L a radiothérapie forme avec la chirurgie et l oncologie médicale le trépied essentiel

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1 La radiothérapie adaptative dans les tumeurs cervico-faciales Pierre Castadot 1,4, John A. Lee 1, Xavier Geets 1,2, Benoît Macq 3, Vincent Grégoire 1,2 1 Laboratoire d Imagerie Moléculaire et de Radiothérapie Expérimentale, Université catholique de Louvain 2 Service de Radiothérapie-Oncologie, cliniques universitaires Saint-Luc 3 Laboratoire de Télécommunications et Télédétection, Université catholique de Louvain 4 Service de Radiothérapie-Oncologie, CHU de Charleroi - site de Vésale Mots-clés : Radiotherapie adaptative, recalage élastique, cancer tête et cou, multimodalité, PET scan DE LA TROISIÈME DIMENSION... L a radiothérapie forme avec la chirurgie et l oncologie médicale le trépied essentiel au traitement curatif des patients atteints de cancer. Depuis une dizaine d années, le service de radiothérapie oncologique des cliniques universitaires Saint-Luc associé au laboratoire d imagerie moléculaire et de radiothérapie expérimentale de l université catholique de Louvain est à la pointe de la radiothérapie tridimensionnelle en modulation d intensité (Intensity Modulated Radiation Therapy ou IMRT en Anglais) et les tumeurs de la sphère cervico-maxillo-faciales (ORL) ont été choisies comme modèle. C ette technique de traitement des tumeurs nécessite d abord la délimitation précise des volumes tumoraux et des organes à épargner. Pour ce faire, le radiothérapeute utilise l imagerie anatomique comme le CT scanner ou la résonance magnétique nucléaire. En complétant les informations recueillies par de l imagerie fonctionnelle comme la tomographie par émission de positrons (PET scan), le radiothérapeute gagne en précision dans cette étape très importante de la délimitation des volumes à traiter ou à épargner. RMC

2 A près avoir délimité les volumes cibles et à risque, commence l étape de la planification du traitement. Cette étape, en étroite collaboration avec le service de physique consiste à adapter le traitement à chaque patient et à sa pathologie. Les machines modernes de radiothérapie permettent de littéralement disséquer la tumeur car les gradients de dose générés sont très importants. Cela offre l opportunité d augmenter la dose de rayons délivrée au niveau de la tumeur tout en diminuant la dose au niveau des tissus sains. Ce faisant, la probabilité d augmenter le contrôle tumoral, et donc de guérison, augmente alors que la probabilité d effets secondaires négatifs pour le patient diminue drastiquement. A LA QUATRIEME DIMENSION C ette méthode classique de traitement des patients traités par radiothérapie souffre néanmoins d une limitation essentielle. En ne faisant qu un scanner de dosimétrie avant le début de la radiothérapie, les radiothérapeutes font l hypothèse extrêmement simplificatrice que l anatomie du patient ne change pas en cours de traitement. En réalité des phénomènes tels que la fonte tumorale, la perte de poids induite par la chimio et/ou la radiothérapie et l œdème provoquent des modifications anatomiques très importantes. Le scanner de dosimétrie effectué préalablement à la radiothérapie ne constitue donc qu un «cliché instantané» de l anatomie du patient (voir Figure 1). RMC

3 L imagerie en cours de traitement permet d observer les modifications anatomiques et métaboliques induites par le traitement. Pour un patient atteint ici d une tumeur cervico-faciale, les images au scanner CT (images du dessus) ainsi que celles acquises au PET scan (images du dessous) montrent très clairement la fonte tumorale. La radiothérapie adaptative est capable de prendre en compte les modifications observées pour recibler le traitement de manière optimale à chaque session d irradiation. Figure 1 P ar exemple, nous avons pu prouver que le volume tumoral diminue de 3.2% par jour de traitement. Par ailleurs, les glandes salivaires (parotides et sous-maxillaires) diminuent d environ 1.2% par jour de traitement. De plus, ces différents organes présentent de légères modifications de position (de l ordre de 2mm), probablement dus aux phénomènes de rétraction tumorale et de perte de poids du patient. Ces modifications anatomiques induites par la radiothérapie font que la dosimétrie effectuée préalablement n est plus tout à fait correcte vu que le traitement planifié a été appliqué sur une anatomie légèrement différente. RMC

