Ecole Supérieur d’Ingénieur de Luminy Département Génie BioMédical Mise à jour le 1er juin 2003 Pour le département G.B.M. de l’E.S.I.L. Elèves étudiants en première année à l’ESIL en GBM : DURAND Raphaël [email protected] FERRANDINI Emilie [email protected] Tuteur de projet : Michel DUCH Ingénieur BioMédical en Chef des Hôpitaux de la Timone Hôpital La Timone 264, Rue St Pierre 13385 MARSEILLE Cedex 05 Tél. : 04-91-38-68-00 Fax : 04-91-38-55-10 [email protected] Ecole Supérieur d’Ingénieur de Luminy Département Génie BioMédical Luminy – Case 925 13288 MARSEILLE Cedex 9 Tel : 04.91.82.85.98 Fax : 04.91.82.85.92. E-mail : [email protected] Site : http://www.esil.univ-mrs.fr Volume 1/1 Copies du présent document : Responsable du projet : 1 Secrétariat GBM : 1 Elèves du projet : 1 Elèves étudiants en première année à l’ESIL en GBM DURAND Raphaël [email protected] FERRANDINI Emilie [email protected] Tuteur de projet : Michel DUCH Ingénieur BioMédical en Chef des Hôpitaux de la Timone Hôpital La Timone 264, Rue St Pierre 13385 MARSEILLE Cedex 05 Tél. : 04-91-38-68-00 Fax : 04-91-38-55-10 [email protected] La radiothérapie en modulation d’intensité Remerciements Nous tenons à remercier Monsieur Michel Duch, ingénieur biomédical en chef au centre hospitalier de la Timone à Marseille, pour nous avoir encadrés et conseillés tout au long de ce projet. Nos remerciements s’adressent aussi à Monsieur Denis Porcheron, physicien au centre hospitalier de la Timone à Marseille, pour avoir eu la gentillesse de répondre à nos nombreuses questions, et pour son accueil au sein de son service. Effectivement, nous avons pu profiter de son expérience en matière de technologie et de techniques d’irradiation. Merci aussi à Monsieur Garcia, physicien de la clinique Sainte-Catherine à Avignon, qui nous a cordialement reçus à Sainte-Catherine. Grâce à sa disponibilité, nous avons pu visiter l’ensemble des services (Imagerie par scanner, dosimétrie, salle des tests, et surtout salle des accélérateurs où les patients étaient traités) pour mettre en œuvre la radiothérapie par intensité modulée. Nous remercions également Madame Simonian, Chef du Service de Physique de l’Institut Paoli Calmettes, pour nous avoir accueillis au sein de son service, et répondu à nos questions. Les constructeurs de matériel de radiothérapie (accélérateurs linéaires, logiciels de dosimétrie…) ont été particulièrement généreux quant à la documentation commerciale et technique mise à notre disposition et portant sur leur gamme de produits. Nous remercions tout d’abord, la société VARIAN (qui a racheté l’activité oncologique de GEMS) et son ingénieur commercial, Monsieur Rault Bernard pour nous avoir reçus et arranger une visite à la clinique Sainte-Catherine à Avignon. Nous remercions également la société ELEKTA (qui a racheté l’activité oncologique de PHILIPS) et son ingénieur commercial, Monsieur Lemercier Claude, ainsi que la société SIEMENS et ses ingénieurs commerciaux, Monsieur Guiastrennec Arnaud et Monsieur Grosset Guillaume. Année universitaire 2002-2003 3 La radiothérapie en modulation d’intensité Résumé La radiothérapie a connu ces dernières années de considérables améliorations dues, en grande partie, au progrès de l’informatique. L’ensemble de ces progrès a contribué à l'élaboration de techniques d'irradiation de plus en plus sophistiquées, aboutissant à une distribution plus précise de la dose ionisante et à une meilleure connaissance de sa répartition. Ainsi, l’objectif de la radiothérapie en modulation d’intensité est une meilleure répartition de la dose au volume cible en protégeant au maximum les tissus sains avoisinants, entraînant ainsi une réduction de la toxicité induite. Dans ce rapport, nous étudierons les étapes que nécessite ce genre de traitement (Imagerie, dosimétrie, vérification) ainsi que les technologies mises en jeu (accélérateur linéaire, collimateurs multilames, imagerie portale), et nous finirons par un descriptif du matériel proposé par les différents constructeurs (VARIAN, ELEKTA, SIEMENS). Mots clés : volumes cibles, modulation d’intensité, dosimétrie, vérification, accélérateurs linéaires, collimateur multilames, imagerie portale. Abstract During the last years, radiotherapy has known considerable improvements due mainly to the progress of data processing. All of this progress contributed to the development of increasingly sophisticated techniques of irradiation, which brought about a more precise delivery of the dose and a better knowledge of its distribution. Thus, the purpose of intensity modulated radiotherapy is a better delivery of the dose to the target volume while protecting the surrounding tissue, involving a reduction of induced toxicity. In this report, we will study the steps which are required for this kind of treatment as well as the technologies involved, and to conclude we will see a description of the equipment offered by various manufacturers. Keywords: target volumes, intensity modulation, dosimetry, verification, linear accelerators, multileaf collimator, portal imaging. Année universitaire 2002-2003 4 La radiothérapie en modulation d’intensité Table des matières Remerciements ..........................................................................................................3 Résumé ......................................................................................................................4 Table des matières .....................................................................................................5 Table des Annexes......................................................................................................6 Table des Illustrations................................................................................................6 Objectif du sujet d’étude ............................................................................................7 Introduction ...............................................................................................................8 Lexique.......................................................................................................................9 1. Plan de traitement .............................................................................................10 1.1. Acquisition des données anatomiques et repérage des volumes..............10 1.2. Planification inverse ................................................................................11 1.3. Planification directe.................................................................................11 1.4. Séquenceur..............................................................................................12 1.5. Validation sur fantôme ............................................................................12 1.6. Traitement ...............................................................................................13 1.7. Vérification par imagerie portale .............................................................15 1.8. Etude de données ....................................................................................15 1.9. Différents problèmes rencontrés .............................................................16 1.10. Schéma récapitulatif ................................................................................17 1.11. Pourquoi l’IMRT .......................................................................................18 2. Aspect technique ...............................................................................................19 