utilisation de l`irm seule pour la radiotherapie

UTILISATION DE L’IRM SEULE POUR LA
RADIOTHERAPIE CONFORMATIONNELLE
DU CANCER DE LA PROSTATE
PASQUIER D. 1,2, COULANGES M. 2, BETROUNI N. 2, BONODEAU F. 3, TAIEB S. 3,
ROUSSEAU J. 2, LARTIGAU E. 1
1 Département
Universitaire de Radiothérapie, Centre O. Lambret, Université Lille II
2 INSERM U 703, Institut de Technologie médicale, UPRES EA 1049, Lille
3 Département d’Imagerie Médicale, Centre O. Lambret, Lille
Le cancer de la prostate est le premier cancer chez
l’homme en terme d’incidence dans les pays industrialisés.
La radiothérapie externe fait partie de l’arsenal
thérapeutique avec la chirurgie et la curiethérapie. Les
progrès récents de l’imagerie et de l’informatique ont
permis le développement de la radiothérapie
conformationnelle avec ou sans modulation d’intensité.
L’examen le plus utilisé pour la définition des volumes est
la tomodensitométrie (TDM); l’utilisation de l’IRM seule
pourrait augmenter l’index thérapeutique de la
radiothérapie.
En radiothérapie conventionnelle la détermination des champs
d’irradiation se faisait sur des clichés orthogonaux. Les volumes
tumoraux et à risque étaient reportés manuellement. Les calculs
dosimétriques étaient réalisés sur une ou plusieurs coupes axiales.
Les résultats dosimétriques étaient connus sur une surface et pas
dans un volume.
Radiothérapie conformationnelle
Détermination des volumes tumoraux et des
organes à risque sur un examen de
tomodensitométrie (TDM)
Reconstruction tridimensionnelle des volumes
Radiothérapie conformationnelle
Balistique d’irradiation plus complexe
Irradiation tumorale plus homogène
Préservation accrue des organes sains
Connaissance précise des doses délivrées
dans les volumes tumoraux et les organes à
risque (histogrammes dose-volume)
Escalade de dose (augmentation de la survie sans
récidive biologique et métastatique)
Dosimétrie et reconstructions tridimensionnelles d’après un examen de tomodensitométrie
Histogrammes dose-volume (volume cible et rectum)
L’ examen le plus utilisé pour la définition des volumes est la
tomodensitométrie en raison de sa précision géométrique (absence de
distorsion) et des informations données sur les densités électroniques des
tissus, nécessaires aux calculs dosimétriques.
Ces caractéristiques permettent son intégration directe dans les calculs
dosimétriques; la détermination des densités électroniques se fait à partir
des UH de l’image.
Unité Hounsfield
=
1000 x (µ eau − µ )
µ
µ = coefficient linéique d’atténuation (cm-1)
eau
1500
1000
Unité Hounsf.
500
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
-500
-1000
-1500
Densité électronique relative
Courbe d’étalonnage du scanner Somatom Plus (Siemens®)
Grâce à son contraste élevé pour les tissus mous et la possibilité
d’acquisition multiplanaire, l’IRM permet une meilleure définition du
volume cible. Dans la littérature le volume prostatique défini sur IRM
est inférieur de 27 à 50 % à celui défini sur TDM. L’IRM permet
également de diminuer la variabilité intra et inter-observateur,
particulièrement au niveau de l’apex et des vésicules séminales.
A l’heure actuelle l’IRM n’est utilisée qu’après fusion avec les
images TDM. L’utilisation de l’IRM seule permettrait d’éviter
l’imprécision induite par la fusion d’images, et éviterait la
réalisation d’un examen supplémentaire, contraignant pour le
patient et difficile à coordonner avec l’IRM en pratique
quotidienne.
Fusion d’images TDM – IRM
Obstacles à l’utilisation de l’IRM seule
I)
Distorsion
1) Liée au système (hétérogénéités du champ magnétique B0 et
des gradients)
2) Liée au déplacement chimique
II)
Absence d’information sur les densités électroniques
III) Reconnaissance des images IRM par les systèmes de planification de
dose
IV) Reconstruction osseuse d’après les images IRM
Matériels et méthodes
Distorsion liée au système
La distorsion liée au système a été étudiée avec un fantôme de
taille équivalente à un pelvis (40x30x20 cm) constitué de billes
disposées selon un motif cubique de 3 cm baignant dans du 1-2
propane-diol.
La géométrie exacte du fantôme a été déterminée grâce aux
images TDM. Les mesures de distorsion ont été menées sur deux
machines à aimant supra-conducteur de 1.5 T. (séquence TSE
pondérée T2).
∆x y z =
(∆x
2
+ ∆y 2 + ∆z 2
)
Déplacement chimique
Inversion des axes de codage de phase et de fréquence chez 4
volontaires; après contourage de chacune des structures, mesure
du déplacement du contour externe, de la prostate, de la vessie, et
de l’isocentre déterminé par trois marqueurs cutanés.
