D ISPOSITIFS DE R ADIOCHIRURGIE

3.1G

K

Le principe du GammaKnife reste inchangé depuis l’introduction de son premier prototype en 1968 par Leksell. L’utilisation singulière des sources radioactives de 60

Co se distingue des autres dispositifs de Radiochirurgie dans la mesure où le faisceau thérapeutique provient de points multiples dont les positions sont fixes.

FIGURE 1.4 : De gauche à droite : Leksell et premier GammaKnife montage sur patient du casque collimateur, principe des collimateurs intégrés en faveur de l’abandon des casques de collimation additionnels (d’après Elekta Inc).

Les Gamma Knife modernes intègrent 201 sources de 60Co distribuées à la surface d’une demi-sphère. Chaque source est constituée de pastilles de 60

Co encapsulées dans un cylindre d’acier. Les configurations récentes de ce dispositif permettent la planification dosimétrique sur un modèle sphérique contrairement aux premières versions, qui imposaient une distribution discoïde du plan. L’ensemble des sources radioactives est aligné sur 5 anneaux de 35, 39, 39, 44, et 44 éléments. Les 201 faisceaux gammas issus des sources radioactives sont focalisés à l’aide d’un système additionnel de collimation composé d’un pré- collimateur en Tungstène et d’un collimateur stationnaire de Plomb, leur assurant convergence en un point unique. La taille et la forme finale du faisceau sont délimitées par l’un des quatre casques en Tungstène qui viennent achever la collimation, comportant des trous de diamètre possible de 4, 8 14 et 18 mm. Le traitement de lésions cérébrales par Gamma Knife nécessite, au préalable, la fixation à la tête du cadre de Leksell avec des vis percutanées. Du fait des interactions des rayonnements avec le cadre, le traitement intéresse des volumes cibles situés préférentiellement en profondeur. Le positionnement du patient sur

traitement. Sur ce principe, le patient est repositionné à chaque « tir » au cours du traitement, lorsqu’une technique multi-isocentrique est employée. La dose totale est obtenue par sommation des tirs successifs et constitue le plan balistique idéal prédéfini.

3.2C

K

Le CyberKnife est composé d’une section accélératrice miniaturisée de 6 MV, (gamme X de 104 MHz), montée sur un bras robotisé et d’une table de traitement à 6 degrés de liberté. A la différence des LINAC, et tout comme pour le dispositif de tomothérapie, le CyberKnife ne comporte pas de cône égalisateur à la sortie du faisceau. L’homogénéisation du champ de rayonnement de freinage produit dans la cible n’est donc pas réalisée. Ainsi pour ce type de dispositif, les procédures standards de qualité de métrologie, de type TPR20,10, ne peuvent s’appliquer pour interpoler des valeurs de coefficients d’étalonnage de détecteurs. Les tailles de champs disponibles sont définies par 2 systèmes de collimation. Soit par un jeu de collimateurs de 5 à 60 mm de diamètre, soit par un collimateur à iris variable représenté en figure 1.5. Le faisceau est délivré au sein d’un espace discrétisé en nœuds, qui correspondent aux positions possibles du bras robotisé. Un traitement classique comprend 110 nœuds distribués uniformément sur une demi-sphère centrée sur le site de traitement. Le mouvement du bras est restreint aux nœuds. Il est ainsi possible d’utiliser 5000 angles différents d’incidences de faisceaux, non coplanaires et non isocentriques : Un traitement de radiochirurgie stéréotaxique par Cyberknife est réalisé en moins d’une heure.

Un système de guidage par l’image, constitué d’une paire orthogonale d’imageurs RX, permet une localisation précise de la cible. La localisation de la cible est réalisée grâce à la série d’images axiales tomodensitométriques qui servent de référence à la détermination d’images radiographiques reconstruites digitalement (DRR) par la paire d’imageurs. Le système de guidage par l’image suit la position du patient en continu dans l’espace de coordonnées de la salle de traitement, en corrigeant les offsets translationnels et rotationnels: ces coordonnées sont transmises au bras robotisé qui ajuste si nécessaire le point focal du faisceau de l’accélérateur en maintenant l’alignement avec la cible avec une précision constructeur affichée de 1 mm.

FIGURE 1.5: De gauche à droite : Appareil CyberKnifeTM, représentation schématique du collimateur IRIS à ouverture variable, (d’après Accuray Inc).