2.1. Grandeurs dosimétriques utilisées en radiothérapie ................................19 2.2. Accélérateur ............................................................................................19 2.2.1. Les différentes énergies utilisées .........................................................19 2.2.2. Principe général de fonctionnement des accélérateurs linéaires ..........19 2.3. Le collimateur multilames (MLC) .............................................................22 2.4. La modulation d’intensité ........................................................................23 2.4.1. IMRT statique....................................................................................24 2.4.2. IMRT dynamique ...............................................................................25 2.5. Informatique et Réseaux .........................................................................25 2.6. Imagerie portale......................................................................................26 3. Les différents fournisseurs ................................................................................28 3.1. Planning ..................................................................................................28 3.1.1. Planning Direct .................................................................................28 3.1.2. Planning Inverse...............................................................................28 3.1.3. Maintenance des logiciels .................................................................28 3.2. Délivrance................................................................................................28 3.2.1. Accélérateur linéaire .........................................................................28 3.2.2. Collimateur multilames .....................................................................29 3.3. Réseaux ...................................................................................................30 3.4. Vérification ..............................................................................................31 3.5. Maintenance ............................................................................................31 3.6. Evolution .................................................................................................31 Conclusion ................................................................................................................32 Bibliographie ............................................................................................................33 Année universitaire 2002-2003 5 La radiothérapie en modulation d’intensité Table des Annexes Annexe 1 : Rôle des différents acteurs ……………………………………………………………. 34 Annexe 2 : Chronologie des évolution technique des accélérateurs linéaires ………. 35 Annexe 3 : Radiobiologie ……………………………………………………………………………… 36 Table des Illustrations Figure 1 : Courbes isodoses …………………………………………………………………………… 12 Figure 2 : Fantôme pelvien ……………………………………………………………………………. 13 Figure 3 : Fantôme ORL ………………………………………………………………………………… 13 Figure 4 : Film inséré entre deux plaques plexiglas ………………………………………….. 13 Figure 5 : Positionnement à l’aide des lasers …………………………………………………… 14 Figure 6 : Positionnement isocentrique …………………………………………………………… 14 Figure 7 : Contention tête et épaule ……………………………………………………………….. 15 Figure 8 : Contention tête ……………………………………………………………………………… 15 Figure 9 : Modulateurs ………………………………………………………………………………….. 20 Figure 10 : Composants principaux d’un accélérateur linéaire …………………………… 21 Figures 11 et 11 bis : Collimateurs multilames ………………………………………………… 22 Figure 12 : Comparaison modulation d’intensité et traitement conventionnel ……… 23 Figure 13 : Imageur portal ……………………………………………………………………………. 26 Figure 14 : Disposition de l’imageur portale ……………………………………………………. 27 Figure 15 : Localisation MLC ………………………………………………………………………….. 29 Figure 16 : Fuites interlames …………………………………………………………………………. 30 Année universitaire 2002-2003 6 La radiothérapie en modulation d’intensité Objectif du sujet d’étude • La radiothérapie en modulation d’intensité Ce sujet a été proposé par l’ingénieur en chef des hôpitaux de la Timone de Marseille, Monsieur Michel Duch, dans le cadre de l’appel d’offre prochaine pour l’achat de trois appareils de radiothérapie en modulation d’intensité. L’objectif principal de ce projet est de nous faire découvrir une partie du rôle de l’ingénieur biomédical en milieu hospitalier. Il s’agissait donc de contacter nombre de personnes pouvant nous aider et, de recueillir ainsi les informations nécessaires à la réalisation de ce rapport. Nos recherches se sont étendues grâce au réseau Internet où nous avons complété notre documentation. Nous avons donc réalisé un travail d’investigation et de synthèse. De manière plus personnelle, ce projet nous a offert la possibilité de rencontrer certains des interlocuteurs de l’ingénieur biomédical, à savoir les physiciens, les ingénieurs commerciaux, et les médecins. Désormais, nous avons élargi nos connaissances concernant la radiothérapie et en particulier celle en modulation d’intensité. Nous avons par ailleurs perfectionné nos connaissances techniques en anglais du fait que la majorité de nos documentations étaient rédigées en anglais. Nous avons ainsi acquis un certain nombre de connaissances essentielles au profit de nos futures expériences professionnelles. Sujet d’étude: Radiothérapie en modulation d’intensité Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) Nom du responsable : Monsieur Michel Duch Email du responsable : [email protected] Nombre d’étudiants : 2 Année universitaire 2002-2003 7 La radiothérapie en modulation d’intensité Introduction En cancérologie, il existe différents principes de stratégie thérapeutique. En règle générale on utilisera trois grandes armes, à savoir, la chirurgie (utilisée depuis l'antiquité), la radiothérapie (début du XXème siècle) et la chimiothérapie. L'utilisation de l'une ou l'autre, ou d'une association de plusieurs de ces thérapies, va dépendre de divers paramètres tels que la localisation de la tumeur ou encore ses caractéristiques (taille, nombre de foyer tumoraux, malignité). La radiothérapie est un moyen de traitement des cancers par rayonnements ionisants. On distingue alors la curiethérapie, traitement des tumeurs malignes solides par mise en place de sources radioactives à l'intérieur d'un tissu à irradier, Ainsi que la radiothérapie externe, regroupant l'ensemble des techniques d'irradiation où la source de rayonnement est placée à distance du patient à traiter. Les nouvelles technologies développées au cours des dernières années, ont contribué à la mise au point de méthodes d’irradiation de plus en plus élaborées dans le domaine de la radiothérapie. Ces évolutions ont conduit à une distribution de la dose plus précise et à une meilleure connaissance de sa répartition. Les équipements concernés par cette évolution sont : les accélérateurs linéaires et l'importation des images (scanner ou Imagerie par Résonance Magnétique –IRM-) sur les consoles informatiques dédiées à la planification et à l'optimisation des traitements. Ainsi, dans ce rapport, sera détaillée la radiothérapie en modulation d’intensité qui est une technique de radiothérapie très complexe comprenant beaucoup de concepts nouveaux. Il existe encore que peu de recul vis-à-vis de cette technique (<5ans au US et <3ans en Europe) et par conséquent il n’y a pas ou peu de consensus. L’objectif de la radiothérapie en modulation d’intensité est une