D. Le TRM et la dosimétrie en Suisse romande

Actuellement, le TRM en radio-oncologie partage son travail entre le traitement, la simulation virtuelle, la dosimétrie et il est de plus en plus impliqué dans les processus de contrôle qualité. Dès les années 80-90, le TRM a disposé d’une responsabilité beaucoup plus accrue dans le domaine de la dosimétrie qui s’est fortement développé grâce à l’apparition du scanner, et à l’augmentation de la puissance des logiciels de calculs. Ceci a nécessité l’implication du TRM de manière plus intense dans le processus dosimétrique puisque les rôles du trinôme « médecin », « physicien », et « TRM », ont subi des transformations profondes de leur pratique et ont dû faire face à des réadaptions de leurs tâches quotidiennes.

Les TRM ont été formés progressivement à la dosimétrie et à d’autres tâches déléguées sur le

« tas ». Autrefois, les physiciens devaient réaliser les dosimétries sur papier faisant appel à des calculs physiques complexes. De nos jours, les logiciels dédiés permettent ces mêmes opérations de manière plus rapide et précise. Cela a permis l’implication progressive des TRM dans cette discipline et a conduit à leur formation sur le « tas » par les physiciens, qui eux, sont préoccupés par d’autres types de tâches comme la réalisation des dosimétries stéréotaxique qui était inexistante dans les années 80, et uniquement de l’essor du physicien actuellement en raison de sa très grande complexité. La dosimétrie stéréotaxique serait selon des TRM, une des prochaines tâches confiées aux TRM dans les années à venir (communication personnelle, 1 mars 2016).

En effet, ces développements ont changé le rôle et la responsabilité des TRM qui doivent pour ce faire, apprendre à intégrer des rôles et des responsabilités complètement nouvelles. C’est pourquoi, en suisse romande la nécessité de mettre sur pied une formation post-graduée s’est avérée essentielle. La formation CAS en Dosimétrie post grade de 10 crédits ECTS est destinée en priorité aux TRM diplômés qui travaillent au sein de département de radio oncologie. Elle vise à développer des connaissances et des compétences nouvelles dans le domaine de la dosimétrie en radio-oncologie grâce à l’apprentissage de techniques, de technologies spécifiques en référence aux cadres théoriques de la dosimétrie en radio-oncologie. Plus spécifiquement, elle vise à développer les compétences d’expertise nécessaires afin de mener à bien les tâches avancées, assurées au niveau de la dosimétrie en

16 radio-oncologie ainsi que le contrôle qualité, telles que présentées dans le descriptif. Cette formation répond à une demande bien spécifique, celle qui vise à former des TRM experts en dosimétrie. Ces derniers se doivent d’être capables, sous la responsabilité d’un physicien médical et d’un médecin radiooncologue, de mettre en place la planification avancée et le contrôle de qualité en radiothérapie externe, d’assurer la mesure et le contrôle de qualité des appareils de traitement, la radioprotection des patients et du personnel ainsi que la maintenance légère et la gestion informatique simple. Cette formation faisant intervenir les participants avec leurs diverses expériences, repose sur un enseignement dit interactif articulant la théorie et la pratique.

Ainsi, elle correspond aux besoins des TRM en radio oncologie et aux exigences de la formation pratique HES-SO. La nécessité de mettre sur pied une formation post graduée s’est faite ressentir suite aux échanges réguliers avec les différents centres de radio-oncologie, institutions associatives « ASTRM⁴» et les TRM. Les intérêts exprimés par ces différents protagonistes ont pu démontrer le bienfondé de cette demande.

4ASTRM - l’Association Suisse des Techniciens en Radiologie Médicale

17 III. 2. ÉVOLUTION DE LA RADIOTHERAPIE ET DE LA DOSIMETRIE AUX HUG Avant même d’étudier la technique de dosimétrie en 3D conformationnelle, il me paraît tout d’abord pertinent de la situer dans l’histoire de la radiothérapie. C’est pourquoi dans ce chapitre je propose une petite étude historique qui permettra de se rendre compte de la jeunesse et de l’évolution rapide de cette discipline au sein du service de radio-oncologie des HUG, ainsi que de l’implication des TRM.

III. 2. A. Bombe au Cobalt et la dosimétrie simple sous machine

C’est en 1968, que le service de radiothérapie des HUG a ouvert ses portes pour la première fois avec l’acquisition de la machine de traitement de radiothérapie externe appelé « bombe au cobalt » (Figure 1) qui faisait usage d’une source radioactive gamma de Cobalt 60.

