La radiothérapie 4D Oscar Berges Pourquoi? Mouvements respiratoires Variations anatomiques en volume courant • hile distal 1 – 1,5 cm • crosse aortique • lobe moyen 0 – 0,5 cm 0,5 – 2,5 cm • lobe inférieur 1,5 - 4 cm Huang et al, Int J Radiat Oncol Biol phys 1996 Mouvements respiratoires Organes de l’abdomen supérieur • Pancréas 0,6 – 2,4 cm • Foie • Rein Gauche 0,9 – 2,4 cm 0,6 – 1,7 cm • Rein Droit 0,4 – 1,6 cm Bussels et al. Radiotherapy and Oncology 2003 Mouvements respiratoires: efficacité compromise • Artefacts du TDM: erreur systématique du contourage des volumes cible • Augmentation du PTV: majoration du risque de pneumopathie radique • Risque de sous dosage du volume tumoral en périphérie • Limitation de l’augmentation de dose au PTV à cause des OAR Radiothérapie asservie à la respiration Intégrer les mouvements respiratoires Diminuer l’ITV pour 1. Réduire le risque de pneumopathie radique 2. Escalade de dose: améliorer le contrôle tumoral RL Apnée Variations anatomiques en respiration libre et en apnée Réduction des mouvements respiratoires • Mesure des mouvements respiratoires: intégration géométrique ou dosimétrique • Contrôle de la respiration du patient – Contrôle actif: (active breath-hold) - Contrôle volontaire:(voluntary breath-hold) • Synchronisation respiratoire: RADIOTHÉRAPIE 4D • Tracking: asservissement de l’accélérateur Conséquences de la synchronisation respiratoire • Amélioration de la qualité des images TDM disparition du flou cinétique - amélioration du contourage - • Modifications anatomiques meilleure visualisation du diaphragme et de la paroi - ouverture des petites bronches et levées des atélectasies partielles au contact de la T - dégagement de la T de la moelle (T postérieure) - • Pas d’augmentation du volume pulmonaire Synchronisation respiratoire (breathing-synchronized radiotherapy) • Le patient respire librement • Les cycles respiratoires sont détectés par : - Jauge de contrainte Anzai (Siemens) - Système RPM (Varian) • Choix de la phase respiratoire optimale • Acquisition des données anatomiques avec le système choisi Jauge de contrainte Siemens ANZAI • Ceinture équipée d’une jauge de contrainte • Détection des mouvements abdominaux par mesure de la pression abdominale • Numérisation du signal analogique puis transfert à la station de contrôle puis à l’accélérateur ou à l’appareil d’imagerie (TDM, PET…) • Utilisable en respiration bloquée Varian Real-time Position Management (RPM) Acquisition TDM caméra réflecteurs La camera est fixée à la table On/Off Station de contrôle accélérateurs TDM 4D • Pas de nécessité de séances d’apprentissage préalable • Dispositif de feedback visuel, ou audio-monitoring • Adaptation de la TDM pour la synchronisation à la respiration • Interface pour communiquer entre les systèmes permettant: – l’acquisition – le traitement du signal respiratoire Acquisition 4DCT « Prospective » •Seuil de déclenchement pré-déterminé •Communication au scanner par le système externe •Déclenchement au moment voulu de l’acquisition de chaque coupe Respiration Waveform from 1 coupe TDM se déclenche à 1 moment du cycle RPM Respiratory Gating System respiratoireInhalation puis déplacement de la table Inhalation Exhalation + Facilité de mise en place Scan Scan Scan 1st couch position 2nd couch position 3rd couch position - LONG+++, ARTEFACTS de temps entre le CT Scan déclenchement et l’acquisition Axial scan trigger, Axial scan trigger, Axial scan trigger, Acquisition 4D CT « Rétrospective » • Acquisition pour tout le cycle respiratoire par séries de # 10 images • Le système externe enregistre le «moment » de l’image • Tri des images en fonction des phases respiratoires Respiration Waveform from RPM Respiratory Gating System Inhalation Chaque image est codée dans le cycle respiratoire puis triage des images Exhalation “Image acquired” signal to RPM system + Souple, court, choix de la meilleure séquence X-ray on - Beaucoup images, 2majoration de l’irradiation 1 couch couch 3 couch st