meilleure répartition de la dose au volume cible en épargnant au maximum les tissus sains avoisinants. Il faut donc un niveau de précision très élevé, et c’est ainsi que se sont développées des techniques d’imagerie portale (clichés de contrôle) et de dosimétrie tridimensionnelle. Dans notre étude, nous nous intéresserons à la radiothérapie en modulation d’intensité par le biais du plan de traitement mis en œuvre, son aspect technique en détaillant chaque élément qui la constitue et enfin, nous verrons l’offre des différents fournisseurs. Année universitaire 2002-2003 8 La radiothérapie en modulation d’intensité Lexique Accélérateur linéaire : Les accélérateurs linéaires sont constitués d'une succession de tubes sous vide, disposés en ligne droite et mis à des potentiels alternativement positifs ou négatifs de sorte que deux tubes successifs soient toujours à des potentiels de signe opposé ; à l'intérieur du tube le champ électrique est nulle. Une particule chargée en passant d'un tube au suivant sera ainsi systématiquement soumise à un champ accélérateur. La condition est bien évidemment que le potentiel des tubes soit inversé avec une fréquence synchrone avec le passage des particules. Collimateur multilames (MLC): Un collimateur est un dispositif permettant de délimiter le faisceau de rayonnement. Il se compose généralement de deux paires de mâchoires opposées deux à deux délimitant des faisceaux à section carrée ou rectangulaire. Le déplacement des mâchoires opposées deux à deux peut se faire symétriquement ou asymétriquement par rapport à l'axe du collimateur. Des collimateurs multilames présentent des mâchoires subdivisées en lames indépendantes, permettant la réalisation directe de champs de forme complexe. Dosimétrie : C’est la détermination, par évaluation ou mesure, de la dose de rayonnement absorbée par une substance ou un individu. Fantôme : En radiothérapie, un fantôme est un objet qui a des propriétés semblables au tissu humain utilisé très souvent dans les procédures de mesure d'irradiation. Fluence : La fluence de particules en un point est le quotient du nombre total de particules qui traversent la sphère élémentaire centrée sur ce point, par la surface de la section diamétrale. L'unité est le cm-2. Fractionnement : En radiothérapie, la dose à délivrer est administrée en plusieurs séances (ou fractions) afin de préserver les tissus sains. Gray : Unité de dose d’irradiation absorbée par un corps (organe ou tissus vivant) exposé à des rayonnements ionisants, correspondant à l’énergie absorbée par unité de masse. Imagerie portale : Système d’imagerie qui permet d’évaluer en temps réel la concordance entre le traitement donné et celui prescrit, surtout pour le positionnement du patient. Isocentre : Pour les appareils d'irradiation avec axe de rotation, centre de la plus petite sphère-enveloppe générée par la rotation de l'axe du faisceau autour de l'axe de rotation de l'appareil. Pour les rayonnements X et gamma : point de concours des axes des faisceaux. ORL : Oto Rhino Laryngologie Pénombre : Région, en bordure du faisceau d'irradiation, dans laquelle la dose change rapidement en fonction de la distance à l'axe du faisceau. Elle est actuellement définie par la distance séparant sur un profil de dose les points situés respectivement à 20% et 80% de la dose sur l'axe à une profondeur donnée dans le milieu. Volume cible : C’est le volume à irradier contenant la tumeur. Année universitaire 2002-2003 9 La radiothérapie en modulation d’intensité 1. Plan de traitement La mise en œuvre de l’IMRT dans un département de radiothérapie est un processus extrêmement complexe qui exige une coopération intense de toutes les disciplines impliquées dans la radiothérapie : Physiciens, Médecins, Dosimétristes, Manipulateurs, Ingénieurs. (cf. Annexe 1) Nous allons détailler dans cette partie, la totalité du plan de traitement afin de s’imprégner des différentes étapes pour mettre en œuvre la radiothérapie en modulation d’intensité. Nous verrons successivement, l’acquisition des données anatomiques, la délimitation des volumes, la planification directe, la planification inverse, la simulation et la comparaison, et enfin la phase de traitement avec l’ultime vérification à l’aide de l’imagerie portale. 1.1. Acquisition des données anatomiques et repérage des volumes Quelle que soit la méthode de traitement qui sera utilisée (séquentielle ou dynamique - détaillée dans la seconde partie -), le plan de traitement commence toujours par une acquisition d’images (CT Scan / IRM). Dans un premier temps, ces images vont permettre de repérer la tumeur et de la délimiter. Elles serviront ensuite à la reconstitution d’un « patient virtuel » (coupes scanner). Les DRR (Digitally Reconstructed Radiographs) sont issues de cette reconstitution. Celles-ci représentent des images plan, similaires à celles de radiologie classique, reconstruites à partir de coupes CT, c’est à dire des images 3D. L’avantage de ces images par rapport aux images radiologiques classiques, est que l’on n’a pas la superposition des différents organes et des différentes « couches anatomiques ». On obtient ainsi une image plus nette. C’est ensuite sur ces images que l’on va effectuer le travail de dosimétrie, que nous étudierons dans les planifications. Suite à l’acquisition des images, le médecin radiothérapeute va délimiter les zones d’irradiation. Il précise et indique : • le volume cible comprenant en général la tumeur, ses extensions infracliniques ; • les organes à risque : tissus sains soumis à l’irradiation, qu’ils soient ou non inclus dans les faisceaux de traitement ; • la dose totale à délivrer au volume cible Année universitaire 2002-2003 10 La radiothérapie en modulation d’intensité 1.2. Planification inverse Dans le cas de la radiothérapie en modulation d’intensité, l’optimisation de la distribution de dose est considérée comme un problème inverse. Le radiothérapeute prescrit la distribution de dose souhaitée en spécifiant les contraintes de dose à ne pas dépasser aux structures internes et un logiciel détermine automatiquement la modulation d’intensité à appliquer à chacun des faisceaux. L'idéal d'un logiciel de planification inverse serait d'obtenir un plan de traitement complet en indiquant seulement les doses à distribuer au volume cible, ainsi que les doses à ne pas dépasser pour les organes à risques. Mais les moyens de calcul actuels ne sont pas assez performants pour aboutir à un tel résultat. Il convient donc, comme dans le cas de la planification directe, d'indiquer aussi les données concernant les faisceaux, à savoir leur géométrie, leur nombre, leur orientation, leur énergie et leur poids. En fonction des contraintes fixées, le logiciel va déterminer pour chaque tir, l’intensité et le débit du rayonnement, le temps de distribution de la dose ainsi que la conformation du collimateur multilames. Si les contraintes sont trop importantes, il se peut que le logiciel ne trouve pas de solution, et par conséquent, il faut modifier certaines contraintes. A la suite de cette simulation, on obtient une matrice de fluence, dite idéale, qui est une représentation graphique de la dose distribuée par différents niveaux de gris selon l'intensité du faisceau émis. Cette fluence servira d'image de référence pour la comparaison avec l'image portale effectuée au cours du traitement. Une fois la planification inverse terminée, il faut transférer les résultats dans la console de planification directe afin de valider ces calculs. 