1. Introduction et contexte de l’étude
1.4. Positionnement par rapport aux méthodes existantes
Le centre Oscar Lambret (COL) a pour ligne stratégique depuis quelques années le développement de la radiothérapie basée sur l’IRM, notamment sur la base des travaux de Pasquier et al [32] dans le cadre du traitement de la prostate. L’acquisition d’une IRM
partagée entre le service d’imagerie et le service de radiothérapie (50%) est en cours de processus, afin de pouvoir positionner le patient en position de traitement sur l’IRM, et
Introduction et contexte de l’étude d’acquérir des séquences particulières comme les séquences UTE et les séquences à temps d’écho nul (ZTE). La décision d’installer une machine de traitement couplée à une IRM dans un avenir proche a notamment été prononcée. L’équipe de radiothérapeutes et de physiciens médicaux a également répondu à plusieurs appels à projet concernant le suivi des patients après traitement et impliquant des mesures de suivi d’efficacité et de toxicité du traitement sur IRM. La radiothérapie basée sur l’IRM est donc un projet en cours d’élaboration au sein du COL.
Les lésions cérébrales et les tumeurs tête et cou traitées par radiothérapie représentent au total 465 patients traités au COL en 2014, soit 16% des traitements par radiothérapie de l’année, ce chiffre étant constant sur les 3 dernières années. La localisation du crâne a ainsi été justifiée comme base de réflexion selon cette motivation. De plus, elle offre une anatomie présentant tout type de densité et avec des interfaces entre l’os et l’air, permettant ainsi de tester l’efficacité des méthodes de génération de pseudo-CT
développées dans des zones complexes. Une IRM protocolaire est réalisée dans une majorité des cas pour ces indications, au sein du département d’imagerie médicale du COL. Cependant, aucune disposition particulière n’est actuellement considérée en vue d’un traitement par radiothérapie, notamment aucune contention n’est mise en place lors de l’examen IRM et le patient n’est pas placé en position de traitement. Ce protocole évoluera néanmoins lors de l’installation prochaine du scanner IRM dédié radiothérapie (50%) avec l’utilisation d’une table plate, de contentions et d’antennes adaptées, et de laser externes de positionnement.
Ces indications sont traitées majoritairement sur deux types de machines reposant sur une technologie avancée, le Cyberknife™ et la Tomotherapy™ du constructeur Accuray (Accuray, Inc., Sunnyvale, CA).
Figure 1-5 : L’accélérateur Cyberknife dédié à la stéréotaxie/IGRT (à gauche), et la Tomotherapy dédiée à l’IMRT/IGRT (à droite).
Le Cyberknife est une machine dédiée à la stéréotaxie guidée par l’image, où le traitement est constitué d’un nombre élevé (supérieur à 100) de faisceaux de faible diamètre (de 5 mm
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dans le temps (quelques secondes). La Tomotherapy est une machine dédiée à l’IMRT et à la radiothérapie guidée par l’image (IGRT), comprenant un anneau circulaire où un accélérateur linéaire compact et un collimateur multi-lames (MLC) binaire tournent autour du patient le long de cet anneau pendant que la table de traitement avance dans le tunnel. Le positionnement du patient est vérifié par tomographie réalisée à l’aide de l’accélérateur linéaire et d’un détecteur couplé. Les cibles tumorales sont de taille généralement plus grande que les cibles traitées au Cyberknife, et ces deux machines sont complémentaires sur ces localisations.
Dans ce cadre, l’objectif général de la thèse est le développement de méthodes de génération de pseudo-CT à partir d’images RM, et l’estimation de la précision de ces méthodes, notamment d’un point de vue dosimétrique, en utilisant les techniques de traitement actuelles impliquant le Cyberknife et la Tomotherapy, pour la localisation tête et cou.
Plus précisément, ce travail a été divisé en plusieurs parties et plusieurs approches de génération de pseudo-CT ont été élaborées. Dans le deuxième chapitre, le fonctionnement général des IRM, du CT, et des calculs de dose Monte Carlo sont présentés car ils constituent le socle des outils utilisés dans cette thèse. Les indicateurs de comparaison utilisés entre deux modélisations de l’image CT sont également décrits
Dans le troisième chapitre, une étude sur la possibilité de quantifier le contenu en hydrogène des tissus à partir de l’IRM, et d’effectuer un calcul de dose Monte Carlo uniquement à partir de ce contenu en hydrogène a été conduite. Pour cela, le coefficient d’atténuation massique et le pouvoir d’arrêt massique des éléments chimiques constitutifs du corps humain ont été étudiés au paragraphe 3.1, afin de mettre en valeur l’importance de l’hydrogène dans ces grandeurs. Puis une calibration stœchiométrique du scanner CT, présentée dans le début du paragraphe 3.2, a dans un premier temps été réalisée. L’indépendance du calcul de dose par rapport aux éléments chimiques autres que l’hydrogène a ensuite été testée dans la suite du paragraphe 3.2, dans l’étude publiée sous le titre « Monte Carlo calculation based on hydrogen composition of the tissue for MV photon radiotherapy ». Dans le paragraphe 3.3, une réflexion a été menée sur la quantification de l’hydrogène à partir de l’image RM, notamment par l’analyse des séquences UTE et ZTE.
Dans le quatrième chapitre, une méthode de génération de pseudo-CT par atlas basée sur une image RM d’écho de gradient a été conçue. Une quantification de la distorsion de cette séquence a dans un premier temps été réalisée dans le paragraphe 4.1. La méthode atlas est décrite dans l’étude publiée sous le titre « Dosimetric characterization of MRI-only treatment planning for brain tumors in atlas-based pseudo-CT », paragraphe 4.2. Notre méthode a ensuite été appliquée sur la base de séquence ZTE au paragraphe 4.3. Au paragraphe 4.4, une classification des tissus a été introduite en amont de notre méthode de génération de pseudo-CT, afin d’améliorer notre méthode dans sa globalité.
Introduction et contexte de l’étude Enfin, une conclusion générale sur l’état actuel du développement et de l’utilisation de ces méthodes au COL est donnée au paragraphe 5, ainsi que les contributions et les perspectives atteintes à la fin de cette thèse.
Imagerie clinique et outils