Voir le rapport

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