4 E n appliquant le traitement planifié avant le traitement sur les scanners acquis durant le traitement, nous avons évalué l impact dosimétrique des modifications anatomiques. Ainsi, nous avons pu démontrer que tous les organes à risque (glandes parotides et sous -maxillaires, cavité orale, moelle épinière, peau) que nous souhaitons épargner en cours de traitement reçoivent systématiquement légèrement plus de dose que prévu. Cette constatation importante nous a donc amené à tester l hypothèse suivante : si l anatomie du patient varie en cours de traitement, pourquoi ne pas adapter le traitement au cours du temps à ces modifications anatomiques. Cette nouvelle manière de traiter les patients, incorporant la quatrième dimension (le temps) au traitement du patient porte le nom de Radiothérapie Adaptative (Adaptive Radiotherapy). L hypothèse sous-jacente est qu en adaptant le traitement aux modifications anatomiques particulières de chaque patient nous augmenterons encore la probabilité de contrôler la tumeur tout en diminuant les effets secondaires induits par notre traitement. Afin de tester cette hypothèse, nous avons utilisé des données relatives à dix patients ayant bénéficié de quatre imageries en cours de traitement. Nous avons complètement replanifiés ces patients sur base des scanners acquis durant le traitement (voir Figure 2). Figure 2 P lanification de la dose de rayonnement à administrer avant et pendant le traitement. Les images montrent la répartition de la dose sur les images de scanner CT acquises à deux temps différents du traitement. Les couleurs en surimpression traduisent les isodoses légendées entre les deux images. Le suivi par l imagerie permet de conserver une focalisation optimale de la dose sur la lésion, tout en diminuant le volume irradié avec les doses les plus importantes. Cela permet d augmenter la probabilité de contrôle local de la maladie tout en réduisant la toxicité du traitement. RMC

5 C e faisant, nous tenons entièrement compte des modifications anatomiques de chaque patient. En utilisant une telle méthodologie, nous sommes arrivés à la conclusion qu en utilisant la radiothérapie adaptative, nous améliorons sensiblement la dosimétrie cumulée au niveau des organes à risque, notamment au niveau de la moelle épinière, de la cavité orale et des glandes sous-maxillaires. Ces résultats préliminaires ouvrent la voie vers de nouvelles investigations, nous permettant d envisager des études cliniques afin de valider les gains potentiels révélés par nos travaux. A fin de pouvoir faire le lien entre les différents scanners et les différentes dosimétries effectuées en cours de traitement, nous avons dû développer de nouveaux outils. Ces outils, appelés algorithmes de recalage élastique, nous permettent d identifier et de mesurer précisément les modifications anatomiques du patient. Ces outils ont fait l objet d une collaboration étroite avec le laboratoire de Télécommunication (Laboratoire TELE, Benoît Macq) de Louvain-la-Neuve. Ce faisant, nous avons pu adapter et choisir le meilleur programme pour les patients souffrant d une néoplasie de la sphère cervico-faciale. Cette collaboration entre laboratoires fut extrêmement fructueuse. DE NOUVEAUX PROJETS À VENIR RMC

6 O utre la possibilité de générer des gradients de dose importants, les machines modernes de radiothérapie offrent la possibilité d effectuer une imagerie quotidienne grâce à l imagerie embarquée sur ces machines de traitement. En utilisant l information quotidienne de cette imagerie embarquée, nous pourrons déterminer comment la dose de rayon s est déposée à chaque séance de traitement. Cela ajoutera un gain en termes de précision. E n ce qui concerne le PET scan, le concept de radiothérapie adaptative sera étendu à l utilisation à plusieurs traceurs. En complément du fluoro-deoxy-glucose, qui révèle l hypermétabolisme glucidique de la tumeur, d autres molécules indicatrices de la prolifération ou de l hypoxie tumorale seront utilisées. C es traceurs alternatifs seront étudiés sur une petite série de 10 patients avec tumeurs de stade avancé dans la sphère ORL. Les patients bénéficieront d une imagerie anatomique par CT et d une imagerie fonctionnelle par PET avec les différents traceurs à la fois avant et au cours des 3 premières semaines du traitement par radiothérapie. E n utilisant les informations collectées, nous pourrons administrer une dose nonuniforme au niveau de la tumeur, en visant en particulier les zones détectées comme étant radio-résistantes. RMC