Amélioration de la radiothérapie externe du cancer pulmonaire

Techniques actuelles de la radiothérapie externe Avant de décrire les différentes techniques, la notion de marge tumorale doit ˆetre définie. Le rapport 62 de l’ICRU (International Commission on Radiation Units and measurements) de 1999 [ICRU99] détermine principalement : • le GTV (Gross Tumor Volume), le volume macroscopique de la tumeur visible sur l’imagerie ; • le CTV (Clinical Target Volume), le volume cible clinique qui correspond au GTV plus les extensions microscopiques ; • l’ITV (Internal Target Volume), le volume cible interne. Il comprend le CTV auquel on a ajouté une marge liée au mouvement interne des organes comme par exemple la respiration ou la pulsation cardiaque ; • le PTV (Planning Target Volume), le volume cible planifié. Il s’agit de l’ITV plus les erreurs de positionnement de patient au fil des séances de traitement. Il inclut également d’éventuels mouvements du patient ; • le volume traité : il se définit comme la zone recevant la dose calculée pour le traitement du PTV ; • le volume irradié, qui re¸coit une dose jugée importante selon la radiosensibilité des tissus sains. La Figure 1.1 illustre schématiquement l’ensemble des volumes considérés. Dans l’ensemble de cette th`ese nous utiliserons le terme de “phase” respiratoire. Ce terme exprimé en pourcentage désigne dans un contexte de respiration libre un instant de la respiration : la phase 0% est identifiée à l’inspiration maximale (ou de crˆete), la phase 50% à l’expiration maximale. La Figure 1.2 explicite une réprésentation schématique d’un spirogramme (signal respiratoire) avec l’ensemble des notions liées aux différents volumes d’air présents dans les poumons.

Techniques de traitement

Les techniques utilisées au sein des établissements dépendent principalement du plateau technique disponible. Néanmoins, en fonction des patients et de leur état de santé, certaines techniques sont privilégiées par rapport à d’autres. La différence entre les techniques provient surtout des images sur lesquelles la planification du traitement est élaborée. Nous n’évoquerons pas ici les techniques de conformation à la tumeur, nous aborderons principalement les techniques de radiothérapie avec asservissement respiratoire.

Radiothérapie conventionnelle (statique)

La radiothérapie conventionnelle correspond à la radiothérapie sans utilisation de syst`emes d’asservissement à la respiration, il s’agit encore de la technique la plus utilisée aujourd’hui car elle ne requiert pas de modalité spécifique supplémentaire. C’est également la technique à la fois la moins précise et parmi les plus irradiantes pour les tissus sains.

Techniques actuelles de la radiothérapie externe

Son principe repose sur l’établissement de la planification de traitement à partir d’un scanner 3D acquis en respiration libre. Comme nous le verrons dans la section 1.1.1.2, un scanner 4D est “artefacté” mˆeme en discrétisant le mouvement en 10 phases. Un scanner 3D en respiration libre présente des biais encore plus importants et ne donne qu’une position approximative de la tumeur à un instant donné qui de plus n’est pas connu. Le passage du CTV au PTV s’effectue alors par l’ajout de marges empiriques. La radiothérapie s’effectue ensuite en respiration libre : les volumes cibles sont fixes ce qui implique qu’une importante zone saine autour de la tumeur est exposée à la mˆeme dose que la tumeur. 

Radiothérapie asservie à la respiration

Nous avons vu que les mouvements d’organe induisaient l’introduction d’un contour tumoral : l’ITV. Celui-ci contient donc l’ensemble des positions à tous les instants de la tumeur, ce qui signifie qu’à chaque instant une quantité non négligeable de tissus sains est irradiée. La radiothérapie asservie à la respiration (RAR) a pour principe de réduire l’exposition de ces tissus sains en s’affranchissant des mouvements respiratoires. Deux types de solutions se distinguent : • les syst`emes spirométriques et • les syst`emes d’asservissement en respiration libre. Les syst`emes spirométriques Le principe d’un spirom`etre est de mesurer en temps réel les échanges d’air (flux) entre les poumons et l’atmosph`ere. En effet, comme nous le verrons dans la section 1.2, il existe une relation entre le flux d’air et le volume pulmonaire et donc le mouvement du poumon. A partir de cette connaissance, une zone de “blocage” respiratoire est définie ` avec le patient : les syst`emes spirométriques sont des techniques de blocage respiratoire, il faut donc que le patient puisse tenir une apnée allant de 15 à 30 secondes. Ce temps correspond à la fois au temps d’acquisition d’un scanner 3D et au temps d’exposition aux faisceaux lors d’un traitement en gating. Parmi les syst`emes spirométriques, il existe deux techniques. Elles diff`erent uniquement au niveau de l’action du patient : • le blocage volontaire (actif), généralement le blocage est effectué en DIBH (Deep Inspiration Breath Hold), c’est-à-dire en inspiration profonde et • le blocage involontaire (passif) : son principe repose sur le blocage automatique d’une valve à un instant choisi en collaboration avec le patient. Pour un état de l’art plus complet sur les syst`emes spirométriques, le lecteur pourra se référer aux travaux de th`ese de [Lor07, Mas08]. L’objectif ici est de présenter principalement les techniques de traitement en respiration libre. En effet, comme nous le verrons par la suite, ces techniques offrent une précision moindre du fait d’une mauvaise connaissance du mouvement respiratoire et présentent un intérˆet à ne pas négliger à la fois pour le patient ou pour la routine clinique : un temps de traitement plus court. De plus, elles ne sugg`erent pas la capacité du patient à tenir une apnée. Cependant, hormis ces points, 12 Chapitre 1 : Techniques d’amélioration de la RTE du cancer pulmonaire les techniques de blocage offrent déjà une bonne précision associée à une bonne reproductibilité du blocage. En plus de cette précision, l’acquisition TDM 3D sur laquelle la planification de traitement s’appuie est également de meilleure qualité étant donné que le patient est en inspiration bloquée lors de son acquisition [Won99, Ros00]. En r`egle générale, les techniques de blocage sont privilégiées en routine clinique dans la mesure du possible. Tandis que les traitements en asservissement respiratoire libre sont utilisés pour les patients ne pouvant assurer une apnée.