Statif

Figure 1 : Première bombe au Cobalt 60 dans les années 60.

Tiré de : Bouquet, 2008

Figure 2 : Gammagraphie d’un crâne sous bombe au Cobalt

Tiré de : Barada, 2016 Des dosimétries simples sous machine de traitement ont été

longtemps réalisées au service de radiothérapie des HUG, par les médecins et physiciens. Le repérage se faisait à l’œil, selon le contour externe physique du patient, à la palpation, ou selon les repérages osseux par gammagraphie (Figure 2) ou radiographie que l’on effectuait avec la source de traitement directement (haut voltage (1.3 MV)). Le calcul de la dose et la détermination de la balistique se faisait sur la gammagraphie directement, et des calculs complexes sur papier étaient effectués.

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III.2.B. Accélérateur linéaire et la dosimétrie 2D conformationnelle

Peu de temps après, est venu un premier accélérateur linéaire (Figure 3). Faisant usage de Rayon X de haute énergie (Méga Volt).

Initialement, des simulateurs classiques (Figure 4) étaient conçus pour la réalisation des centrages sur ces types de machine. Les médecins devaient alors se fier plus à leurs intuitions et à des calculs basiques pour déterminer les doses. En regard des dosimétries simples, les dosimétries 2D conformationnelles offraient une précision supplémentaire. La définition des volumes tumoraux se faisait grâce à réalisation de deux clichés radiologiques orthogonaux (Figure 5) de bas kilovoltage (un antérieur et un latéral) obtenue par le simulateur classique.

La dose se calculait également à partir de ces deux clichés (Cardot-Marin & Gateau, XX, p.5) La réalisation de la planification de dosimétrie effectuée par les TRM sur les simulateurs classiques sera expliquée dans la page suivante.

Figure 3 : Premier accélérateur linéaire « Saturne I » Image tirée de : Barret, 2010

Table de traitement

Structure Bras Collimateur

19 Réalisation d’un centrage et de la dosimétrie à partir d’un simulateur classique

Une fois le patient installé par le TRM en position de traitement sur la table du simulateur classique, il trace à l’aide du conformateur (1), qui est adjoint à l’appareil de simulation, les contours externes du patient sur le plan axial ou sagittal (2). Le conformateur est composé d’un plateau métallique rigide mobile autour d’un axe vertical permettant son orientation dans un plan parallèle au contour à tracer. Une tige métallique rigide porte à son extrémité inférieure une bille (3) de petite dimension devant être placée au contact de la peau du patient, et se déplacer selon le contour externe de la zone à traiter. Au côté opposé de cette tige métallique existe un système d’impression (le plus souvent un crayon gris) qui dessine sur une feuille papier fixée sur le support métallique les mouvements effectués par la bille (contour externe). Une fois le contour externe tracé, le TRM prend des mesures sur le patient comme par exemple, la distance entre la table et les points de tatou, et la distance source patient.

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III.2.C. Les techniques de radiothérapie actuelles et les dosimétries associées

Depuis l’apparition du scanner dosimétrique, d’autres techniques ont permis une plus grande précision sur les traitements et par conséquent une toxicité plus faible sur les organes à risques améliorant la qualité de vie des patients en rémission (Cardot-Marin & Gateau, XX, p.5) Parmi les techniques de radiothérapie conformationnelle, nous distinguons aux HUG, la radiothérapie conformationnelle d’intensité non modulée statique et la radiothérapie conformationnelle d’intensité modulée statique ou dynamique (IMRT statique ou dynamique (VMAT)). Ces techniques de délivrance de radiothérapie font appel à différents type de machines laissant place à une très grande précision de traitement liée aux techniques de dosimétrie ainsi qu’à l’évolution des imageries de guidage.

Nous étudierons dans ce chapitre chacune de ces techniques de radiothérapie conformationnelle, puis nous éluciderons également la « curiethérapie », qui est la technique dite de « bas kilovoltage », et nous passerons en revue les techniques particulières d’irradiation telles que le Total Body Irradiation (TBI), la stéréotaxie, et la radiothérapie per-opératoire (irradiation pendant l’opération).