G
r
a
d
i
e
n
t
d
e
G
r
a
d
i
e
n
t
d
e
f
r
é
q
u
e
n
c
e
p
h
a
s
e
Gradient de fréquence
Gradient de phase
Détermination des densités électroniques à assigner
Mesure des densités électroniques relatives sur les images TDM
chez 10 patients (muscle, graisse, os)
Comparaison de ces données avec les données de la littérature
Calculs dosimétriques
Comparaison chez 10 patients des plans de traitement obtenus:
- avec densités électroniques (images TDM natives)
- sans densités électroniques
- après assignation de densités électroniques aux tissus mous et à l’os
Les plans de traitement ont été calculés avec des photons de 10 et 25
MV (4 puis 5 champs). Le flux obtenu pour chaque champ a été assigné au
champ correspondant du plan de traitement réalisé sur les images TDM
natives.
Les plans de traitement ont été comparés en terme de dose
(histogrammes dose-volume); la répartition spatiale des écarts
dosimétriques a également été évaluée en soustrayant les matrices de
doses obtenues.
RESULTATS
Distorsion liée au système
Sur des machines correctement calibrées, la distorsion moyenne
reste modérée même pour des champs de vue de 40 à 50 cm.
7
6
Distorsion (mm)
5
4
3
2
1
0
0
5
10
15
Distance du centre du champ de vue (cm)
Magnetom Vision
Gyroscan Intera
20
25
Déplacement chimique
Volontaire 1
Bande passante
(Hz/pixel)
Résolution (pixel)
15
23
256 x 256
Volontaire 2
15
Volontaire 3
23
15
256 x 256
23
256 x 256
Volontaire 4
15
512 x 512
Contour
externe
d x (mm)
1.8
1.9
3.4
2.5
3.5
1.2
2.4
d y (mm)
3.5
3.5
1.3
1.6
3
2.9
0.6
Vessie
dx (mm)
1.5
0.4
0.4
1
1.1
0.3
0.2
d y (mm)
0.3
0.6
1.5
0.8
0.3
0.6
1.8
d x (mm)
0.5
0.2
1.3
1.8
0.1
d y (mm)
1.8
1.6
0.7
2.6
0.1
Isocentre
Fréquence de
résonance (Hz)
63 613 500
63 613 560
63 613 530
63 613 540
Le déplacement chimique reste inférieur aux valeurs
théoriques, en raison de l’adaptation de la fréquence de
résonance au patient étudié. Le déplacement chimique de
la prostate est trop faible pour pouvoir être mesuré.
Valeurs théoriques pour la graisse:
2.1 cm avec: bande passante de 15 Hz/pixel et résolution de 256 x 256 pixels
1.4 cm
23 Hz/pixel
256 x 256 pixels
1.05 cm
15 Hz/pixel
512 x 512 pixels
Détermination des densités électroniques
Les densités électroniques mesurées sont comparables à celles retrouvées
dans la littérature. Il existe cependant peu de données dans la littérature
concernant les densités électroniques des structures pelviennes.
Densité électronique relative
(données de la littérature)
Densité électronique relative
mesurée
Muscle
1.042
1.039 ± 0.009
Graisse
0.952 ± 0.018
0.946 ± 0.003
Tissus mous
1.024
(corps entier)
0.986 ± 0.007
(pelvis)
1.278 *
1.182 **
(os entier)
1.271 ± 0.03
(extrémité supérieure)
Tête fémorale
1.284
1.251 ± 0.04
Os iliaque
1.347
(os entier)
1.303 ± 0.04
(partie inférieure)
Fémur
Sacrum
* Adultes de 30 ans ** Adultes de 90 ans
1.2 ± 0.03
Calculs dosimétriques
L’absence de prise en compte des hétérogénéités induit un sous dosage
du volume cible de 2.7 % et 1.5 % avec des photons de 20 et 10 MV. Après
assignation de densités électroniques aux tissus mous et à l’os, l’écart
dosimétrique est de l’ordre de 0.5 %.
PTV 2 heterog
120
PTV 2 Homog
PTV 2 T mous os
100
120
Rectum Heterog
Rectum Homog
Rectum T mous os
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
60
65
70
75
80
20
30
40
50
60
70
Histogrammes dose-volume (volume cible et rectum) pour chacun des trois plans
de traitement chez un patient
80
Calculs dosimétriques
La répartition des écarts dosimétriques est homogène au sein du
volume cible. Chez les 10 patients étudiés, l’écart type de la différence
de dose est compris entre 0.01 % et 0.22 %.
Soustraction des matrices de dose sans puis
avec assignation de densités électroniques
Reconnaissance des images IRM par les systèmes de
planification de dose
Après modification des entêtes des fichiers DICOM, il a été
possible de réaliser une planification dosimétrique directement sur
IRM après assignation de densités électroniques. De la même manière
la réalisation de «Digitally Reconstruction Radiographs» (DRR)
nécessaire à la vérification de la position du patient est possible.
CONCLUSION – PERSPECTIVES
• La distorsion liée au système est acceptable (1-3 mm) dans un
volume suffisant pour des localisations extra-cérébrales.
L’application d’une méthode de correction pour obtenir une valeur
millimétrique est possible.
•Le déplacement chimique est compatible avec la précision requise
pour la radiothérapie externe. Des séquences avec des gradients
élevés doivent être privilégiées.
•L’assignation de densités électroniques à seulement 2 structures
(tissus mous et os) permet d’obtenir une dosimétrie équivalente à la
dosimétrie originale.
• Après modification de leur entête les images IRM peuvent être
utilisées seules dans les systèmes de planification de dose.
Au total l’utilisation de l’IRM seule
pour la planification dosimétrique du
cancer de la prostate pourrait être
envisagée dans un avenir proche.
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