POURQUOI? COMMENT? QUOI?

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1 Cours de DES d Oncologie-Radiothérapie Lille 5-7 mars 2015 POURQUOI? Grégory Delpon Qui? Grégory Delpon Institut de Cancérologie de l Ouest Nantes Centre René Gauducheau Service de Physique Médicale gregory.delpon@ico.unicancer.fr Tel : COMMENT? QUOI?

2 QUOI? L IGRT CBCT quotidien Contrôle hebdomadaire Tâche Repositionnement Images Table 6D 3D Tracking Recalage Acquisitions fréquentes d images dans la salle de traitement entrainant une décision ayant un impact dans la prise en charge du patient Verellen D, et al. A (short) history of image-guided radiotherapy. Radiother Oncol Jan;86(1):4-13

3 POURQUOI L IGRT? Tâche CBCT quotidien Contrôle hebdomadaire Repositionnement Images Pourquoi pratiquer l IGRT? Table 6D 3D Tracking Recalage Acquisitions fréquentes d images dans la salle de traitement entrainant une décision ayant un impact dans la prise en charge du patient

4 Radiothérapie : Enjeux Irradier la cible en épargnant au mieux les tissus sains Cible 100 Volume (%) OAR Cible OAR 0 Prescription Dose (Gy)

5 Incertitudes Incertitudes liées au patient Mouvements, déformations, Métaphore de Vincent Grégoire Cible OAR Ceci n est pas une pipe Magritte Incertitudes!!! CT de planification = imagerie figée d une géométrie mobile

6 Incertitudes Incertitudes liées à l opérateur Léonard de Vinci Andy Warhol Fernand Léger Marcel Duchamp Basquiat Fernando Botero

7 Incertitudes Incertitudes liées à l information (modalité d imagerie) Les Ménines Picasso

8 Incertitudes Estimer toutes les incertitudes Cible = GTV ; CTV ; PTV Cible PTV OAR Sfar, Chagall en Russie, tome 1 Besoin de marges

9 Marges Faisceau Cible PTV OAR

10 Optimisation Faisceau Cible PTV Tissus sains irradiés Toxicité OAR Limitation de la dose OAR Besoin de réduire les incertitudes géométriques

11 Incertitudes géométriques Impact de la réduction des incertitudes géométriques? POURQUOI? Pourquoi pratiquer l IGRT? Image de Dirk Verellen

12 L IGRT PARCE QUE : Jaffray. Image-guided radiotherapy: from current concept to future perspectives. Nat Rev Clin Oncol Dec;9(12):688-99

13 L IGRT POURQUOI? PARCE QUE : Amélioration de la qualité Réduction de la toxicité Augmentation de la dose tumorale Hypofractionnement Voxélisation (dose painting) Radiothérapie adaptative

14 IGRT : COMMENT? Comment réduire les incertitudes géométriques?

15 Systèmes kv intégrés kvcbct Dispositifs d imagerie Systèmes kv périphériques kv-kv MVCT MVCBCT Rayonnements ionisants

16 Dispositifs d imagerie Echographie Radio-fréquence Détecteurs de surface Clarity, Elekta Calypso, Varian SonArray, Varian, image G Créhange IRM RayPilot, MicroPos Rayonnements non ionisants

17 Système Avantages Inconvénients Détecteur de surface Echographie Radiofréquence kv/kv kvcbct MVCT Non ionisant Acquisition rapide en temps réel Grand FOV Non ionisant Peu coûteux Procédure simple et rapide Bientôt disponible pour l intra-fraction Non ionisant Acquisition rapide en temps réel Procédure simple indépendante de l opérateur Gestion du mouvement intra-fraction Peu irradiant Qualité image si repères osseux ou implants Procédure simple et rapide Selon systèmes, disponible pour l intra-fraction Acquisition volumétrique Visualisation des tissus Pas besoin de marqueurs implantés Acquisition volumétrique Visualisation des tissus Pas besoin de marqueurs implantés Moins d artéfacts pour les Z élevés Pas de visualisation de l anatomie interne Opérateur dépendant Modifications anatomiques liées à la sonde Besoin d un implant Pas d informations volumétriques Pas d informations volumétriques Pas de visualisation des tissus mous Procédure plus longue Recalage sur tissus complexe Procédure plus longue Recalage sur tissus complexe Soete G, et al. Image guided radiotherapy for prostate cancer. Bull Cancer Mar;95(3): De Los Santos J, et al. Image Guided Radiation Therapy (IGRT) Technologies for Radiation Therapy Localization and Delivery. Int J Radiat Oncol Biol Phys May 7 [Epub]. Das S, et al. Comparison of Image-guided Radiotherapy Technologies for Prostate Cancer. Am J Clin Oncol Feb 20 [Epub]. Présentation de Christine Boutry, EPU IGRT, Nantes Mars 2013

18 Purdy JA. Advances in the planning and delivery of radiotherapy: new expectations, new standards of care. Front Radiat Ther Oncol. 2011;43:1-28. Contrôle Qualité : rapports AAPM, SFPM