3.3T

La tomothérapie hélicoïdale consiste en un système dédié de RCMI rotationnelle réalisé par combinaison de rotation continue du faisceau d’intensité modulée et de mouvements de translation de la table de traitement. La translation de la table peut être réalisée de façon concomitante ou à distance des tirs du faisceau, distinguant la tomothérapie séquentielle de la tomothérapie hélicoïdale de plus en plus développée.

L’appareil de tomothérapie conjugue l’utilisation d’un accélérateur 6 MV miniaturisé avec modulation d’intensité et un scanner pour le repérage morphologique des organes internes. Le dispositif est embarqué sur l’anneau d’un scanner, ce qui permet au faisceau de définir une rotation isocentrique d’amplitude de 360 °. La collimation du faisceau n’est pas réalisée par un MLC conventionnel mais par collimateur dédié au dispositif également fixé sur le bras et comprenant 2 séries de lames entrelacées se déplaçant rapidement dans et en dehors du faisceau collimaté en un éventail étroit. De ce fait, la tomothérapie hélicoïdale utilise tous les angles de faisceaux coplanaires. Les variations d’intensité des petits faisceaux individuels (beamlets) ne sont plus assujetties aux limites mécaniques des collimateurs binaires utilisés en technique séquentielle. Il est ainsi possible d’utiliser des faisceaux fortement modulés et d’obtenir une meilleure conformation qu’en utilisant des faisceaux coniques fixes. La table de traitement est introduite dans l’anneau à vitesse constante d’après la valeur du pitch, de telle façon que le faisceau soit délivré selon une géométrie hélicoïdale autour du volume cible, selon la période de rotation de l’anneau. Le traitement permet ainsi de réaliser la RCMI en 3D. La tomothérapie permet d’obtenir des coupes tomodensitométriques MV de l’anatomie du patient à chaque étape précédant, pendant ou suivant la délivrance du traitement. Les images MVCT sont acquises à l’aide d’une matrice de 738 chambres d’ionisation de xenon diamétralement opposées à la section accélératrice et permettent

d’ajuster le plan balistique d’une fraction à l’autre pour optimiser la conformationnalité du traitement.

3.4.V

SBRT(S

B

R

T

)

Le dispositif Vero, introduit par les constructeurs BrainLab et Mitsuibishi en 2010, permet de réaliser une radiothérapie stéréotaxique du corps entier guidée par l’image et réunit toutes les avancées technologiques de radiothérapie combinant RCMI, IGRT, et tracking du volume cible en temps réel. Ce dispositif offre la possibilité de délinéer dynamiquement le faisceau afin d’aborder la tumeur par chaque angle pendant que le dispositif effectue une rotation autour du patient. Conçu comme machine à part entière, et non comme l’adaptation de techniques déjà existantes, ce dispositif est doté d’un nouveau type de section accélératrice de 6 MV avec MLC embarqué sur un anneau torique. Un mécanisme de cardans orthogonaux soutient le bloc LINAC/MLC, ce qui permet d’effectuer des mouvements rapides de translation et d’inclinaison du faisceau thérapeutique et donc de traiter des volumes cibles dynamiques en temps réel. Le système Vero SBRT permet de réaliser l’arcthérapie avec modulation d’intensité. La vérification par l’image est assurée grâce à un système de détecteurs RX embarqué permettant d’effectuer kV CT, MV CT et radioscopie pour une évaluation 3D en temps réel de la position du volume cible. Une matrice de détection dans l’axe du faisceau et distale au patient permet de réaliser une reconstruction de type cone beam CT MV à partir du faisceau pendant le traitement, un ciblage en temps réel de marqueurs implantés et de la dosimétrie in-vivo à partir de mesures de transmission. La position du patient est contrôlée en permanence par infrarouge et les paramètres d’une table robotisée à 6 degrés de liberté (3 translations, 3 rotations) sont ajustés si nécessaire en temps réel.

3.5A

Les accélérateurs linéaires utilisés en Radiochirurgie empruntent leur modus operandi à ceux utilisés en radiothérapie. Ainsi, les procédures d’utilisation de ces dispositifs ont été modifiées afin de répondre aux exigences en matière de collimation du faisceau et de positionnement du patient. Du fait des doses importantes, les contraintes de précision et de stabilité mécaniques imposés à l’accélérateur linéaire isocentrique sont plus strictes que celles rencontrées en radiothérapie.