1.3. Planification directe La planification directe est une prévision du traitement réel par une phase de calcul très importante. Elle est établie par le dosimétriste à l’aide de logiciels sophistiqués. Pour pouvoir établir cette phase de calcul, plusieurs données sont nécessaires. En premier lieu, il faut importer les données du scanner préalablement établies, afin de pouvoir repérer les contours externes (forme du patient) ainsi que le volume cible, et les organes à risques. Il faut ensuite fixer les données concernant les faisceaux, à savoir leur géométrie, leur nombre, leur orientation, leur énergie et leur poids (contribution de chaque faisceau à la distribution de la dose totale) : c’est « la balistique », terme employé dans le milieu hospitalier. C’est à partir de ces différentes informations, que le logiciel de planification établira la dosimétrie du traitement, c’est à dire la dose de rayonnement optimale à distribuer au volume cible en épargnant au mieux les organes sains avoisinants. Le compromis entre la distribution de la dose maximale dans la tumeur et la protection Année universitaire 2002-2003 11 La radiothérapie en modulation d’intensité des organes à risques, nous conduit directement aux courbes isodoses. Elles définissent les surfaces, constituées de points, qui reçoivent la même dose de rayonnement dans un milieu irradié. L'atténuation progressive des rayonnements en fonction de l'épaisseur des tissus traversés et de leur qualité amène à une répartition variable de la dose dont rend compte le tracé d'isodoses. Fig. 1 – Courbes isodoses Les isodoses sont tracées avant de commencer le traitement, pour s'assurer que la dose voulue sera bien délivrée à la tumeur et que les tissus normaux situés au voisinage ne recevront qu'une dose tolérable, ou encore pour faire un nouveau plan, si les données du premier ne sont pas satisfaisantes. La visualisation des isodoses sur une image scanner du malade, permet d'obtenir directement les doses reçues par les différents organes. Une fois la dosimétrie établie, il convient de faire la vérification de la planification inverse. 1.4. Séquenceur En fonction de la matrice de fluence théorique réalisée, le séquenceur va déterminer les différentes positions que devra adopter le collimateur pour tous les champs d’irradiation. Un fichier de positionnement des lames est alors créé et directement envoyé sur la console de commande de l’accélérateur. 1.5. Validation sur fantôme On appelle fantôme un objet qui a des propriétés semblables au tissu humain, le plus souvent de l’eau ou encore du polystyrène. Le fantôme est placé sur la table de traitement comme s’il s’agissait du patient, une fois sa mise en place effectuée, on lance le traitement préalablement établi par les différentes planifications mais qui ont été recalculés pour le fantôme. Année universitaire 2002-2003 12 La radiothérapie en modulation d’intensité La simulation sur fantôme est une étape capitale car elle permet de vérifier l’exactitude des calculs obtenus avec la planification directe et inverse. C’est la dernière étape de contrôle avant le traitement. Grâce à des moyens de mesures tels que l’imagerie portale ou chambre d’ionisation, on peut évaluer la dose reçue par le fantôme (et donc par extrapolation le patient) au cours du traitement. On fait ensuite l’analyse des différents résultats obtenus, et en fonction de l’accord entre le traitement prévisionnel et le traitement simulé, l’étude sera validée ou renouvelée. Toutefois, si la simulation est validée, avant de pouvoir procéder au traitement, il faudra encore que le médecin donne son accord. Dans le cas contraire, tout le processus doit être repris depuis le début en modifiant certaines contraintes pour arriver à un résultat satisfaisant. C’est une étape capitale au cours de laquelle toute information concernant la mise en place du patient et des faisceaux doit être soigneusement notée pour assurer la qualité et la reproductibilité du traitement. Fig. 2 - Fantôme pelvien Fig. 3 – Fantôme ORL Fig. 4 - Film inséré entre 2 plaques de plexiglas 1.6. Traitement Après la validation de la simulation on peut procéder à la phase de traitement. Il convient alors de transférer tout le dossier du patient qui contient les différents clichés, le plan de traitement établi et le fichier de positionnement du collimateur. Il est crucial que ce transfert soit rapide et sécurisé. (Cf. rapport Protocole de communication des images médicales : DICOM) Nous avons remarqué que le processus de préparation était long et fastidieux pour aboutir à un résultat le plus précis possible. Il paraît alors évident que le positionnement du patient est une caractéristique essentielle au bon déroulement du traitement. C’est pourquoi les moyens de contention et de repérage sont nombreux : Repérage par laser : La pièce est équipée de 3 faisceaux laser. Le croisement de ces 3 lasers correspond à l’isocentre de l’accélérateur. L’isocentre est défini suivant l’axe de Année universitaire 2002-2003 13 La radiothérapie en modulation d’intensité rotation de l’accélérateur et l’axe de la source à la tumeur. C’est donc à cet endroit précis que le patient sera positionné pour un centrage isocentrique autour de la tumeur. Fig. 5 – Positionnement à l’aide des lasers. Collimateur L’isocentre correspond au croisement de l’axe médian du bras de l’accélérateur et de celui du collimateur Bras de l’accélérateur Fig. 6 – Positionnement isocentrique. Tatouage sur le patient : Pour avoir une meilleure précision, des repères sur le patient seront tatoués. On positionnera ensuite le patient de manière à ce que les repères coïncident avec les lasers. Coques moulées : Lors d’une de ses visites, on va prendre « l’empreinte » du patient. C’est à dire qu’on va l’installer dans une coque en mousse polyuréthane, qui va prendre sa forme. Ensuite on la laisse durcir de manière à pouvoir l’utiliser pour les séances suivantes. On arrive ainsi à garder une position quasi-identique et donc à réduire les marges d’erreurs dues au mouvement interne des organes. Année universitaire 2002-2003 14 La radiothérapie en modulation d’intensité Masques de contention personnalisés : Les masques de contention sont utilisés pour les traitements ORL. En effet dans ce genre de traitement il est indispensable d’immobiliser le patient car le risque de mouvement est beaucoup plus probable. Sur le même principe que pour les coques, on va appliquer un plastique thermoformable sur le patient qui va devenir un moule rigide pour une immobilisation efficace. Fig. 7 – Contention tête et épaule. 1.7. Fig. 8 et 8bis – Contention tête. Vérification par imagerie portale L’imagerie portale permet de vérifier le bon positionnement du patient sous l’appareil de traitement et joue donc un rôle capital de contrôle qualité pour la sécurité de celui-ci. Les images reconstruites en DRR sont utiles pour les comparer aux images portales car elles servent de référence. Les DRR (Digitally Reconstructed Radiographs) issues du CT scan (Computed Tomography), donc issues de vues en coupes, représentent le mode radiographique du patient et sont ainsi comparables aux images faites sur le patient avant son traitement. Les DRR sont donc exportées dans le système d’imagerie portale de l’accélérateur pour y valider le bon positionnement du patient. Elles sont particulièrement utiles au démarrage du traitement. 