MODALITES TECHNIQUES EN RADIOTHERAPIE DES TUMEURS CEREBRALES. Rôle de l image Radiothérapie externe par faisceaux de photons X ou γ

Transcription

1 MODALITES TECHNIQUES EN RADIOTHERAPIE DES TUMEURS CEREBRALES Sonia Vinceller, Mohamed Ben Hassel Centre Eugène Marquis, Rennes Rôle de l image Radiothérapie externe par faisceaux de photons X ou γ RT conformationnelle fractionnée RT fractionnée stéréotaxique RT stéréotaxique et dose unique (radiochirurgie) Radiothérapie externe par faisceaux de protons Capture neutronique par le bore (BNCT) Curiethérapie stéréotaxique

2 Imagerie Planification du traitement (TPS) Radiothérapie : chaîne de traitement CT scan Repérage anatomique + densités électroniques IRM Recalage 3D Délinéation GTV, OAR PET/CT Prescription de la dose contraintes + objectifs : PTV, OAR Simulation de la balistique : isocentre(s), nb et orientation des faisceaux Calcul et optimisation de la distribution de dose Evaluation du plan de traitement (isodoses, DVH, indices de conformité) Traitement Irradiation Vérification positionnement Système «Record&Verify»

3 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 reproductible Résolution 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

4 L échelle de Hounsfield : atténuation moyenne dans un pixel nombre CT IMAGERIE Correspondance nb CT densités électroniques calcul de la dose

5 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)

6 Recalage automatique 3D CT-IRM : exemple TPS iplan RT Image v3.1, BrainLAB IMAGERIE Courtesy of BrainLAB AG

7 Radiothérapie externe conformationnelle par faisceaux de photons X ou γ Introduction : Photons : physique, prescription de la dose, évaluation d un plan de traitement

8 Multiplication des portes d entrée : Les faisceaux de photons : physique Distribution de dose en profondeur sur l axe du faisceau 1 fx RX 6 MV (max ~15mm) 2 fx γ Co-60 1,25 MV (max ~ 5mm) 4 fx

9 Prescription de la dose : PHOTONS Définition des volumes cibles : GTV, CTV, PTV Centre 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 50/62 Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy International Commission on Radiation Units and Measurements

10 Evaluation d un plan de traitement : PHOTONS 1. Distributions de dose dans des coupes axiales, coronales, sagittales 2. Histogrammes dose-volume : PTV, organes à risque 3. Indices de couverture, homogénéité, conformation du PTV (± prise en compte des OAR) comparaisons de plans / choix du meilleur traitement cas particulier de la radiochirurgie = 1 cas de la RT stéréotaxique fractionnée : C = 1 + VN IR /VT IR 1 < C < 2 Index de conformation et radiothérapie. Feuvret et al. Cancer/Radiothérapie 8 (2004)

11 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

12 Accélérateur linéaire médical : RT EXTERNE CONFORMATIONNELLE Linac : appareil de traitement le + utilisé en RT Production de faisceaux de photons (par bremsstrahlung) : énergies de 4 à 25 MV Isocentricité de la rotation bras-collimateur-table : distance 100 cm de la source Collimateurs multilames numérisés (MLC) : lames de largeur 4 à 10 mm à l isocentre Système d imagerie portale : vérification du positionnement par 2 clichés orthogonaux Varian Clinac 2100C Elekta Precise MLC Imageur portal

13 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 RT EXTERNE CONFORMATIONNELLE Marge d adaptation des lames au PTV = 5 à 10 mm (pénombre)

14 RT EXTERNE CONFORMATIONNELLE Glioblastome : PTV = GTV + 25 mm (3D) 60 Gy (30 x 2 Gy) = 100% 4 faisceaux RX 6 MV (3 coplanaires + 1 craniocaudal) TPS Pinnacle v7.6c (Philips)

15 RT EXTERNE CONFORMATIONNELLE

16 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 3 International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2006, Volume 66, Number 4, Supplement

17 RT EXTERNE STEREOTAXIQUE Mise en oeuvre stéréotaxie fractionnée : Contention (réalisée au scan) : Masque thermoformé bivalve Cadre non invasif Blocage mâchoire Précision repositionnement < 2mm (3 à 30 fractions)

18 RT EXTERNE STEREOTAXIQUE 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

19 RT EXTERNE STEREOTAXIQUE Méningiome sinus caverneux droit 54 Gy (30 x 1,8 Gy) 5 arcs dynamiques Isodose de référence 95% C = 1.3 TPS Brainscan v5.31 (BrainLAB)

20 RT EXTERNE STEREOTAXIQUE

21 RT EXTERNE STEREOTAXIQUE

22 Traitement en arcthérapie conformationelle dynamique (accélérateur dédié Novalis avec micro-multilames intégré) RT EXTERNE STEREOTAXIQUE

23 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

24 Mise 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 RADIOCHIRURGIE 1 : LINAC Précision positionnement < 1 mm (séance unique) Source :