19 Recalage et fusion des images Transformation définit le nombre de degrés de libertés Rigide Translations (2 en 2D, 3 en 3D) Rotations (1 en 2D, 3 en 3D) Non-rigide (=déformable) Affine (+3 mises à l échelles en 3D) B-splines Thin plate splines Champ de vecteurs Repositionnement Radiothérapie adaptative Présentation Simon Rit, EPU IGRT, Nantes Mars 2013

20 Recalage et fusion des images Présentation Simon Rit, EPU IGRT, Nantes Mars 2013

21 Stratégies de correction Mettre en place des stratégies de correction de positionnement avec des protocoles d acquisition et de validation des images adaptés à l objectif thérapeutique van Herk M. Different styles of image-guided radiotherapy. Semin Radiat Oncol Oct;17(4): National Radiotherapy Implementation Group Report Image Guided Radiotherapy (IGRT) - Guidance for implementation and use. National Plan cancer Team, Part of National Cancer Programme, NHS (Angleterre) National%20Radiotherapy%20Implementation%20Group%20Report%20IGRTAugust%202012l.pdf

22 Stratégies de correction Corrections des erreurs de positionnement Erreurs systématiques? Erreurs aléatoires? Variations inter-fraction ou intra-fraction? Fréquence des sessions d imagerie N premières séances? Hebdomadaire? Quotidienne? Modalité d imagerie 2D? 3D? 4D? Repères pour le recalage Structures osseuses? Marqueurs implantés? Volume cible/oar? Validation du recalage et des décalages à appliquer En temps réel? En temps différé? Manipulateur? Radiothérapeute? Qualité image requise Marqueurs implantés? Tissus mous? Positionnement? Délinéation/Planification?

23 Rôle des professionnels Médecin Doit être qualifié et doit avoir reçu une formation IGRT spécifique Choisit la méthode de repositionnement du patient/tumeur traité(e) Recommande la méthode d évaluation des mouvements de la cible Est responsable de l utilisation de l IGRT en salle de traitement Potters L, et al. American Society for Therapeutic Radiology and Oncology (ASTRO) and American College of Radiology (ACR) practice guidelines for image-guided radiation therapy (IGRT). Int J Radiat Oncol Biol Phys Feb 1;76(2): Korreman S, et al. The European Society of Therapeutic Radiology and Oncology-European Institute of Radiotherapy (ESTRO-EIR) report on 3D CT-based in-room image guidance systems: a practical and technical review and guide. Radiother Oncol Feb;94(2): Présentation Igor Latorzeff, EPU IGRT, Nantes Mars 2013 Manipulateur Evolution du métier et du rôle Rôle selon organisation locale (validation des images? Seuils d intervention? ) Formation indispensable (maîtrise des outils, choix des critères de recalage, ) Par les industriels Par les physiciens Par les médecins

24 Doses liées à l imagerie en salle Justification Technique Prescription et Dose Efficacité Cible Pas de traitement Protection OAR Efficacité Traitement Radon, Montagne, Avion,! # Traitement IMRT+IGRT Optimisation Paramètres d acquisition Fréquence Modalité Repères Qualité image requise Gestion des doses Estimation des doses Reporting des doses Sommation complexe Shah et al. Contribution to normal tissue dose from concomitant radiation for two common kv-cbct systems and one MVCT system used in radiotherapy. Radiother Oncol 2012;105:139-44

25 Doses liées à l imagerie Selon la modalité et la stratégie Etude Modalité Site anatomique Mesures/Calcul Doses (cgy/scan) Doses (cgy/40 fx) Stock et al [10] kv Prostate, Vessie, Rectum Mesure 0,01 à 0,08 0,4 à 3,2 Stock et al [10] kvcbct Prostate, Vessie, Rectum Mesure 3,5 140 Kan et al [11] kvcbct Vessie, Rectum Mesures Kan et al [11] kvcbct Vessie, Rectum Mesures 0,9 à 1,2 (low dose) 4,0 à 5,3 (standard dose) 36 à à 212 Hyer et al [12] kvcbct Prostate, Vessie Mesures 1,5 à 2,8 60 à 112 Ding et al [13] kvcbct Prostate, Vessie, Rectum Calcul 1,4 à 1,7 56 à 68 Shah et al [14] MVCT Prostate Calcul 0,7 à 2,1 28 à 84 Isambert et al [15] MVCBCT Prostate Mesure 3,7 148 Zabel-du Bois et al [16] MVCBCT Pelvis Calcul 8,5 340 Delpon et al. In room delivered doses during image-guided radiotherapy courses. Cancer Radiother 2012 Sep;16(5-6):452-5

26 Présentation Pascal Pommier et Frédéric Lafay, EPU IGRT, Nantes Mars 2013

27 Evaluation des pratiques Analyse de population Représentation graphique des 3 paramètres calculés : M, σ sys et σ random chaque groupe est représenté par un disque de couleur la surface du disque est proportionnelle à la valeur absolue de M dans chaque graphe, la valeur numérique maximale de M est notée (valeur absolue en millimètres) la diagonale représente la droite pour laquelle l erreur aléatoire est égale à l erreur systématique Stéphanie Josset, SFRO 2011