1.8. Etude de données Une fois toutes ces étapes franchies, il faut préparer les séances à venir. Ainsi, toutes les mesures sont soigneusement enregistrées et une analyse de ces erreurs est tout à fait intéressante. Cela fait partie de l’assurance qualité post thérapeutique. En analysant les résultats obtenus, il est possible de quantifier les erreurs systématiques et donc de les limiter lors des prochains traitements. Parmi les points à analyser on trouvera : • étude des marges autour des organes • étude des erreurs de positionnement du patient erreurs de positionnements systématiques et aléatoires mouvements des organes. Année universitaire 2002-2003 15 La radiothérapie en modulation d’intensité 1.9. • Différents problèmes rencontrés La dépendance informatique : Bien que les réels progrès de l’informatique observés au cours des dernières années aient permis la naissance de la radiothérapie en modulation d’intensité, ils sont aujourd’hui aussi une source de problème de cette technique. En effet, tout le processus de traitement est contrôlé par ordinateur, ce qui implique qu’en cas de défaillance d’un appareil, le traitement doit être interrompu ou peut être repris sur un autre appareil du services avec des caractéristique identiques. • Précision du traitement alors que le patient bouge L’immobilisation du patient est un souci majeur en IMRT. En effet, il est inutile d’effectuer de minutieux calculs de dosimétrie si le patient ne se remet pas dans les mêmes positions. Ainsi se développe du matériel de contention (matériau thermoformable pour le crâne, l’ORL, l’abdomen, etc.). Ces derniers deviennent les limites de l’IMRT et conditionnent donc la validité du traitement. Il existe une option sur les machines IMRT pour faire du « Gating ». Cette technique donne la possibilité au patient de choisir le moment de l’irradiation. Elle s’applique par exemple lorsque l’on souhaite irradier le poumon. Du fait de l’impossibilité d’obtenir des moyens de contention pour empêcher de respirer, il faut que le patient définisse par lui même le moment d’apnée pour qu’on puisse l’irradier avec un minimum de mouvement possible. • Phase de calcul très longue Le but de la radiothérapie en modulation d’intensité est d’optimiser la distribution de la dose sur le volume cible tout en épargnant au maximum les organes à risque environnants. Il convient donc, pour en arriver à ces résultats d’en passer par des phases de calcul et de vérification très précises ! Cette phase de calcul bien que longue et fastidieuse est l’élément fondamental de la réussite du traitement, c’est pourquoi il ne faut pas la négliger. Année universitaire 2002-2003 16 La radiothérapie en modulation d’intensité 1.10. Schéma récapitulatif Année universitaire 2002-2003 17 La radiothérapie en modulation d’intensité 1.11. Pourquoi l’IMRT Le passage à l’IMRT est essentiel car, dans le cas où la tumeur est proche d’une zone sensible à protéger, en radiothérapie classique, il sera impossible d’irradier la totalité de la tumeur et par conséquent cela reste insatisfaisant car le mal reste présent. Avec l’IMRT, on arrive à des distributions de doses concaves, c'est-à-dire où la tumeur n’est pas « ronde », entraînant ainsi une meilleure zone d’irradiation de la tumeur. Afin de comprendre pourquoi se lancer dans l’IMRT, nous allons citer quelques raisons : • Les cliniciens ont besoin de distributions de doses concaves dans environ 30% des cas cliniques. Ces cas ne peuvent être guéris qu’avec l’IMRT, à moins de causer des dégâts sur les tissus sains ; • Les constructeurs font de l’IMRT une technologie marketing ; • Le contrôle informatique des radiations est possible ; • Le planning inverse, pour déterminer les distributions, a atteint une maturité et des performances très satisfaisantes ; • L’imagerie médicale 3D (CT, IRM, PET), permet de déterminer la géométrie des volumes cibles et des tissus sains ; • Les techniques de vérifications et d’assurance qualité se développent. Nous vivons dans une société où nous avons de nouveaux challenges pour prouver que de nouvelles méthodes de diagnostic et de traitements sauvent plus de vies et sont plus profitables. Un Centre Hospitalier Universitaire a besoin d’implémenter ces nouvelles méthodes de diagnostic, de traitement et de monitoring pour les cancers et par conséquent, l’IMRT est un choix adéquat car c’est la technologie la plus avancée en radiothérapie. Année universitaire 2002-2003 18 La radiothérapie en modulation d’intensité 2. Aspect technique L’IMRT suppose du matériel spécifique (réseau informatique, accélérateur linéaire et collimateurs multilames, logiciels de dosimétrie inverse et le matériel d’assurance qualité) que nous allons, en partie, détailler. 2.1. Grandeurs dosimétriques utilisées en radiothérapie 2.2. Accélérateur En France, les premiers accélérateurs (Bêtatrons 5-10 MeV) sont apparus en 1955 (cf. Annexe 2). Le premier prototype accélérateur à Marseille est lui apparus en 1967. A l’heure actuelle, les centres s’équipent d’accélérateurs de haute énergie (4-25 MeV) et les appareils de cobalthérapie disparaissent depuis les années 90 au profit des accélérateurs linéaires. 2.2.1. Les différentes énergies utilisées Les accélérateurs linéaires disposent en général d’une gamme d'énergies. La plage d’énergies utilisée en radiothérapie est de 6 à 25 MV pour les photons et de 3 à 24 MeV pour les électrons. L’énergie exprimée en MeV (Méga électron Volts) correspond à l’énergie cinétique maximale des électrons. 2.2.2. Principe général de fonctionnement des accélérateurs linéaires La nécessité d’obtenir des énergies de plus en plus importantes a contraint les constructeurs à développer de nouveaux modes d’accélération des électrons. Aujourd’hui, dans les accélérateurs linéaires, les électrons ne sont plus accélérés sous une tension continue, mais par une onde électromagnétique hyperfréquence de période T. Année universitaire 2002-2003 19 La radiothérapie en modulation d’intensité Un ensemble « accélérateur » est constitué des éléments suivants : • Le modulateur comprenant : o une ligne à retard fournissant l’énergie électrique. Il génère des impulsions haute tension à intervalles réguliers (fréquence de 50 à 200 Hz). On a ainsi des pulses d’énergie de quelques microsecondes qui sont envoyés vers le klystron o Le générateur d’onde électromagnétique qui fourni une onde à 3Ghz. o Le Klystron ou Magnétron : Ce sont deux technologies différentes de production d’onde mais le principe reste le même, à savoir une conversion d’une impulsion haute tension en une impulsion haute fréquence. Le klystron est un amplificateur de puissance de haute fréquence et se comporte comme un accélérateur de particules. Il est utilisé généralement (VARIAN, SIEMENS) pour les accélérateurs bi-énergie et donne une stabilité importante à partir de 15 MV. La durée de vie est en moyenne 12 ans. Le magnétron est utilisé pour les accélérateurs basse énergie d’une manière générale (VARIAN, SIEMENS, ELEKTA). Sa montée en débit est plus lente. La stabilité du faisceau est délicate à obtenir quand on force l’énergie (>15MV) mais en revanche, elle est très bonne en basse énergie (A partir de 4 MV). Sa durée de vie est de 4 à 5 ans. D’une manière générale, les deux technologies sont très performantes pour les applications qui les concernent. L’importance du choix Klystron/Magnétron n’est plus un vrai critère de performance aujourd’hui, mais plutôt un débat ancien. Oscillateur 3000 MHz Klystron L.A.R 50 000 Volts Fig. 9 - Modulateur • Le canon à électrons est une sorte de tube à rayons X dont l’anode est creuse. Ainsi les électrons accélérés sous une tension de quelques dizaines de kilovolts sont focalisés par une électrode (Wehnelt) et passent à travers l’anode pour pénétrer dans la section