (mm) Aire×UM (mm²×UM) Débit dose (UM/min) Vitesse bras (°/s) Déplacement absolu des lames entre deux CP * (mm) m σσσσ ΣΣΣΣ m σσσσ m σσσσ m σσσσ m σσσσ 1 arc unique 25,36 18,95 880666 9785 7581 233 154 2,77 1,28 6,80 7,84 SH 21,72 16,17 420883 4676 4322 134 105 2,96 0,86 5,47 7,15 Prostate 2 arcs SAH 21,18 17,79 439598 4884 4183 173 124 3,52 1,91 4,92 6,28 1 arc unique 30 ,68 26,04 3898480 43316 34762 102 100 1,17 0,93 12,40 17,16 SH 28,42 25,14 2079965 23111 23123 95 86 1,87 0,84 9,21 11,28 ORL SIB 2 arcs SAH 14,91 21,06 1785504 19839 26559 80 92 1,78 0,79 8,02 9,60 * distance angulaire ente deux CP = 4°

II.3.1.2.2.c Qualité de la réalisation des plans

Le tableau 24 montre que les plans VMAT utilisant deux arcs donnent des résultats de cohérence calcul-mesure meilleurs que les plans VMAT utilisant un arc unique. L’amélioration de la cohérence calcul-mesure est faible en prostate avec un écart relatif de 1,2 % sur le nombre de points passant le test du gamma index. Mais cette amélioration est très importante en ORL avec un écart relatif de 18,2 % sur le nombre de points passant le test du gamma index.

Tableau 24 : Résultats de cohérence calcul-mesure en fonction du nombre d’arc. Valeurs moyennes obtenues sur 7 patients prostate et 7 patients ORL et pour deux plans d’acquisition.

Pourcentage Gamma Gamma Gamma

Test du « Gamma index » Critères : 3% (local) /3mm

Seuil d’analyse : isodose 30% points acceptés moyen médian maximal

1 arc 96,9 0,362 0,292 1,444 2 arcs 98,0 0,363 0,292 1,440 Prostate Ecart relatif (%) 1,2 0,1 -0,1 -0,3 1 arc 79,0 0,700 0,518 4,185 2 arcs 93,3 0,453 0,368 2,234 ORL SIB Ecart relatif (%) 18,2 -35,3 -28,8 -46,6 II.3.1.2.3 Discussion

Nous avons montré que l’augmentation du nombre d’arc impacte peu la distribution de la dose quelque soit la complexité du plan de traitement pour des plans générés avec un accélérateur type Synergy utilisant un MLCi2. L’augmentation du nombre d’arc entraine une dégradation de l’efficience des plans de traitement avec une augmentation du nombre d’UM de 17,4 % et 8,1 % et du temps de délivrance de 26 % et 74 % en prostate et en ORL respectivement. Nous avons montré que l’apport majeur de l’augmentation du nombre d’arcs est l’amélioration de la cohérence calcul mesure qui est très forte en ORL. Nos résultats sont en accord avec ceux de la littérature. Dans une étude menée par Verbakel et al, la technique VMAT utilisant deux arcs permet d’obtenir des plans avec une épargne des OAR au moins similaire et avec une meilleure homogénéité de la dose au volume cible par rapport aux plans

utilisant un arc 83. Des résultats similaires ont été reporté par Vanetti et al dans le cas de

cancer de la sphère ORL traitée à trois niveaux de dose 84 et par Clivio et al dans le cas de

cancer du canal anal traitée à deux niveaux de dose 85. Ainsi comme l’a souligné

Guckenberger et al, la question du nombre d’arcs nécessaire en VMAT est liée à la complexité du volume cible et les résultats sont dépendants des protocoles évalués et du

logiciel de planification utilisé 86. Concernant l’efficience des plans de traitement, Treutwein

et al ont montré que le nombre moyen d’UM passe de 553 UM à 708 UM pour des plans VMAT utilisant un arc unique et deux arcs respectivement dans le cas de traitement de cancer

de la prostate 87. Ils ont montré que pour ces cas les temps de délivrance étaient toujours

inférieurs à 135 s avec un arc unique alors qu’ils étaient toujours supérieurs à 190 s avec deux arcs. Dans l’étude menée par Feygelman et al, l’ouverture moyenne entre lames opposées est de 17,6 mm avec un seul arc et de 22,7 mm en moyenne avec deux arcs pour des plans obtenus avec Pinnacle et sur un objet test dont le volume cible est en forme de C et pour un

temps de délivrance total autorisé de 180 s 88. Pour ces plans, le pourcentage de points

acceptés au test du gamma index avec des critères d’agrément de 3 %/3 mm passe de 96,5 % avec un arc à 99,9 % avec deux arcs.

II.3.1.2.4 Conclusion

En conclusion, l’augmentation du nombre d’arcs, de un arc de 360° à deux arcs de 360°, améliore la qualité du plan de traitement essentiellement en termes de cohérence entre les doses calculées et mesurées. Cette amélioration est remarquable en particulier dans le cas de plans complexes type traitement de la sphère ORL en boost intégré à trois niveaux de dose.