position nd position rd position Reconstruction 4D CT « Rétrospective » Choisir l’acquisition optimale Advantage windows 4D Système Varian : expiration Traitement basé sur l’amplitude Traitement basé sur la phase Etude dosimétrique • Contourage: TPS pouvant afficher différentes phases du cycle respiratoire • Prise en compte des mouvements intrafractions dans le calcul des marges (1-10mm) – 2,6+/-1,7mm CBNPC et foie Ford et al. IJROBP 2002 – 5-10mm CBNPC Yorke et al. J Appl Clin Med Phys 2005 • ITV reste applicable aux techniques 4D • Application d’une marge systématique à tous les patients? ICRU 62 Blocage respiratoire 4D Wolthaus et al., IJROBP 2008 Calcul de la distribution de dose • Meilleure précision de la géométrie permettant la réduction de la marge interne • Meilleure prise en compte des hétérogénéités de densité du poumon par les algorithmes de calcul (densité pulm TDM = densité pulm irradiation) • Risque de: – Sous-doser la tumeur si située au centre d’une hétérogénéité pulmonaire – Exemple contrôle qualité champ 5x5cm: • 6MV: sous-dosage de 5-9% • 20MV: sous dosage de 15% • Calcul des HDV meilleur en 4D qu’en RL Traitement • Compatibilité entre l’accélérateur et avec le RPM • Limites physiques: irradiation « hyperfractionnée » • Déclenchement et arrêt du faisceau: – Temps bref – Stabilité du faisceau en débit, énergie, position et uniformité • CONTRÔLE QUALITE +++ ( chambre d’ionisation) – Écart de dose entre l’axe du faisceau fractionné-continu < 1% (<3% en RCMI) • Durée d’irradiation (< 20 min): – Attention si utilisation de filtres dynamiques (traitement long+++) • Possibilité de RCMI (MSKCC) 4D PET/CT Recalage PET-CT: respiration libre • PET: 3-7 min par pas d’acquisition • CT: 1 sec par coupe • Fusion: moyenne du signal sur plusieurs cycles respiratoires avec un échantillonnage du cycle respiratoire • Conséquences: imprécision de la fusion dans – Détermination des volumes cibles – Mesure du SUV • Respiration libre: Erdi YE et al. J Nucl Med 2004 – diminution SUV max – augmentation des volumes Pan T et al. J Nucl Med 2005 Et aussi… • IRM 4D: – En cours d’évaluation – Faisabilité pré-clinique sur des fantômes dynamiques – Limites: encodage, orientation de l’hélice, direction du mouvement de l’organe von Siebenthal, Phys Med Biol 2007 Blackball, Phys Med Biol 2006 Poumon: avantage dosimétrique L. Simon et al. Cancer Radioth 2006 Comparaison dosimétrique en respiration libre • 7 patients traités en blocage respiratoire (BVR) • 9 patients traités en synchronisation (4D ou RSR) V40 coeur BVR BVR RSR (4D) 7,5% 6 à 20,5% V30 poumons 0,6-16,5% - V20 poumons 0-7% 0-3% NTCP poumon 13% [0-65%] 5,9% [0-26%] 4D SEIN et RT4D Korreman and al. IJROBP 2006 • 33 patientes: Simulation en blocage respiratoire (DIBH) et respiration libre (FB) • 17 patientes en synchronisation respiratoire (IG=4D) • Seins gauches et droits Poumon homolatéral Pneumopathie radique Mortalité cardiaque Coeur Respiration libre Synchronisation Blocage 28,1% 2,6% 4,3% 4,8% 0,5% 0,1% CHC • 10 patients: 3D vs 4D • 50,4 Gy 3D (%) 4D (%) p 22,7 ± 7,5 20,3 ± 8,0 0,0001 V20 rein G 2,3 ± 4,2 1,2 ± 2,0 0,0001 V20 rein D 24,5 ± 26,5 21,0 ± 24,1 0,081 NTCP foie 18,1 ± 18,1 13,4 ± 16,0 0,001 7,9 ± 24,3 5,3 ± 16,8 0,303 Dose moyenne foie NTCP rein D XI and al. Radiat and Oncol, 2007 Radiothérapie asservie à la respiration Comparaison BVR et RPM Matériel Patients exclus Apprentissage Stress patients Temps physique Temps traitement Mvts résiduels RCMI BVR ++ # 10 % + + ? 0 + + - ? RPM +++ 0(?) 0 0 + ++ ++ + ? Place de la synchronisation • RPM: – Traitement autour du volume courant: pas de gain en volume pulmonaire – Gain en reproductibilité – Tumeurs de l’abdomen supérieur (foie, rein, pancréas…) – Plutôt en expiration • Blocage respiratoire: – Augmentation du volume pulmonaire – Limites: éducation du patient, reproductibilité – Tumeur sus-diaphragmatique (sein, œsophage, LH, poumon) • Résultats STIC RAR 2003 en attente
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