Système de planification de traitement (TPS)

Principe du système de planification de traitement 

Le système de planification de traitement (Traitement Planning System, TPS) est le processus qui permet aux radio-physiciens et dosimétristes de reconstruire, modeler, prédire et optimiser la dose totale d’irradiation d’une tumeur et de minimiser les doses délivrés aux organes à risque en périphérie. Il sert à calculer le plan de traitement du patient. Ces calculs sont basés sur des mesures de dose effectuées dans une cuve à eau pour chaque taille de faisceau et chaque énergie possible. Le physicien importe dans le TPS les coupes scannées au format DICOM (Digitale International Communication). Le logiciel permet la conversion des valeurs de Hounsfield sur les coupes scanner en densité électronique. L’avantage résultant est le calcul d’hétérogénéité. Les calculs de la dose sont effectués par les algorithmes de superposition, de convolution, et kernel. Le logiciel calcul la dose en 3D en prenant compte des hétérogénéités. Le logiciel dispose des outils qui permettent de désigner les contours des différentes locations (GTV, organe à risque), des outils pour créer virtuellement des faisceaux et simuler des irradiations. Le logiciel dispose également de toute sorte de statistique sur la distribution de la dose dans les différents volumes entourés. La distribution peut être visualisée en forme de ligne d’isodose dans les coupes scannées et affiché en forme de graphique la DVH (Dose Volume Histogramme). Ce sont surtout ces statistiques qui vont servir à juger la qualité du plan de traitement .

Définition des volumes cible

 A partir des images médicales, les médecins et physiciens médicaux délimitent les volumes cibles à traiter et les organes à risques à protéger. Le radiothérapeute dessine sur les différentes coupes d’images scanné du patient, l’ensemble des structures saines à protéger ainsi que les différents volumes à irradier. Ces notions de volumes ont été données dans le rapport N°50 de l’ICRU qui distingue [1] :

1. Le volume tumoral GTV (Gross Tumor Volume) : Il correspond à la tumeur et aux tissus envahis macroscopiquement par du tissu cancéreux ; ils sont visibles à l’examen clinique, endoscopique ou grâce aux technique d’imagerie.
2. Le volume clinique ou CTV (Clinical Target Volume) : Correspond au volume tumoral ou à son « lit d’exérèse », additionné des tissus à forte probabilité d’envahissement infra  clinique. Ces volume peuvent être continus (tissus de proximité) ou discontinus (territoire ganglionnaire) ; ils sont déterminés directement grâce à la connaissance des différents cancers, à leur types histologique et leur « capacité » à l’extension ou la dissémination. 
3. Le volume planifié ou PTV (Planning Target Volume) : Correspond au volume clinique augmenté d’une marge dite « de sécurité ». Le principe de la marge de sécurité est d’intégrer la difficulté à positionner, de manière précise et reproductible le volume dans le faisceau. En fait, il faut prendre en compte les mouvements des organes pendant la séance (respiration) ainsi que les imprécisions, liées aux aléas de la technique et de la balistique. 
4. Volume traité TV (Treated Volume): Découle de la technique de traitement ; effectivement, en radiothérapie externe, les tissus traversés sont concernés par une proportion plus ou moins importante de la dose totale; des points extérieurs au volume planifié peuvent recevoir des doses proches de la dose prescrite e. Volume irradié IV (Irradiated Volume) : Découle également de la balistique, il correspond au volume recevant une certain proportion de la dose prescrite (par exemple 50%), suffisante pour être prise en compte par rapport à la tolérance des tissus traversés. 
5. Les organes à risques (moelle, cristallin, rectum, vessie…) : Situé à proximité du volume planifié, ils seront identifiés et si possible exclus du volume irradié ; ils seront l’objet d’un traçage de conteur par le médecin et d’une étude dosimétrique par la personne spécialisée en radio-physique. En pratique : Pour la définition des volumes, le médecin radiothérapeute mènera son action en deux temps : Dans un premier temps, il prend en compte le cas clinique, la forme histologique du cancer, l’histoire de la maladie et le type d’évolution : la prescription « se formalise » (elle prend forme suite à une logique de déduction) ; Dans un second temps, grâce à un logiciel de dosimétrie informatisée il trace, sur des images en coupe, les conteurs, soit du CTV doit du GTV ou bien du PTV : la prescription « se concrétise » (elle prend forme suite à la matérialisation des limites des volumes par un tracé).

Fonctions des TPS en radiothérapie 

L’AAPM (American Association of Physiciste in Médicine ) (1998) définit la planification des traitements en radiothérapie externe comme étant la procédure mise en œuvre pour déterminer le nombre, l’orientation, le type et les caractéristiques des faisceaux utilisés pour délivrer une dose de rayonnement à un patient Présentant une tumeur cancéreuse. Les étapes de cette procédure sont 

Positionnement du patient et du système de contention 

• Recherche de la position du patient la plus adaptée au traitement (confort, reproductibilité, dégagement des tissus sains). • Recherche du système de contention le plus performant pour maintenir le patient dans la position . 

Acquisition des images diagnostiques (scanner, IRM, PET)

• Acquisition et transfert des images sur le TPS Recalage éventuel des données (IRM, PET) sur le scanner de référence réalisé en position de traitement.

Définitions anatomiques (optimisation géométrique)

• Définition et délimitation des contours correspondant aux structures saines et critiques. • Définition du volume tumoral et expansion en 3D de ces volumes pour tenir compte des mouvements internes et externes du patient, des incertitudes de contourage et du repositionnement à chaque séance. • .Obtention de la cartographie des densités électroniques de chaque structure au moyen d’un étalonnage du contraste des images TDM en termes de densité électronique .