6.1.2 Présentation des accessoires...100 6.1.2.1 Le collimateur personnalisé...100 6.1.2.2 Le compensateur...100 6.1.2.3 Le modulateur...101 6.2 Présentation de l'ICPO...102 6.2.1 Historique...102 6.2.2 Présentation de la ligne de traitement...103 6.2.3 Partenariat avec DOSIsoft...104 6.2.3.1 Présentation de la société DOSIsoft...104 6.2.3.2 Objectifs du partenariat...104
Nous avons vu dans le chapitre 1 les grands concepts qui régissent la radiothérapie, les accessoires utilisés, la notion de TPS, etc. Dans le cadre d'une étroite collaboration entre l'ICPO et la société DOSIsoft, les développements nécessaires à l'introduction des spécificités de la protonthérapie ont pu être réalisés, afin de permettre à l'ICPO d'utiliser un logiciel récent et moderne, répondant aux exigences du centre.
J'ai eu la chance de commencer ces travaux avant ma thèse et de les poursuivre et les mener à bien durant mes années de doctorat, rendant possible l'utilisation d'Isogray® en routine clinique à l'ICPO.
Dans cette partie du manuscrit, je présenterai les différents concepts propres à la protonthérapie, ainsi que l'ICPO, seul centre en France à réaliser des traitements intracrâniens à l'aide de protons, et référence mondiale de la protonthérapie. J'aborderai ensuite les détails du calcul du compensateur, l'un des accessoires spécifiques utilisés, suivi de la présentation de deux modèles de calcul de la dose délivrée au patient introduits dans le TPS. Enfin, je terminerai avec un bilan de l'utilisation actuelle en routine clinique ainsi que les futures évolutions engagées dans le cadre d'un projet conséquent de rénovation et modernisation de l'ICPO.
6.1 Présentation de la protonthérapie
6.1.1
Principes physiques
L'intérêt de l'utilisation de protons en radiothérapie provient du comportement de cette particule dans le corps des patients. En effet, elle possède plusieurs particularités (par rapport aux photons) :
1. La courbe de rendement en profondeur (voir figure 65), c'est-à-dire le dépôt d'énergie en
fonction de la profondeur d'eau traversée est très spécifique, il s'agit du pic de Bragg (du nom de son auteur, William Henry Bragg, Nobel de physique en 1915). L'avantage face aux photons est très simple, les protons déposent un minimum d'énergie en entrée, et un maximum en fin de parcours (le parcours étant défini comme la distance entre l'entrée et la chute finale du pic). De plus la chute d'énergie finale est très rapide (passage de 90 % à 10% de la dose déposée en environ 2mm), ce qui permet de protéger les organes qui sont situés après le faisceau de proton.
Présentation de la protonthérapie
2. Les pénombres latérales d'un faisceau de protons sont très faibles (de l'ordre de quelques
millimètres), permettant une irradiation très précise, et une meilleure conformation de la dose sur la cible du traitement.
Ces deux avantages, combinés et exploités grâce à des accessoires spécifiques, permettent d'obtenir une conformation de la dose très précise, une escalade de dose au niveau de la tumeur à traiter (impossible en utilisant des photons du fait du dépôt de dose en périphérie de la zone à traiter qui augmente avec la dose maximale délivrée). Un exemple de répartition de la dose est présenté sur la figure 66.
Nous pouvons voir très clairement sur cette figure la différence de répartition de la dose entre les protons (à gauche) et les photons (à droite). Pour une zone recevant une forte dose (couleurs chaudes sur la figure 66), le volume irradié à faible dose (couleurs froides) est bien
Figure 65: Rendements en profondeur de différentes particules utilisées pour le traitement de patients
Figure 66: Exemple de dosimétrie planifiée à l'aide de protons (à gauche) et de photons (à droite). Les couleurs froides représentent de
plus faible dans le cas des protons que dans celui des photons. Cette répartition s'explique par les faibles pénombres des faisceaux de protons.
6.1.2
Présentation des accessoires
6.1.2.1 Le collimateur personnalisé
Comme expliqué précédemment (§ 6.1.1), les pénombres latérales d'un faisceau de protons sont très faibles (de l'ordre de quelques millimètres), ce qui permet une conformation du faisceau de traitement très précise. En effet, là où l'on utilise un collimateur multi-lames (voir § 1.1.4) lorsque le faisceau délivre des photons, un collimateur personnalisé pour chaque faisceau de chaque patient est réalisé dans le cas des protons (figure 67).
Cette personnalisation est rendue possible grâce aux techniques de planification modernes, permettant une délinéation du volume cible très précise (utilisation de plusieurs modalités d'imagerie, IRM et CT par exemple, système de planification de traitement récent et ergonomique, etc.). Le collimateur est fabriqué en laiton (matière totalement imperméable aux protons), et la forme creusée correspond à une projection de la tumeur « vue du faisceau », réduite des éventuels organes à risque présents sur l'axe du faisceau.
6.1.2.2 Le compensateur
Alors que le collimateur permet d'exploiter la faible pénombre latérale des faisceaux de protons, le compensateur permet quant à lui de profiter de la faible pénombre distale. En effet, le parcours maximal d'un faisceau de protons dépend directement de l'énergie à laquelle il est généré. Si l'on considère une irradiation dans un milieu homogène (une cuve à eau par exemple), la distance de pénétration dans l'eau sera la même en tout point du faisceau. Le principe du compensateur est de rajouter une épaisseur de matière « freinant » le faisceau d'une certaine distance, sur une surface donnée, permettant ainsi d'adapter « l'arrêt des protons » à la forme de la tumeur. Un exemple de compensateur est présenté sur la figure 68.
Figure 67: Exemple de collimateur utilisé à l'ICPO
Présentation de la protonthérapie
6.1.2.3 Le modulateur
Les deux accessoires présentés dans les deux sections précédentes permettent d'exploiter chacune des pénombres des protons. Le modulateur, lui, permet de tirer avantage du rendement en profondeur des protons, c'est-à-dire le pic de Bragg. En effet, non seulement la chute distale des protons est très rapide, mais le dépôt maximal de la dose est également concentré sur une distance très faible. Le modulateur se présente sous la forme d'un disque dont les secteurs sont plus ou moins épais (figure 69). En faisant tourner le modulateur dans l'axe du faisceau, cela permet d'étaler le pic de Bragg, afin d'obtenir un plateau de dose maximale d'une certaine profondeur (figure 70). Ainsi, non seulement l'irradiation après la tumeur est minimale (grâce au compensateur), mais la dose déposée avant la tumeur cible est elle aussi réduite.
Figure 68: Exemple de compensateur utilisé à l'ICPO.
Figure 69: Exemple de modulateur utilisé à l'ICPO