Sonia Vinceller, Mohamed Ben Hassel Centre Eugène Marquis ...

MODALITES TECHNIQUES EN RADIOTHERAPIEDES TUMEURS CEREBRALES

Sonia Vinceller, Mohamed Ben HasselCentre Eugène Marquis, Rennes

Rôle de l’image Radiothérapie externe par faisceaux de photons X ou γ

RT conformationnelle fractionnéeRT fractionnée stéréotaxiqueRT stéréotaxique et dose unique (radiochirurgie)

Radiothérapie externe par faisceaux de protonsCapture neutronique par le bore (BNCT)Curiethérapie stéréotaxique

Radiothérapie : chaîne de traitementImagerie Planification du traitement (TPS)

CT scan

IRM

Repérage anatomique + densités électroniques

Délinéation GTV, OAR

Calcul et optimisation de la distribution de dose

Système « Record&Verify »Vérificationpositionnement

Irradiation

PET/CT

Recalage 3D

Prescription de la dose contraintes + objectifs : PTV, OAR

Evaluation du plan de traitement (isodoses, DVH, indices de conformité)

Simulation de la balistique : isocentre(s), nb et orientation des faisceaux

Traitement

IMAGERIE

Scanner CT (Computed Tomography)

Imagerie tomographique par rayons X : imagerie de référence en radiothérapie

(1) Correspondance nombres de Hounsfield ↔ densités électroniques ⇒ indispensable pour le calcul de dose

(2) Repérage et immobilisation du patient dans une position reproductibleRésolution spatiale, pas de distorsion géométrique

Protocole crâne : acquisition hélicoïdale + reconstruction en coupes axiales jointives (2 à 5 mm) avec injection produit de contraste, masque thermoformé

Intersection des lasers sur les repères matérialisant l’isocentre

IMAGERIEL’échelle de Hounsfield : atténuation moyenne dans un pixel ⇔ nombre CT

Correspondance nb CT ⇔ densités électroniques ⇒ calcul de la dose

IMAGERIE

Imagerie par Résonance Magnétique Imagerie de référence pour le tissu cérébral ⇒ recalage 3D avec CT

⇒ délinéation des structures anatomiques : lésion, organes critiques (chiasma, nerfs optiques, tronc…)

!!! Toujours valider le résultat de la fusion (quel que soit le logiciel et l’algorithme utilisé).

Protocole crâne fusion : coupes jointives d’épaisseur 1 à 3 mm dans la meilleure séquence et dans les 3 orientations (axial, sagittal, coronal), résolution min 512x512.

Exemple : astrocytome (TPS Pinnacle Syntegra, Philips)

IMAGERIERecalage automatique 3D CT-IRM : exemple TPS iPlan RT Image v3.1, BrainLAB

Courtesy of BrainLAB AG

Radiothérapie externe conformationnellepar faisceaux de photons X ou γ

Introduction :

Photons : physique, prescription de la dose, évaluation d’un plan de traitement

Les faisceaux de photons : physique

Distribution de dose en profondeur sur l’axe du faisceau

Multiplication des portes d’entrée :

1 fx

2 fx

4 fx

RX 6 MV (max ~15mm)

γ Co-60 1,25 MV (max ~ 5mm)

PHOTONS

Prescription de la dose :

Définition des volumes cibles : GTV, CTV, PTVCentre de masse du PTV = isocentre (point de concours des faisceaux) = point de référence normalisation de la dose (isodose 100%) Critère de couverture et d’homogénéité du PTV = -5% à +7%

ICRU Report 50/62Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam TherapyInternational Commission on Radiation Units and Measurements

Evaluation d’un plan de traitement :

1. Distributions de dose dans des coupes axiales, coronales, sagittales 2. Histogrammes dose-volume : PTV, organes à risque3. Indices de couverture, homogénéité, conformation du PTV (± prise en compte des

OAR)⇒ comparaisons de plans / choix du meilleur traitement

PHOTONS

cas particulier de la radiochirurgie

= 1

cas de la RT stéréotaxique fractionnée : C = 1 + VNIR/VTIR 1 < C < 2

Index de conformation et radiothérapie. Feuvret et al. Cancer/Radiothérapie 8 (2004) 108-119

Radiothérapie externe conformationnelle fractionnée

⇒ Equipement :Accélérateurs linéaires médicaux (linac) équipés de collimateurs multilames numérisés (MLC)

⇒ Modes de traitement :Faisceaux statiques coplanaires ou non

⇒ Indications :Glioblastome, astrocytome

RT EXTERNE CONFORMATIONNELLE

Accélérateur linéaire médical :

Linac : appareil de traitement le + utilisé en RT Production de faisceaux de photons (par bremsstrahlung) : énergies de 4 à 25 MVIsocentricité de la rotation bras-collimateur-table : distance 100 cm de la sourceCollimateurs multilames numérisés (MLC) : lames de largeur 4 à 10 mm à l’isocentreSystème d’imagerie portale : vérification du positionnement par 2 clichés orthogonaux

