Simulation d’un système de planification de traitement

Le système de planification traitement (TPS) c’est un dispositif médical composé d’un ordinateur, d’un logiciel et d’accessoires périphériques. Le TPS construit un modèle 3D virtuel du patient à traiter à partir de multiples coupes tomodensitométriques (TDM) transversales acquises en position de traitement, et éventuellement à partir de coupes provenant d’autres modalités comme l’IRM, TEP [22]. Le but du processus de planification de traitement est premièrement de simuler le dépôt de dose dans le corps du patient et d’optimiser deuxièmement la distribution de dose selon les objectifs et les contraintes cliniques qui définissent une différence entre l’irradiation de la tumeur et épargner les tissus normaux par l’utilisation du logiciel spécifique. Chaque compagnie de fabrication des centre de traitement de cancer, construit sa propre accélérateur avec le TPS, l’algorithme de calcule des doses est intégré et inaccessible. Il existe des logiciels libres destinés à simulé les traitements à base des méthodes MonteCarlo pour la recherche scientifique ou l’éducation, parmi ces logiciel matRad. Dans ce travail, on a utilisé matRad pour simuler le traitement du cancer de prostate par faisceau de photon. Ce logiciel permet de prédire la dose déposée en 3D dans la tumeur et les organes à risque environnant.

I. Le logiciel matRad

Le logiciel matRad est un logiciel gratuit, destiné pour la planification de la radiothérapie tridimensionnelle en utilisant les photons, les protons et les ions de carbone à modulation d’intensité. matRad est développé à des fins éducatives et de recherche; il est entièrement écrit en MATLAB . Il présente une conception modulaire et séquentielle qui se reflète dans le script matRad. Après avoir importé vos propres données ou chargé l’un des cas fournis, on peut commencer à travailler avec les modules de calcul de dose et d’optimisation. b. Planification inverse Afin de délivrer une dose homogène à l’ensemble de la tumeur et protéger les organes critiques, le dosimétriste et le physicien devront trouver la bonne combinaison de faisceaux convergents. Ils vont donc, de façon itérative, faire varier dimension, position et pondération pour optimiser la distribution de la dose. Le processus d’optimisation itératif est limité par le temps requis pour cette démarche et par les limites de l’esprit humain à imaginer différentes combinaisons possibles[33]. Dans les années ’90’est développée une radiothérapie dite «conformationnelle avec modulation d’intensité» ou «Intensity-Modulated Radiation Therapy» (IMRT). Il s’agit d’une radiothérapie dans laquelle la fluence des faisceaux est modulée en cours de traitement à l’aide du collimateur multi-lames. Dès lors, une optimisation effectuée par le dosimétriste n’est plus concevable vu la multitude de paramètres modifiables. Dans ce cas, on appliquera une dosimétrie inversée (planification inverse). Elle consiste à «imposer» des objectifs de doses pour le volume et des contraintes de doses pour les organes à risques. Le logiciel de planification inverse réalise alors des calculs itératifs, basés sur les objectifs et les contraintes fixés. Il ajuste, à chaque itération, la combinaison des différents paramètres techniques pour converger vers le résultat final escompté. Ces itérations se poursuivent jusqu’à satisfaction des critères de doses spécifiés. Dès la planification terminée, cette dosimétrie prévisionnelle sera discutée avec le radiothérapeute. Lorsque plusieurs options de traitements assurent le même degré de couverture tumorale, le choix se fait en faveur du plan qui épargne au mieux les organes à risques.  

Fonctionnement de logiciel matRad 

Le script matRad est exécuté à l’aide de MATLAB à partir des étapes suivant: 1. Ouvrer le dossier matRad dans MATLAB Dans le dossier matRad, il y a plusieurs fonctions MATLAB utilisées pour l’exécuter, nommées « matRad_ * .m » et des fichiers (* .mat) contenant des données d’exemple de fantôme de patients. La fonction pour exécuter l’interface graphique de matRad est appelée « matRadGUI.m ». 2. Démarrez l’interface graphique de matRad L’exécution de matRad, fait démarrer l’interface graphique, la figure (IV.2) montre la visualisation de l’interface graphique. Figure(IV.1):l’interface graphique du logiciel matRad L’interface utilisateur graphique de matRad est regroupée en plusieurs blocs fonctionnels alors que chaque bloc s’adresse à certains aspects de la planification du traitement par exemple, la définition du plan, l’exploration des données, la définition des objectifs et des contraintes d’optimisation, etc. 

Exécution la planification du traitement 

Chargement les données patientes

Pour charger un fantôme patient existant (fantôme cuve d’eau, prostate, foie, tête et cou et fantôme TG119), il faut le sélectionner dans la rubrique « Load *mat data ». La figure(IV.3) représente un exemple de sélection d’un fantôme patient. On peut importer des fantômes de patient sous format DICOM (Load DICOM). Figure (IV.2): un exemple de sélection d’un fantôme patient Après la sélection d’un fantôme patient, les données du fantôme sont chargées dans l’interface graphique. L’image CT se visualise avec les contours des volumes d’intérêt (VOI). 

Définir les paramètres du plan de traitement

On définit les paramètres du plan de traitement suivants: • La largeur du bixel (un élément rectangulaire de faisceau) et l’isocentre (l’intersection de L’axe de faisceau et l’axe de rotation d’accélérateur médical au centre de PTV). • sélection des angles de faisceau (0 à 359 °). • Sélection du mode de rayonnement (les photons, les protons et le carbone).