accélératrice. • Le contrôle automatique de fréquence (CAF) permet de maintenir la fréquence de résonance de la structure. Année universitaire 2002-2003 20 La radiothérapie en modulation d’intensité • Le système de guide d’onde transporte l’onde hyperfréquence depuis la source vers la section accélératrice. • La section accélératrice, dans laquelle règne un vide poussé, est constituée d’un assemblage de cylindres creux à parois de cuivre, appelé cavités résonantes. Elle peut être comparée à un circuit RLC, ayant donc sa propre fréquence de résonance. Une cavité est généralement constituée de deux cellules, ses parois forment l’iris. Les différentes caractéristiques géométriques des cavités seront déterminantes à la fois pour les conditions de propagation de l’onde hyperfréquence et pour l’efficacité de l’accélération. • L’élément porte cible permet l’obtention d’un faisceau de photons X sur la cible. Elle est généralement en tungstène et d’épaisseurs différentes en fonction de l’énergie pour limiter les pertes. Lorsque la section accélératrice est horizontale, le faisceau d’électrons sortant est dévié par des bobines électromagnétiques de manière à le rendre vertical. Comme pour les tubes à rayons X, le rayonnement de photons est obtenu en interposant une cible métallique dans le faisceau d’électrons. La plupart des appareils sont équipés d’une cible mobile qui peut être disposée à la demande dans le faisceau, permettant ainsi d’obtenir des photons ou des électrons. L’ensemble portant la cible et les bobines, est entouré d’un blindage. Une fenêtre en regard de la cible définit la zone utile du faisceau. Fig. 10 : Composants principaux d’un accélérateur linéaire (image Varian) Section accélératrice Bobines Electromagnétiques Canon à électrons Collimateur Multilames Mâchoires Année universitaire 2002-2003 21 La radiothérapie en modulation d’intensité 2.3. Le collimateur multilames (MLC) Le collimateur multilames (MLC) est un élément essentiel de la radiothérapie en modulation d’intensité. Il s’agit de conformer le plus rigoureusement possible l’isodose de référence autour du volume cible défini. fig. 11 - Collimateurs multilames (image Varian) Les premiers collimateurs étaient constitués simplement de mâchoires de 40 par 40 cm. Puis, les caches personnalisés en plomb de 5 à 8 cm d’épaisseur sont apparus pour la protection des organes sains. Enfin, le collimateur multilames où il existe autant de moteurs miniatures que de lames, et de ce fait, il est facile de comprendre qu’il y ai des imprécisions dues à ces contraintes mécaniques. L’application clinique nécessite une planification de traitement afin de réaliser des faisceaux personnalisés pour chaque patient. Ces données sont transférées dans l’ordinateur pilote (séquenceur) du MLC. Le collimateur multilames consiste en 40 à 60 paires de lames en tungstène disposées en deux rangées opposées soit un total de 80 à 120 lames (selon les constructeurs). Il existe toujours une collimation secondaire atténuant les fuites entre les lames. Cette collimation définira un rectangle minimal incluant le volume cible. De plus ces lames se chevauchent pour réduire davantage les fuites de rayonnement (transmission < 3%). Fig. 11 bis : Collimateur multilames (MLC) Les avantages du MLC sont les suivants : Année universitaire 2002-2003 22 La radiothérapie en modulation d’intensité • augmente les performances du traitement en permettant la modulation d’intensité (IMRT : Intensity Modulation in RadioTherapy) ; • optimisation de la distribution de la dose ; • suppression des caches personnalisés éliminant les risques d’erreurs systématiques et de chute liés à leur mise en place ; • possibilité d’évolution des anciens accélérateurs par ajout du MLC. Pour implémenter le MLC en IMRT, il est essentiel de comprendre les caractéristiques du collimateur multilames et leurs limites mécaniques. La plupart des accélérateurs linéaires modernes sont maintenant équipés de MLC. Leur design, pourtant, diffère d’un constructeur à l’autre, sur la position relative des mâchoires, sur la focalisation simple ou double, et l’espace maximum entre les lames, ainsi que leur mouvement. Nous verrons la comparaison des trois principaux constructeurs (VARIAN, SIEMENS, ELEKTA) dans la troisième partie. 2.4. La modulation d’intensité La modulation d’intensité ou l’IMRT (Intensity Modulation Radiotherapy) correspond à la modulation du flux de photons. C’est en soi un principe ancien qui était utilisée pour l’amélioration de l’homogénéité du volume traité grâce aux caches compensateurs. Avec le développement des collimateurs multilames, la modulation d’intensité a atteint une toute nouvelle dimension, avec la possibilité d’améliorer le degré de conformation en créant des isodoses convexes ou concaves. Modulation d’intensité : Traitement conventionnel : Technique à quatre faisceaux. Les isodoses encerclent le volume cible sans Les isodoses se conforment au mieux au volume cible. épargner les tissus sains. Fig. 12 - Comparaison modulation d’intensité et traitement conventionnel Année universitaire 2002-2003 23 La radiothérapie en modulation d’intensité Le principe de l’IMRT est en constante évolution. La société Elekta est en train de développer l’IMAT, l’Intensity Modulated Arc Therapy. Cette technique correspond à celle de l’IMRT step and shoot, mais à laquelle s’ajoute un mouvement du statif ou bras de l’accélérateur pendant l’irradiation. On ne détaillera pas cette méthode car elle n’est pas encore commercialisée. La géométrie des tumeurs est différente pour chaque patient ; par conséquent la forme et le débit du faisceau doivent être différent à chaque fois. En fonction du mode de distribution de la modulation d’intensité on distingue : • la radiothérapie avec modulation d'intensité statique. • la radiothérapie avec modulation d'intensité dynamique. Le choix du mode statique ou dynamique est un large argument commercial car tous deux présentent des avantages et des inconvénients. 2.4.1. IMRT statique Dans le cas de la radiothérapie avec modulation d'intensité statique (en anglais "step-and-shoot"), l'émission de rayons X est interrompue pendant le déplacement des lames du MLC. Le principe de l’IMRT statique est plus complexe que l’IMRT dynamique. Il y a superposition de plusieurs champs (définis par le MLC) pour obtenir une modulation d’intensité dans le champ d’irradiation principal prescrit. Le traitement est plus long qu’en méthode dynamique (30 à 40 minutes). Les avantages principaux de cette méthode sont : • Facilité de la maîtrise, car en dynamique, il est nécessaire de faire confiance à l’informatique durant l’irradiation. • Meilleure assurance qualité car précision de 0,1mm entre les lames. Les inconvénients engendrés par cette méthode sont les suivants : • il faut un temps de réponse du faisceau très rapide. • dégradation de la fluence : pénombre, points chauds. • manque de précision pour ORL (Argument commercial, Vrai ou Faux ?) Année universitaire 2002-2003 24 La radiothérapie en modulation d’intensité 2.4.2. IMRT dynamique Dans le cas de la radiothérapie avec modulation d'intensité dynamique, le déplacement des lames et leur vitesse définissent les paramètres d'intensité. Le faisceau est ininterrompu lors du changement de position des lames. Le traitement est d’environ 10 minutes (argument commercial), ce qui est donc un avantage sur le traitement en séquentiel. L’IMRT dynamique utilise le principe de mouvements automatiques du MLC à l’intérieur d’un champ statique de manière à moduler l’intensité. Chaque