Sur la base de ce contour externe (sur papier) et des clichés orthogonaux réalisés à l’aide du simulateur classique, tous deux effectués par les TRM, les médecins effectuent des calculs et traces à main levée sur papier quadrillé la zone à traiter, et le physicien par la suite procède au calcul des doses fixées par le médecin à différent endroits

Figure 5 : Cliché de profil du Crâne obtenue à l’aide d’un simulateur classique

Tirée de : Barada, 2016

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III.2.c.1 La radiothérapie externe

Selon l’institut national du cancer (2016) la radiothérapie externe consiste à diriger les rayons produits par une machine de traitement (source externe) vers la peau du patient pour détruire les cellules cancéreuses en bloquant leur capacité à se multiplier. Cette technique est dite

« transcutanée » puisque les rayons émis en faisceau sont ciblés sur la tumeur par une machine de traitement appelée accélérateur linéaire de particules.

Parmi les trois différents accélérateurs linéaires de particule existant aux HUG, deux sont de dernière génération, le Novalys Tx (Figure 6) et le True Beam (Figure 7). L’acquisition de ces nouvelles techniques a entrainé conjointement une modification et une complexification des techniques de dosimétrie dans le service.

Figure 6 : Machine de traitement –Novalys Tx Tirée de : Le Bihan, 2010

Figure 7 : Machine de traitement -TrueBeam Tirée de : Neurological Surgery, 2010 Le Novalys Tx, intègre en plus

un système d’imagerie RX indépendant ainsi qu’un système de guidage infrarouge.

(HUG, 2015)

Le TrueBeam, est un accélérateur linéaire de dernière génération développé pour la radiothérapie et radiochirurgie stéréotaxique. Elle offre plusieurs techniques de radiothérapie comme SBRT, SRS, VMAT et Gated Rapidarc. Cet accélérateur linéaire est équipé d’un système d’imagerie embarqué, permettant de réaliser des clichés de positionnement avant et pendant le traitement. (HUG, 2015)

22 réalité (dépendante à l’algorithme utilisé) avec pour objectif une conformation de la dose à la tumeur tout en limitant la dose aux tissus avoisinants (Cardot-Marin & Gateau, XX, p.5).

Cette technique qui caractérise le cœur de cette recherche sera étudiée plus amplement dans le chapitre III.3 (p.31).

5 Le premier scanner médical a été mis au point en 1972 par le chercheur britannique Godfrey Newblold Hounsfield. (Vautherot, 2009)

GTV = Tumeur macroscopique

CTV = Tumeur macroscopique + extensions cellulaires susceptibles d’être envahies.

ITV = CTV + marges en fonction de la mobilité de la cible.

PTV = CTV ou ITV (si utilisé) + marge de sécurité liée aux incertitudes de repositionnement et des faisceaux en bordure de champs.

OAR = contour des organes à risques dont on veut connaitre la dose reçue

Figure 8 : Les différents contours des volumes en radiothérapie

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La radiothérapie conformation par modulation d’intensité statique (RCMI ou IMRT

« Statique ») :

L’inverse traitement planning, tel qu’expliqué dans les cours de Monsieur Barada, M⁷, est une technique de dosimétrie qui fonctionne par modulation d’intensité utilisant un système de planification « inversé ». Elle se caractérise par la variation de plusieurs facteurs durant le traitement notamment :

-Le mouvement des lames du MLC, -La vitesse des lames,

-Le débit de dose

Ainsi, on obtient volontairement une fluence inhomogène dans le champ de traitement.

Cette technique utilise généralement des faisceaux de nombre impair (5 à 7 faisceaux, en moyenne) ce qui rallonge le temps de la fraction par rapport à un traitement en 3D conformationnel. Mais puisqu’elle permet de multiplier les points d'entrée, la dose se trouve de ce fait plus conforme et mieux répartie dans le volume à traiter.

6 IMRT : Inverse traitement planning

7 Chargé de cours en radio-oncologie à la Haute École de Santé de Genève

Figure 9 : IMRT statique : Bras fixe, MLC mobile Tiré de : Centre de cancérologie de L ‘UPMC Whitefield

BRAS

MLC

24 Néanmoins, des mouvements intra-fractions ou inter-fractions peuvent vite engendrer un sous ou sur dosage dans le PTV et/ou un surdosage aux organes à risque. Afin de limiter les mouvements entre les séances, sont effectué des contrôles radiographiques du positionnement avant la délivrance quotidienne de la dose. Ces contrôles peuvent être effectués par le système OBI, permettant d’obtenir des images (kV-kV), ou par le CBCT (Cone Beam Computed Tomography).

