Apport de l’imagerie multimodale dans la caractérisation de la distribution de sources radioactives de 166Ho

Dosimétrie en radiothérapie interne

La radiothérapie interne exploite majoritairement les émissions de rayonnements α et électroniques dans un but thérapeutique. La majorité de l’énergie, émise de façon isotrope, se dépose sur quelques millimètres, voire un centimètre pour les émissions électroniques les plus énergétiques, ce qui permet d’épargner les tissus sains environnants. Afin de prévoir les effets biologiques du traitement, la modélisation du transport des rayonnements à l’échelle à laquelle se produisent les événements biologiques (mesure de la dose absorbée ou dosimétrie) est nécessaire. Une présentation globale de quatre radio-isotopes dont trois retrouvés couramment en radiothérapie interne sera effectuée, avant de s’intéresser précisément à la dosimétrie en radiothérapie interne.

Radio-isotopes usuels

Propriétés des radio-isotopes

 Un radio-isotope émet plusieurs types de rayonnements d’énergies variables parmi lesquelles les particules α, β- , électrons de conversion interne et électrons Auger sont les plus intéressants en radiothérapie interne en raison de leur parcours réduit dans les tissus. Le terme d’émissions électroniques regroupe les émissions β-, d’électrons Auger et ceux issus des conversions internes. Les photons X et γ ne participent 6 majoritairement pas au dépôt de dose absorbée au sein des tumeurs. Les émissions de rayonnements γ permettent l’imagerie nucléaire dès lors que leurs énergies se situent dans un domaine compatible avec les appareils de détection. Cette détection se fait de manière indirecte avec le rayonnement β+ engendrant l’émission de deux photons γ antiparallèles de 511 keV (Tomographie à émission de positons ou TEP) ou de manière directe, l’énergie des photons γ devant alors se situer de manière optimale autour de 100 et 200 keV avec les technologies actuelles de la Tomographie à émission monophotonique ou TEMP (Dewaraja et al. 2012). Par la suite, quatre radio-isotopes retrouvés en radiothérapie interne sont présentés par ordre d’énergie croissante de leurs émissions électroniques : 177Lu, 131I, 166Ho et 90Y. 

177Lu 

Le 177Lu a été utilisé à l’origine sous une forme colloïdale à des fins d’injections interstitielles pour la stérilisation des nodules lymphatiques péritumoraux (Kyker et al. 1955). Les applications se sont ensuite étendues pour la thérapie par radionucléides des récepteurs peptidiques (PRRT) avec le 177Lu-DOTATATE et d’autres peptides analogues (Kwekkeboom et al. 2005). Sa période physique est de 6,7 jours et ses émissions de rayonnements électroniques ont une énergie moyenne de 148 keV (Eckerman and Endo 2008).

131I

 L’131I est le premier radio-isotope utilisé en radiothérapie interne vectorisée pour le traitement du cancer de la thyroïde, grâce à l’affinité naturelle de cet organe pour l’iode (Hertz and Roberts 1946). Plus récemment et avec l’addition d’un vecteur adapté, ses indications se sont étendues pour le traitement des phéochromocytomes, des neuroblastomes (Van Gils et al. 2016) et les cancers du poumon non à petites cellules (Yang, Yao, and Liu 2018). Sa période physique est de 8,02 jours et ses émissions de rayonnements électroniques sont d’une énergie moyenne de 192,8 keV par désintégration (Eckerman and Endo 2008). L’émission de rayonnements γ d’énergie 364 keV (81,5%) le rend exploitable en imagerie nucléaire, bien que des rayonnements parasites proviennent des émissions γ de plus hautes énergies (637 et 723 keV).

 166Ho

 Les premières thérapies par 166Ho concernent le traitement de myélomes multiples vectorisé avec un agent ayant une affinité pour l’os (Bayouth et al. 1995). Par la suite, il est étudié en tant que potentiel substitut de l’90Y dans le cadre des traitements par radio-embolisation hépatique (Nijsen et al. 1999). Les localisations 7 s’étendent maintenant au traitement des carcinomes épidermoïdes de la cavité buccale (van Nimwegen et al. 2017) et des tumeurs neuroendocrines (Braat et al. 2018). Le 166Ho est obtenu par bombardement neutronique du 165Ho. Dans le projet TheraneaM, le mode de production implique que l’165Ho reste toujours présent en majorité dans le mélange final. Ce phénomène est dépendant du temps de l’irradiation neutronique et conditionne l’activité par mg du mélange final, exprimé par l’activité spécifique As. Sa période physique de 26,8 h et ses émissions de rayonnements électroniques d’une énergie moyenne de 696,3 keV par désintégration (Eckerman and Endo 2008). En supplément de ses propriétés adaptées à la thérapie, l’holmium possède également plusieurs propriétés d’imagerie : – L’émission d’un rayonnement γ d’une énergie de 80,6 keV (6,7 %), détectable par tomographie par émission monophotonique (TEMP). Cependant, la présence parasite de composantes γ de plus haute énergie (1,38 MeV/0,93%, 1,58 MeV/0,19%, 1,66 MeV/0,12%) contribue au diffusé dans l’image (de Wit et al. 2006) ; – Des propriétés paramagnétiques pour le 165Ho, permettant une imagerie par résonance magnétique nucléaire ; – Un coefficient d’atténuation des photons élevé grâce à son numéro atomique Z=67, favorable à l’imagerie par rayons X. Les deux dernières propriétés concernent globalement l’ensemble des lanthanides, dont le numéro atomique Z est situé entre 57 et 71, avec la particularité d’un nombre impair de nucléons pour les propriétés paramagnétiques. Un potentiel de quantification précise de l’holmium est exploitable en réunissant les avantages de toutes les imageries. 

90Y 

L’histoire du 90Y est étroitement liée aux traitements des lymphomes non hodgkinien (Wiseman et al. 2000) et des carcinomes hépatiques par radioembolisation, avec le développement de microsphères de résine SIR-Spheres® (Pöpperl et al. 2005) ou de verre TheraSphere® (Wollner et al. 1988). Sa période physique est de 64,1h et son spectre quasi-pur d’émission électroniques d’énergie moyenne par désintégration de 933 keV (Eckerman and Endo 2008) lui donne un caractère particulièrement adapté à la radiothérapie interne, dû à l’absence d’autres rayonnements parasites.