paire de lames balaye le champ d’irradiation de manière asynchrone et le faisceau X est émis pendant le déplacement des lames. Ainsi chaque point du volume cible reçoit une fluence de photons variable. L’avantage principal de cette méthode est une meilleure reproduction de la fluence de photons. Les inconvénients sont : • Assurance qualité plus difficile : précision de 0,3 mm entre les lames • ORL fuite interlames, mauvais en dynamique 2.5. Informatique et Réseaux L’IMRT s’est énormément développée grâce au progrès informatique qui offre l’avantage d’être plus précis et plus rapide dans la dosimétrie. Les possibilités des logiciels de planifications sont diverses : • calcul de dose pour les traitements ; • simulation virtuelle : - outils d’intégration des contours anatomiques et des contours externes ; - générateur de courbes isodoses ; - possibilité d’obtenir une image en BEV (Beam Eye View) ou « vue de la source », c’est-à-dire comme si elle était vue par l’œil d’un observateur placé à la place de la source de l’accélérateur ; - création d’un cliché DRR (Digital Reconstructed Radiography) reconstruit à partir des coupes jointives du scanner; - calcul des coordonnées et de la géométrie des faisceaux ; - possibilité de visualiser la position des lames du MLC (position et déplacement) ; - vérification virtuelle de la position de l’accélérateur. Année universitaire 2002-2003 25 La radiothérapie en modulation d’intensité • optimisation du plan de traitement : - possibilité d’afficher simultanément plusieurs modalités (ex : images scanner et IRM sur le même plan de coupe) ; - l’histogramme dose/volume (DVH) qui permet d’appréhender : les doses reçues par le volume prévisionnel (PTV), les doses reçues aux tissus sains, les proportions du volume cible recevant une dose sub-optimale, les proportions des tissus sains recevant une dose excessive. Une contrainte à ne pas négliger pour l’IMRT est le choix du réseau informatique car c’est lui qui permet une bonne transmission entre le scanner, les consoles de dosimétrie et la machine de traitement. Le protocole DICOM RT (Digital Imaging and Communication in Medicine RadioTherapie) et le système PACS (Picture Archiving and Communication System) permettent l’importation des fichiers des patients entre les différents postes (Acquisition, dosimétrie, simulation, traitement). (cf. rapports sur les protocoles DICOM et PACS) 2.6. Imagerie portale L’imagerie portale est un outil de vérification. Elle permet de contrôler le bon positionnement du patient quasiment en temps réel. Ainsi, nous pouvons mettre en évidence les mouvements du patient et les corriger. fig. 13 – Imageur portal (Photo VARIAN) Le support pour la création des images est fixé à l’aide d'un bras rétractable, à l’opposé de la tête de l’accélérateur, de manière à obtenir une image du patient au moyen de la source de rayon X du traitement. Année universitaire 2002-2003 26 La radiothérapie en modulation d’intensité Tête de l’accélérateur Panneau d’imagerie portale fig. 14 – Disposition de l’imageur portal Le panneau d’imagerie portale a la capacité à se déplacer dans les trois axes et acquiert ainsi une totale liberté. Cette liberté évite une éventuelle collision avec la table ou le patient lors de la rotation de l’accélérateur. Il existe aussi, pour éviter de tel dommage, des systèmes anti-collisions. La technologie des détecteurs et des portiques d’imagerie diffère selon les constructeurs. Ainsi chez Siemens celui-ci est composé d’un écran fluorescent, chez Elekta et Varian il s’agit d’une matrice de photodiodes. Après avoir détaillé les différents aspects techniques de l’appareillage mis en jeu pour la radiothérapie en modulation d’intensité, nous allons vous présentez dans notre dernière partie l’offre des différents fournisseurs. Année universitaire 2002-2003 27 La radiothérapie en modulation d’intensité 3. Les différents fournisseurs Nous pensons que la meilleure façon de vous présenter les différents fournisseurs de radiothérapie en modulation d’intensité, est de les comparer dans un tableau. 3.1. ELEKTA Eclipse PrecisePLAN SIEMENS Planning 3.1.1. Planning Direct Prix Logiciel d’optimisation 3.1.2. Planning Inverse 123 000,00 € HT SomaVision Helax- TMS Ne possède pas de Helios logiciel de planning. Logiciel de dosimétrie Prix Console de simulation virtuelle 3.1.3. Maintenance des logiciels 3.2. VARIAN CadPlan Plus ePinnacle Système ouvert. 150 000.00 à 147 000,00 € HT 250 000.00€ 59 000,00 HT + 900,00 €HT/an 26 000,00 € HT/an Délivrance 3.2.1. Accélérateur linéaire Générateur d’onde CLINAC PRECiSE PRIMUS Klystron Magnétron Klystron Stationnaire Progressive Stationnaire Analogique Numérique Numérique Le numérique permet d’enregistrer toutes les modifications des paramètres effectuées. Cela permet une analyse rapide du problème en cas de panne mais aussi un rôle important pour la maintenance préventive. Prix 1 032 000,00 € HT 880 000,00 € TTC Bienergie6MV/18MV 1 050 000,00 € TTC Année universitaire 2002-2003 28 La radiothérapie en modulation d’intensité Les prix sont à titre indicatif 3.2.2. Collimateur multilames VARIAN ELEKTA Millenium MLC MLCi Intégré tertiaire. Les 2 couples de mâchoires sont conservées SIEMENS 3-D Multileaf collimator Remplace la Remplace la mâchoire distale mâchoire inférieure (Y-jaws) (X-jaws) Localisation Fig 15. source : Physics in Medicine and Biology – 2002 – N161 Focalisations Simple Simple Double Rectiligne Rectiligne Circulaire Nombre de lames 52, 80 ou 120 80 58 Matières tungstène Tungstène tungstène Champs Max. 40*40cm² 40*40cm² Epaisseur 55 mm 75 mm Type de mouvement 40*40cm² 40*27cm² à l’int. 75 mm Pour le 120 lames : Largeur 80 lames int. 5 mm 40 lames ext.10mm 10 mm 27 paires int. 10mm 2 paires ext. 60mm Sinon : 10 mm Longueur avancée Vitesse Max. 3,0 cm/seconde 32,5 cm 31 cm 2,0 cm/seconde 2,0 cm/seconde Année universitaire 2002-2003 29 La radiothérapie en modulation d’intensité VARIAN ELEKTA SIEMENS 2-3% <2% <2% Fuites fig. 16 - source : Physics in Medicine and Biology – 2002 – N166 Possibilité de traitements MLC Oui Oui (Option) Non 266 000 € TTC 310 500 € TTC dynamiques Prix Séquenceur 80 : 234 000 € HT 120 : 363 000 € HT Auto Field IMFAST Sequencing 40 000,00 € TTC Prix Logiciel 40 000,00 € HT 50 000,00 € TTC 56 300,00 € TTC (Dynamique) 3.3. Réseaux Imagerie type VARIS RTP Exchange Shaper file format DICOM 3.0 ECI/Vericord RT-Desktop LANTiS RTP Link DICOM 3.0 DICOM 3.0 Année universitaire 2002-2003 30 La radiothérapie en modulation d’intensité VARIAN ELEKTA SIEMENS Imagerie Portale Portal Vision aS500 iView BeamView TI Composition Silicium amorphe Silicium amorphe Ecran fluorescent Dimension 30*40 cm 41*41 cm 33*41 cm Isocentre 26*26 cm Isocentre 24*30 cm Précision 0,784 mm 3.4. Vérification 384*512 Résolution Prix 3.5. 