25 Collimateurs cylindriques : traitement multi-isocentrique RADIOCHIRURGIE 1 : LINAC Micro-MLC : traitement mono-isocentrique, lames de 3 mm Lames 3 mm (BrainLAB m3) Lames 5 mm (Varian MLC-120)

26 RADIOCHIRURGIE 1 : LINAC Accélérateur dédié radiochirurgie : Novalis (BrainLAB) Caméra IR Détecteurs m3 Cadre + IR markers Tube RX

27 RADIOCHIRURGIE 1 : LINAC Vestibular schwanoma 12 Gy sur 100% volume (15 Gy à l isocentre) 6 faisceaux statiques TPS iplan v3.0 (BrainLAB) Courtesy of BrainLAB AG

28 Métastase : PTV = GTV + 2 mm 10 Gy sur la 90% (11 Gy à l isocentre) 5 arcs dynamiques C = 2 RADIOCHIRURGIE 1 : LINAC

29 Radiothérapie externe en conditions stéréotaxiques et dose unique (radiochirurgie) 1. Linac équipé de collimateurs cylindriques ou µmlc 2. Appareil dédié de cobalthérapie : Leksell Gamma Knife 3. Linac compact robotisé : CyberKnife

30 RADIOCHIRURGIE 2 : GAMMA KNIFE Leksell Gamma Knife (Elekta) Caractéristiques techniques : 201 sources de cobalt-60 de diamètre 1 mm, hauteur 20 mm Equirépartition hémisphérique Rayons gamma d énergie moyenne 1,25 MeV, période 5,25 ans Activité d une source 32 Ci (1,1x10 12 Bq) Collimateurs cylindriques diamètres 4, 8, 14 et 18 mm DSA 40 cm Cadre de Leksell (invasif ) Appareil «clés en main» dédié radiochirurgie 40 cm

31 RADIOCHIRURGIE 2 : GAMMA KNIFE modèle 4C Perfexion Perfexion (le collimateur) Source :

32 «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 RADIOCHIRURGIE 2 : GAMMA KNIFE 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

33 Radiothérapie externe en conditions stéréotaxiques et dose unique (radiochirurgie) 1. Linac équipé de collimateurs cylindriques ou µmlc 2. Appareil dédié de cobalthérapie : Leksell Gamma Knife 3. Linac compact robotisé : CyberKnife

34 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 segments Les 6 axes du CyberKnife

35 RADIOCHIRURGIE 3 : CYBER KNIFE Détecteurs plans Courtesy of G. Angellier, Centre Antoine Lacassagne, Nice

36 RADIOCHIRURGIE 3 : CYBER KNIFE Tube RX 1 Courtesy of G. Angellier, Centre Antoine Lacassagne, Nice

37 RADIOCHIRURGIE 3 : CYBER KNIFE TPS MultiPlan (Accuray) : isodose de référence 80%, 100 à 200 faisceaux non isocentriques (IMRT) Courtesy of G. Angellier, Centre Antoine Lacassagne, Nice The role of cyberknife radiosurgery/radiotherapy for brain metastases of multiple or large-size tumors. Nishizaki et al. Minim Invas Neurosurg 2006; 49 :

38 Radiochirurgie : linac, gamma knife, ou cyber knife? La radiochirurgie : principes. D. Porcheron, J. Regis. Neurochirurgie 50 (2004) n 2-3, A review of 3 current radiosurgery systems. Andrews et al., Surgical Neurology 66 (2006) 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)

39 Protonthérapie Technologie : Cyclotron biomédical produisant des faisceaux de protons : énergies de 70 à 200 MeV Indications : Post-radiothérapie Chordomes, chondosarcomes, méningiomes

40 Protons : avantages balistiques PROTONS

41 Protons : avantages balistiques PROTONS

42 PROTONS 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 Tumeur Organe critique Collimateur + compensateur

43 PROTONS Méningiome de la base du crâne RT conformationnelle RX Protons Lomax et al. Radiotherapy and Oncology Vol. 51, Issue 3, Pages

44 PROTONS Northeast Proton Therapy Center (Boston) Source :

45 250 MeV SC cyclotron 4 salles de traitement faisceaux isocentriques 1 salle de traitement faisceau fixe Projet du Rinecker Proton Therapy Center (Munich) Source :

46 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

47 Réaction de capture neutronique par le bore-10 : BNCT Particules alpha

48 BNCT : un traitement guidé biologiquement BNCT (0.5 ev < En < 10 kev) 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 ( En < 0.5 ev)

49 Curiethérapie interstitielle bas débit de dose en 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

50 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

51 CURIETHERAPIE 3. Choix de la géométrie d implantation des fils 4. Mise en place couronne et instruments de biopsie

52 CURIETHERAPIE 5. Mise en place des tubes plastiques vecteurs 6. Mise en place des sources fictives et scanner 7. Calcul de la distribution de dose 50 Gy en périphérie du volume cible post-radiothérapie volume 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)