Ces imageries de guidage sont matchées avec les images de référence (une antérieure et une latérale) déterminées par les TRM lors de la phase de dosimétrie. De plus, il est possible de mettre en place des vecteurs sur l’organe à traiter pour faciliter le recalage des images (exemple : grains d'or sur prostate).

Par ailleurs, cette technique s’utilise également pour le traitement des zones mobiles.

Toutefois, il existe deux problématiques (Cardot-Marin & Gateau, XX, p.7):

- la gestion des hétérogénéités liées à la présence d’air dans le poumon (qui nécessite des algorithmes adaptés, comme les algorithmes Acuros et Monte Carlo)

- le repositionnement, le CBCT étant impossible à faire en apnée (temps d’un CBCT 1 min)

En dosimétrie, les TRM proposent des plans de traitement en tenant compte des contraintes de dose exigées par le radiothérapeute. Ces contraintes de dose sont déterminées par les recommandations Internationales ICRU 83⁸ (International Commission on Radiation Units &

Measurements), mais peuvent être réajustées selon la situation à la demande du médecin (ICRU, 2016).Les TRM dosimétristes sont en mesure d’effectuer ces dosimétries sous la responsabilité du physicien médical et en ayant eu au préalable une formation certifiante post graduée en dosimétrie.

8 Le rapport ICRU 83, fait suite aux rapports ICRU50 et ICRU62 concernant la prescription, l’enregistrement et le rapport de la thérapie par radiation ionisantes, et plus spécifiquement à la RCMI.

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La radiothérapie conformation par modulation d’intensité dynamique (RCMI ou IMRT «Dynamique» ou VMAT) :

L’Arcthérapie dynamique, ou le VMAT ; apparue à la fin des années 2000, est une évolution du RCMI statique, qui se différencie par la rotation du bras au cours de l’irradiation.

Ainsi, plusieurs paramètres évoluent pendant l’émission du rayonnement : - La rotation du bras

-La vitesse du bras

-Le mouvement des lames MLC -Le débit de dose

-La vitesse des lames

Ce mouvement du bras permet donc de démultiplier les points d’entrée, multipliant ainsi les possibilités de délivrer la dose, et permettant donc de diminuer la dose aux organes à risque en se conformant au maximum au volume à traiter. Cependant, il provoque des «phénomènes de basses doses».

Les traitements peuvent être réalisés par arc complet ou par section angulaire (utilisé si on veut éviter des zones à risque). Afin d’homogénéiser la dose dans des volumes complexes, 2 arcs complets peuvent être nécessaires (rotation horaire, et antihoraire).

En ce qui concerne la dosimétrie associée à cette technique, aux HUG, seuls les TRM ayant eu au préalable la formation de dosimétrie peuvent exercer, tout comme la RCMI statique.

Figure 10. VMAT : Bras mobile, MLC mobile Tiré de : http://radiation-oncology.de/ (2015)

BRAS

MLC

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III. 2.c. 2 Les techniques particulières d’irradiation aux HUG

La Stéréotaxie, selon Barada (2016) est une technique d’irradiation très précise d’une cible de petite taille majoritairement dans le cerveau. Cette technique est principalement utilisée comme traitement non invasif de malformations artério veineuses et tumeurs bénignes. La stéréotaxie peut s’effectuer avec des accélérateurs linéaires de particules, (exemple : Novalys Tx, True Beam), mais aussi avec le cyberknife ou le gammaknife, qui sont des appareils dont nous ne disposons pas à Genève. Cette technique récente de dosimétrie est basée sur un nombre de faisceaux pairs disposés en arc autour de la tumeur sur 360°, le but étant de distribuer un maximum de dose sur un minimum de surface (un point)

Il existe deux types de traitement stéréotaxique, soit en une séance unique appelé « SRS », ou en plusieurs séance « SRT »

 Cette technique d’irradiation possède son propre logiciel de dosimétrie « TPS Iplan de Brainlab), et est effectué exclusivement par les physiciens médicaux actuellement aux HUG.

Figure 11 : Interface du TPS Iplan de Brainlab–dosimétrie stéréotaxique

Tirée de : Barada, 2016

27 Total body irradiation (TBI) : est une technique qui permet une irradiation totale du corps. Celle-ci s’effectue à l’aide d’un accélérateur linéaire de particules standard et est principalement utilisé comme préparation à une transplantation de moelle (destructions du système immunitaire afin d’éviter le rejet. Il s’agit généralement de courte durée de traitement) (Barada, 2016).