28 Evaluation des pratiques Résultats cliniques

29 L IGRT COMMENT? AVEC : Dispositifs d imagerie Recalage et fusion Stratégies de correction Rôle des professionnels Evaluation des pratiques

30 IGRT : QUOI? La pratique de l IGRT permet-elle de répondre aux attentes?

31 Amélioration de la qualité L IGRT permet de s assurer fréquemment que le plan prévu est délivré au bon endroit au bon patient Imagerie quotidienne : Moins d erreurs d identité Moins d erreurs de localisation Moins d erreurs d isocentre Etude ne concerne pas les erreurs de positionnement Russo G, et al. Daily Orthogonal Kilovoltage Imaging Using a Gantry-Mounted On-Board Imaging System Results in a Reduction in Radiation Therapy Delivery Errors. Int J Radiation Oncol Biol Phys 2012 Nov; 84(3):

32 Réduction des marges Exemple : Philadelphie ORL Etude des décalages pour définir les marges CTV-PTV -CBCT quotidien et hebdomadaire avant et après la séance Den RB, et al. Daily image guidance with cone-beam computed tomography for head-and-neck cancer intensity-modulated radiotherapy: a prospective study. Int J Radiat Oncol Biol Phys Apr;76(5):

33 Réduction des marges Exemple : New York Prostate Comparaison IMRT avec et sans IGRT -même prescription : 86,4Gy -mêmes marges : 10mm sauf en postérieur 6mm -Non IGRT : MV hebdomadaire -IGRT : kv/kv quotidien avec recalage sur implants Meilleurs résultats cliniques notamment pour les cancers à haut risque avec IGRT Réduction des marges : 6mm Zelefsky MJ, et al. Improved clinical outcomes with high-dose image guided radiotherapy compared with non- IGRT for the treatment of clinically localized prostate cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys Sep 1;84(1): Délai sans re-augmentation du PSA

34 Réduction de la toxicité Augmentation de la dose Exemple : Melbourne Prostate 78Gy vs 74Gy -mêmes marges : 10mm sauf en postérieur 7mm -Non IGRT : MV quotidien première semaine puis hebdomadaire -IGRT : kv/kv quotidien avec recalage sur implants Réduction de la toxicité malgré l augmentation de la dose (IMRT+IGRT) Kok D, et al. Late toxicity and biochemical control in 554 prostate cancer patients treated with and without dose escalated image guided radiotherapy. Radiother Oncol May: S (13)

35 Hypofractionnement Traiter en moins de séances de plus forte dose De plus en plus de localisations concernées Fort enjeu dans les années à venir (confort du patient, coût du transport) En lien avec la SBRT (présentation Stéphanie Josset) Kollar L, Rengan R. Stereotactic body radiotherapy. Semin Oncol Dec;41(6):

36 Hypofractionnement Des centaines de publications! Et d essais cliniques! ; mots clés : hypofractionated radiotherapy

37 Voxélisation Cibler les zones de radiorésistance intra-tumorale (prolifération, cellules souches, hypoxie) pour majorer la dose dans la cible sans augmenter la toxicité sur les organes sains métabolisme FDG prolifération FLT hypoxie CuATSM En lien avec les nouvelles modalités d imagerie pour la radiothérapie (présentations Renaud De Crevoisier et François Dubus)

38 Voxélisation Modification de l hypoxie en cours de radiothérapie Lin et al. The influence of changes in tumor hypoxia on dose-painting treatment plans based on 18F-FMISO positron emission tomography. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2008;70 (4):

39 Adaptation Processus de traitement en boucle qui permet d intégrer des données individuelles du patient telles que les variations anatomiques et la dose reçue au cours du traitement Variations progressives : Rate, ORL, Poumons, Pas de nécessité de stratégie on line Besoin de replanification et d accumulation Quand? Seuils? Variations aléatoires : Prostate, Col utérin, Rectum, Vessie, Nécessité de stratégie on line Replanification complexe dans le flux clinique Stratégie de bibliothèques de plans Combien? Qui? Besoin d accumulation Yan D. Developing quality assurance processes for image-guided adaptive radiation therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2008;71(1 Suppl):S28-32 Cazoulat G, et al. From image-guided radiotherapy to dose-guided radiotherapy. Cancer Radiother Dec;15(8):691-8

40 Adaptation ; mots clés : adaptive radiotherapy Adaptative Radiotherapy to Decrease Xerostomia in Oropharynx Carcinoma (ARTIX) Renaud De Crevoisier Center Eugene Marquis

41 IGRT : conclusion Prise en compte des modifications anatomiques (déplacements, déformations) Facilité technologique (appareils d imagerie et de traitement) Modification des pratiques thérapeutiques (marges, prescription, techniques de traitement) Nécessité d évaluation des pratiques (objectif? bénéfice clinique?) Impact organisationnel (pratique locale, partage des tâches)

42 Radiothérapie IGRT : conclusion IGRT Stratégie Qualité Dose Toxicité Hypofractionnement Voxélisation Adaptation Acquisitions