Varian Clinac 2100C Elekta Precise

MLC

Imageur portal


Orientation et conformation des faisceaux :BEV (Beam Eye View) : projection du champ d’irradiation sur images DRR(digitally reconstructed radiographs) dans le plan passant par l’isocentre

Marge d’adaptation des lames au PTV = 5 à 10 mm (pénombre)


Glioblastome :PTV = GTV + 25 mm (3D)

60 Gy (30 x 2 Gy) = 100%

4 faisceaux RX 6 MV

(3 coplanaires + 1 cranio-caudal)

TPS Pinnacle v7.6c (Philips)

Radiothérapie externe conformationnelle fractionnée en conditions stéréotaxiques

⇒ Equipement :- Linac avec MLC- Système de repérage stéréotaxique

⇒ Modes de traitement :- faisceaux statiques non coplanaires - arcthérapies conformationnelles- arcthérapies conformationnelles dynamiques- IMRT ? (intensity modulated radiation therapy)

⇒ Indications :Méningiome, adénome hypophysaire, …

Journal of Neurosurgery, november 2004, Volume 101, Supplement 3International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2006, Volume 66, Number 4, Supplement

RT EXTERNE STEREOTAXIQUE

Mise en oeuvre stéréotaxie fractionnée : Contention (réalisée au scan) :

Masque thermoformé bivalveCadre non invasifBlocage mâchoire

⇒ Précision repositionnement < 2mm (3 à 30 fractions)


• Fixation de la boîte de repérage munie de fiduciaires au cadre de stéréotaxie• Acquisition CT (helical 2 mm sans injection)• Reconstruction des fiduciaires et du volume dans le système de coordonnées stéréotaxiques• Planification dosimétrique • Mise en place du patient à l’isocentre (« boîte de repérage ») • Vérification du positionnement par imagerie portale

Durée d’une séance de traitement : 20 à 30 minutes


Méningiome sinus caverneux droit54 Gy (30 x 1,8 Gy)5 arcs dynamiquesIsodose de référence 95%C = 1.3

TPS Brainscan v5.31 (BrainLAB)


Traitement en arcthérapie conformationelle dynamique (accélérateur dédié Novalis avec micro-multilames intégré)

Radiothérapie externe en conditions stéréotaxiques et dose unique (radiochirurgie)

⇒ Technologie :

1. Linac équipé de collimateurs cylindriques ou µMLC

2. Appareil dédié de cobalthérapie : Leksell Gamma Knife

3. Linac compact robotisé : CyberKnife

⇒ Indications :Schwannome vestibulaire, neurinome, métastases…

RADIOCHIRURGIE 1 : LINACMise en œuvre radiochirurgie linac (le même jour) :

- pose du cadre invasif - IRM- CT scan- Planification dosimétrique- test isocentricité linac- positionnement du patient (localiseur)- irradiation- dépose du cadre

⇒ Précision positionnement < 1 mm (séance unique)

Source :http://www.brainlab.com/

RADIOCHIRURGIE 1 : LINAC

Collimateurs cylindriques : traitement multi-isocentrique

Micro-MLC : traitement mono-isocentrique, lames de 3 mm

Lames 3 mm (BrainLAB m3) Lames 5 mm (Varian MLC-120)


Accélérateur dédié radiochirurgie : Novalis (BrainLAB)

Caméra IR

Détecteurs

m3

Cadre + IR markers

Tube RX


Vestibular schwanoma12 Gy sur 100% volume(15 Gy à l’isocentre)6 faisceaux statiques

TPS iPlan v3.0 (BrainLAB)

Courtesy of BrainLAB AG


Métastase :PTV = GTV + 2 mm10 Gy sur la 90%(11 Gy à l’isocentre)5 arcs dynamiquesC = 2

RADIOCHIRURGIE 2 : GAMMA KNIFE

Leksell Gamma Knife (Elekta)

Caractéristiques techniques :

201 sources de cobalt-60 de diamètre 1 mm, hauteur 20 mmEquirépartition hémisphériqueRayons gamma d’énergie moyenne 1,25 MeV, période 5,25 ansActivité d’une source 32 Ci (1,1x1012 Bq)

Collimateurs cylindriques diamètres 4, 8, 14 et 18 mmDSA 40 cmCadre de Leksell (invasif )

Appareil « clés en main » dédié radiochirurgie

40 cm


modèle 4C

Source : http://www.elekta.com/healthcare_international_gamma_knife_surgery.php

Perfexion Perfexion (le collimateur)


« Ball packing » :exemple conformation d’une cible de forme complexe avec 5 tirs ⇒ Repositionnement du patient pour chaque tir⇒ Changement du collimateur pour chaque diamètre⇒ hétérogénéité : isodose de référence 50%

1 shot 2 shots

2,5 cm

3 shots 4 shots 5 shots

Treatment planning for stereotactic radiosurgery with photon beams.Yu et al. Technology in Cancer Research & Treatment (2003) vol 2(2) pp 93-104