L’intraoperative radiation thérapie : (IORT) : est une technique d’irradiation très précise sur le lit tumoral pendant une opération chirurgicale (cancer treatment center of america, 2015, traduction libre). C’est utilisé majoritairement pour le traitement localisé du cancer du sein et est effectué par les dosimétristes aux HUG.

Figure 12 : Mise en place d’un traitement corps entiers– accélérateur linéaire Varian

Tirée de : Barada, 2016

Figure 13 : Mise en place de l’applicateur sphérique (1) dans le lit tumoral (2) par le chirurgien (3), guidé par le TRM (4) qui administre ensuite le traitement

Tirée de : Barada, 2016

1 2

3 4

28 La curiethérapie est la technique de bas kilovoltage, permettant d’effectuer de traitement superficiel, autrement dit, de traiter des cancers proches des orifices naturel, tels que le canal anal, la prostate, les glandes salivaire, la langue, etc. Cela s’effectue par des dépôts de source radioactive scellée placée en contact ou à proximité de la zone de traitement à l’aide d’un guide (Figure 14).

 Compte tenu du faible flux de patients en curiethérapie aux HUG ; en raison de la spécificité liée à cette technique (traitement de cancer superficiel et/ou proche des orifices naturel) mais aussi contraignant avec les aiguilles administrées, les TRM ne sont pas formés à la dosimétrie. Celles-ci sont effectuées entièrement par les physiciens et l’administration du traitement par les médecins et ou les infirmiers, contrairement à la France. Dans le champ de la curiethérapie, un grand nombre de rôles sont attribués de manière formelle au TRM. En plus de leur rôle important dans le champ de la dosimétrie, ils sont également fortement impliqués dans la gestion des sources radioactives, dans la formation des différents professionnels, dans l’écriture du référentiel qualité interne dans les salles d’application et de dosimétrie, dans les contrôles qualités des dose et des détecteurs de rayonnement.(Bélot & al., 2013, p176).

Figure 14 : Mise en place de graines radioactives (Iode 125) à travers l’aiguille au contact de la prostate

Tirée de : ANAMACaP, 2010

29 III.3 DOSIMÉTRIE 3D CONFORMATIONNELLE

III.3.a Genèse 3D conformationnelle

La radiothérapie conformationnelle 3D apparue dans les années 90, est basée sur l'acquisition de données d'imagerie numérique scanner et sur une approche dosimétrique tridimensionnelle. Le scanner mis au point en 1972 par l’Anglais Godfrey Newbold Hounsfield, ingénieur de la société britannique Electronical Musical Instrumental (EMI) a permis de mettre en relation les rayons X et l’ordinateur. C’est pourquoi, la planification des traitements de radiothérapie se fait systématiquement sur des imageries scannographiques.

Celle-ci permet ainsi d’obtenir une réponse en terme de densité électronique, ce qui correspond au résultat obtenu par irradiation dans le patient.

Ainsi, le « patient » converti en « image de densité électronique » à l’aide du scanner, facilite considérablement les calculs de dose sur le TPS Eclips. Le scanner a ainsi complètement révolutionné la dosimétrie en radiothérapie puisque la dose calculée correspond aux mêmes lois d’atténuation des rayons X dans le tissu et donc permet d’informer en amont le comportement des rayons X dans le corps du patient. Il a également permis l’obtention d’images en coupe fournissant une précision nettement supérieure à celles fournies par la radiographie classique.

Même si actuellement, des nouveaux systèmes de radiothérapie font usage d’imagerie par résonnance magnétique (IRM) pour guider en temps réel l’irradiation des tumeurs mobiles, (système Atlantic (Elekta) – radiothérapie guidée par IRM), la planification du traitement elle, ne peut s’effectuer uniquement sur les images scanner grâce à ses propriétés physiques qui le permettent (Facquet, 2015, p. 15)⁹. Autrement dit, ce système de radiothérapie Atlantic (Figure 15) construit par Elekta combine un accélérateur linéaire standard avec une IRM haut champ permettant de fournir des images de haute qualité afin d’effectuer des traitements oncologiques de haute précision. L’idée est de faire en sorte que le faisceau vienne se positionner directement sur la cible malgré les mouvements qui peuvent survenir (mouvements involontaires du patient, respiration, péristaltisme, etc.)

9 Tirée de la revue « Manip Info (85). 2015. p15 »