14 bits 233 000,00 € HT 2 mm à l’isocentre 1024*1024 Echelle de gris 10 bits 16 bits 236 000,00 € TTC 162 000,00 € TTC Maintenance Prix Tout compris 104 000,00 € HT/an 73 000,00 € TTC/an Tout compris 120 000,00 € HT/an 3 techniciens Personnel 8 techniciens 2 techniciens 1 visite/mois min + autant de visite curative nécessaire Collaboration General Electric 3.6. Evolution ( TEP/SCAN retombées en cancérologie) Imagerie 3D avec MLC 120 pour 2004 imagerie portale plus fine que (Tomographie) VARIAN Homogénéité des mais 21*21 cm consoles (Intégration +++) Année universitaire 2002-2003 31 La radiothérapie en modulation d’intensité Conclusion La radiothérapie en modulation d’intensité est une nouvelle technique d’irradiation avec un énorme potentiel pour de multiples applications (Urologie, gynécologie, otorhino-laryngologie, pneumologie…). Cette technique étant récente, elle pose encore quelques problèmes, notamment concernant l’assurance qualité où encore peu de consensus ne sont à ce jour établis. Cependant, cette thérapeutique est en constante évolution ; Tous les professionnels doivent participer en collaboration à son développement permanent. D'un point de vue personnel, ce projet nous a permis dans un premier temps, de prendre contact avec des professionnels du milieu hospitalier et d’accéder à des services privés (Visite des services de radiothérapie à Avignon, de l'institut Paoli Calmettes à Marseille et la clinique Val d'Aurelle de Montpellier ainsi que le Gamma Unit à la Timone). De plus, nous avons ciblé plus précisément les rôles d’un ingénieur biomédical en fonction de l’environnement dans lequel il évolue (Contacts avec les différents fournisseurs, collaboration avec les professionnels de santé, démonstrations des outils thérapeutiques…). Enfin, ce rapport nous à permis de développer une méthodologie, d’effectuer une recherche ciblée sur un sujet d’actualité. Grâce à l’intérêt que nous avons porté à ce sujet, nous avons reçu des propositions de stage pour l’année prochaine. Année universitaire 2002-2003 32 La radiothérapie en modulation d’intensité Bibliographie • Site ELEKTA http://www.elekta.fr • Site SIEMENS http://www.siemensmedical.com • Site VARIAN http://www.varian.com • Rapport sur les évolutions technologiques en radiothérapie externe : http://www.utc.fr/~farges/dess_tbh/00-01/Projets/radiotherapie/ProjetRadiotherapie.pdf • Ouvrage : Steve Webb « Intensity-Modulated Radiation therapy » Ed IoP 2001 • Article de presse - Physics in Medicine and Biology – A dosimetric comparaison of various multileaf collimators (2002) http://www.iop.org/EJ/abstract/0031-9155/47/12/401/ - Medical dosimetry – Volume 26, Number 2, 2001 http://www.elsevier.nl/inca/publications/store/5/2/5/4/7/9/ • Cours sur la radiothérapie http://cri-cirs-wnts.univ-lyon1.fr/Polycopies/Cancerologie/Cancerologie-12.html Année universitaire 2002-2003 33 La radiothérapie en modulation d’intensité Annexe 1 ROLE DES DIFFERENTS ACTEURS La radiothérapie comporte des aspects à la fois cliniques et techniques. Elle est donc prise en charge par une équipe multidisciplinaire. Le radiothérapeute est un médecin spécialisé dans l’utilisation des rayonnements ionisants pour le traitement du cancer. En France, il doit être détenteur d’un certificat approprié et/ou d’une qualification reconnue par l’ordre des médecins. Le certificat est celui d’études spéciales en électroradiologie, le DESS (Diplôme d’Etudes Spéciales) de radiothérapie (1988) et le DES d’oncologie option radiothérapie (1992). Le physicien d’hôpital est un spécialiste de la physique des rayonnements appliquée à la médecine. Il est obligatoirement titulaire d’un diplôme universitaire de 3ème cycle ou d’un titre équivalent en sciences physiques. Il a, de plus, suivi un enseignement concernant la physique des rayonnements et leurs applications médicales. L’arrêté du 28 février 1977 définit la qualification nécessaire pour l’agrément en tant que radiophysicien. Une directive européenne de 1984 rend obligatoire la présence d’un physicien dans les services de radiothérapie ainsi qu’en médecine nucléaire. Le manipulateur en électroradiologie est un technicien paramédical chargé de la pratique régulière du traitement du patient. Il est titulaire d’une école spécialisée agréée ou d’un brevet de technicien supérieur en électroradiologie. L’ingénieur biomédical est un ingénieur hospitalier associé à l’équipe de direction chargé de la gestion technique et financière de l’ensemble des dispositifs médicaux. Il est titulaire d’un diplôme universitaire de 3ème cycle en génie biomédical ou d’un diplôme d’ingénieur. Les fournisseurs (appareils de traitement, accessoires : lasers, vidéosurveillance…) interviennent par l’intermédiaire des techniciens ou d’ingénieurs (technico-commerciaux et de maintenance). Année universitaire 2002-2003 34 La radiothérapie en modulation d’intensité ANNEXE 2 Chronologie relative à l’évolution technique des accélérateurs linéaires 1935 Invention de la cavité résonante Université de Standford (Etats Unis) 1937 Invention du tube haute fréquence de Russel et Sigurg (Société Varian) type Klystron 1939 Invention du tube haute fréquence de Randall et Boot (Royaume-Uni) type Magnétron 1946 Premier accélérateur avec tube haute Fry (Royaume-Uni) fréquence type Magnétron (0,5 MeV) 1948 Première tentative de radiothérapie Takahashi (Japon) conformationnelle 1952 Premier traitement de patients avec Fry (Royaume-Uni) accélérateurs à onde progressive (8 MV) 1953 Première commercialisation Mullard (Royaume-Uni) d’accélérateurs à usage Philips médical (6 MV) 1953 - 1955 Apparition des tubes type Klystron Varian (Etats-Unis) et CSF (France) haute puissance 1956 Première machine médicale à tube Standford (Etats-Unis) Klystron 1962 Premier système isocentrique Varian (due à l’invention de la pompe ionique) 1965 Premier accélérateur soviétique Institut de Leningrad 1967 Premier accélérateur médical hautes CSF énergies RdP Marseille (25 MV - 40 MV) 1967 Premier accélérateur japonais Société Mitsubishi 1969 Premier accélérateur allemand Société Siemens 1975 Premier accélérateur informatisé Thomson-CGR (France) Saturne 20 1989 Premier accélérateur avec collimateur Elekta multilames intégré Année universitaire 2002-2003 35 La radiothérapie en modulation d’intensité Annexe 3 Radiobiologie La radiothérapie est un traitement utilisant les rayonnements ionisants. Un rayonnement est un flux de particules matérielles ou immatérielles d’énergies variées. Les particules immatérielles qui nous intéressent sont les photons. Les photons se définissent comme étant des quantum (ou « grains d’énergie ») qui constituent les radiations électromagnétiques. Ces radiations englobent un vaste domaine allant des ondes radio aux rayons X et gamma en passant par la lumière, les infrarouges et les ultras violets. Ces différents rayonnements se distinguent par les énergies transportées par les photons. Plus l’énergie des photons est élevée plus le rayonnement sera pénétrant. C’est pour cette raison que seuls les rayonnements X et gamma, qui ont une énergie importante par rapport à l’ensemble des radiations électromagnétiques, entrent dans le domaine de la radiothérapie. C’est aussi parce qu’ils sont ionisants. Les rayonnements X sont produits par rayonnement de freinage à partir de l’accélération d’électrons issus du cortège électronique de l’atome. Leur production s’effectue au moyen de tubes à rayons X (utile pour les tumeurs superficielles et peu profondes), mais dans le cas des traitements plus en profondeur il y a nécessité d’utilisation de photons plus énergétiques obtenus au moyen d’accélérateurs médicaux d’électrons (ou accélérateurs linéaires). Dans le dernier cas, les énergies maximales des spectres de rayons produits atteignent 50 MeV (méga électrons volts) mais en pratique on se limite à 20 ou 25 MeV. Les particules matérielles le plus couramment utilisées en radiothérapie sont les électrons (particules de masse faible (1,67.10-24 g) et de charge élémentaire négative (-1,6.10-19 Coulomb). Ils constituent le rayonnement cathodique des tubes à décharges (ex : tube à rayons X) et le rayonnement Bêta– des corps radioactifs. En radiothérapie, ils proviennent d’accélérateurs linéaires. Il existe aussi les protons et neutrons produits par les cyclotrons. Année universitaire 2002-2003 36