RADIOCHIRURGIE 3 : CYBER KNIFE

Radiochirurgie robotisée : CyberKnife (Accuray)

Caractéristiques techniques :

• accélérateur linéaire compact sur bras robotisé à 6 degrés de liberté• faisceau de photons qualité ~ 6 MV• débit 600 UM/min• collimation cylindrique diamètres 5 à 60 mm• masque non invasif (repérage guidé par l’image)• distance source-cible variable : 60 à 100 cm• planification inverse (IMRT) : indispensable• système d’imagerie par rayons X• durée d’une séance de traitement (crâne) : 1h

Obtention d’un faisceau modulé en intensité à partir d’une superposition de segmentsLes 6 axes du CyberKnife


Détecteursplans

Courtesy of G. Angellier, Centre Antoine Lacassagne, Nice


Tube RX 1



TPS MultiPlan (Accuray) : isodose de référence 80%, 100 à 200 faisceaux non isocentriques (IMRT)


The role of cyberknife radiosurgery/radiotherapy for brain metastases of multiple or large-size tumors. Nishizaki et al. MinimInvas Neurosurg 2006; 49 : 203-209

⇒ Radiochirurgie : linac, gamma knife, ou cyber knife ?

La radiochirurgie : principes. D. Porcheron, J. Regis. Neurochirurgie 50 (2004) n°2-3, 265-269

A review of 3 current radiosurgery systems. Andrews et al., Surgical Neurology 66 (2006) 559-654

Gentlemen (and ladies), choose your weapons : Gamma Knife vs. Linear Accelerator Radiosurgery. Stieber et al., Technology In Cancer Research and Treatment, volume 2, number 2, april (2003)

…

Protonthérapie

⇒ Technologie :Cyclotron biomédical produisant des faisceaux de protons : énergies de 70 à 200 MeV

⇒ Indications : Post-radiothérapieChordomes, chondosarcomes, méningiomes

PROTONSProtons : avantages balistiques

PROTONS

Protons : avantages balistiques

Protonthérapie : mise en oeuvre

- Masque et cadre de stéréotaxie invasif ou non- Collimateur et compensateur personnalisés- Repérage par RX de grains d’or implantés dans le crâne- Durée d’une séance de traitement : environ 1 heure

PROTONS

Tumeur

Organe critique

Collimateur + compensateur

PROTONS

Méningiome de la base du crâne

RT conformationnelle RX Protons

Lomax et al. Radiotherapy and Oncology Vol. 51, Issue 3, Pages 257-271

PROTONS

Northeast Proton Therapy Center (Boston)

Source : http://neurosurgery.mgh.harvard.edu/ProtonBeam/

Projet du Rinecker Proton Therapy Center (Munich)

250 MeV SCcyclotron

4 salles de traitement faisceaux isocentriques

1 salle de traitement faisceau fixe

Source : http://www.accel.de

BNCT (Boron Neutron Capture Therapy)

Equipement :- réacteur nucléaire : production de neutrons thermiques- agent biologique vecteur de Bore-10

(concentration ~ 20 µg/g tumeur)

Indications :Glioblastome

Boron Neutron Capture Therapy of Cancer : current status and Future Prospects. Barth et al. Clin Cancer Res 2005 (11) pp 3987-4002

BNCTRéaction de capture neutronique par le bore-10 :

Particules alpha

BNCTBNCT : un traitement guidé biologiquement

Intérêt des particules alpha : TEL élevé

Grand nombre d’ionisations et faible parcours dans les tissus : 5-9 µm

⇒ effets limités à l’intérieur des cellules cancéreuses contenant le bore

(0.5 eV < En < 10 keV)

( En < 0.5 eV)

Curiethérapie interstitielle bas débit de doseen conditions stéréotaxiques

⇒ Indications :« Boost » post-radiothérapie externe Gliomes malins / récidives

⇒ Principales sources utilisées :grains d’iode 125 (moy. 28keV : +++ radioprotection)fils d’iridium-192 (moy.380 keV)

Brachytherapy for brain tumors. Todd W. Vitaz et al. Journal of Neuro-Oncology (2005) 73; 71-86

CURIETHERAPIE

Curiethérapie interstitielle par iridium 192 en conditions stéréotaxiques

Indications : récidives des glioblastomes sus-tentoriels

Procédure:

1. Mise en place du cadre de Leksell

2. IRM et détermination du volume cible

CURIETHERAPIE

3. Choix de la géométrie d’implantation des fils

4. Mise en place couronne et instruments de biopsie

CURIETHERAPIE

5. Mise en place des tubes plastiques vecteurs

6. Mise en place des sources fictives et scanner

7. Calcul de la distribution de dose50 Gy en périphérie du volume cible post-radiothérapievolume cible = lésion + marge 3D de 0,5 à 1 cm

8. Dépose du cadre, mise en place des sources radioactives Durée du traitement : 3 à 8 jours(Bas débit de dose ~ 1 cGy/min)

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