La radiotherapie conformationnelle est issue des progres techniques et informatiques. Les procedures de preparation et de traitement beneficient d''''une amelioration significative de la qualite. Cependant, toutes les etapes comportent des limitations de nature diverse et d''''influence variable. II est utile d''''identifier, de detailler et d''''exploiter ces limites afin d''''orienter les pratiques et d''''ameliorer la qualite. Connaitre les limites de la radiotherapie conformationnelle constitue un prealabJe ala mise en ceuvre de I''''irradiation par modula- tion d''''intensite. © 2001 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS.
CancerfR,adiother 200 I ; : Suppl I : 53s-6s © 2001 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS, Taus droits reserves Limites et difficultes de Ia radiotherapie de conformation Y a-t-il des limites physiques, techniques et morphologiques conformationnelle ? a fa radiotherapie R Garcia*, R Oozeer, H Le Thanh, M Alfonsi, C Berger, B Chauvet, D Serin, P Vincent, F Reboul Service de radiotherapie, Institut Sainte-Catherine, BP 846, 84082 Avignoll cedex, France RESUME La radiotherapie conformationnelle est issue des progres techniques et informatiques Les procedures de preparation et de traitement beneficient d'une amelioration significative de la qualite Cependant, toutes les etapes comportent des limitations de nature diverse et d'influence variable II est utile d'identifier, de detailler et d'exploiter ces limites afin d'orienter les pratiques et d'ameliorer la qualite Connaitre les limites de la radiotherapie conformationnelle constitue un prealabJe ala mise en ceuvre de I'irradiation par modulation d'intensite © 2001 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS radiotherapie conformationnelle ABSTRACT Are there physical, technical and morphological limits in conformal radiotherapy? Conformal radiotherapy results from several technical and data processing advances The treatment planning and the daily treatments have benefited from a significant improvement of the qual ity control However, all the steps of the process contain various limitations of varying effects It appear important to identify, describe and exploit those limits to better drive the procedures and optimise the quality Identifying the limits of the conformal radiotherapy should be an important help to implement intensity modulation radiotherapy © 2001 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS conformal radiotherapy La radiotherapie beneficie depuis quelques annees des evolutions technologiques s'appuyant sur les developpements informatiques L' expansion commerciale de l'informatique dans taus les domaines de l'industrie a permis la mise disposition de composants electroniques et de logiciels utiles un cout abordable dans Ie domaine medical Ainsi, Ie pilotage de machines (scanographie, simulateur, accelerateurs) l'imagerie (scanographie, IRM, tomographie par emission de positons) et Ia simulation des calculs tridimensionnels ont offert de nouvelles possibilites de preparation et de traitement qui ont Depuis quelques annees, les equipes ｦｲ｡ｮｾ ｩｳ･ eu acces cette technologie ont explore et exploite ces possibilites afin d'ameliorer les procedures de radiotherapie [12] II est assurement interessant aujourd'hui de se poser la question des !imites rencontrees au cours de tOlltes les etapes d' un traitement beneficiant de toutes les avancees connnes et publiees a a a MISE AU POINT L' analyse des limites peut etre conduite sur chacune des etapes de la procedure confonnationnelle Les hypotheses ou affinnations emanent de travaux publies, d'experiences personnelles mais aussi d' observations subjectives Dependant des equipements et des methodes, les limitations exposees seront effectives au inexistantes; elles peuvent, assurement, faire l' objet de controverses CONTENTION Afin de rapprocher la precision quotidienne de traitement de la precision infonnatique, il a fallu innover dans l'immobilisation de la partie du corps concernee [6, 16] AI' exception des cadres craniens invasifs, tous les moyens de contention n'immobilisent pas completement Ie patient Les masques thermofonnes associes des cales sous la nuque sont rassurants, mais des contr6les multiples montrent des mouvements du cou et l'affaissement progressif a ** Correspondance Adresse e-mail: garciar@freeJr (R Garcia) 54s R Garcia et al des cales en mousse II est necessaire de couvrir les epaules et Ie haut du crane pour esperer atteindre une precision d'environ mm [11] Certains malades atteints d'une tumeur de la sphere ORL ont, en debut de traitement, un volume ganglionnaire important et on assiste a une reduction significative du diametre du cou en cours de traitement La contention du pelvis par des systemes en matiere plastique ou en mousse polyurethane et rajout de reperes sur les jambes ant permis de compter sur une precision de mm [9], ce qui est acceptable tant qu'il ne constitue pas un obstacle a I'augmentation de la dose La contention du thorax est beaucoup plus complexe car toute immobilisation laisse a la colonne vertebrale un degre de liberte transverse de l' ordre du centimetre A ce jour, aucune nouvelle technique au methode semble ameliorer les conditions actuelles L'ensemble des methodes d'immobilisation laisse a I' erreur humaine une place effective qui intervient meme dans les situations les mieux maltrisees La recherche d'une precision extreme lars de toutes les seances est aisement compromise par la venue de personnel insuffisamment forme Le travail d' equipe fonde sur l' amelioration continue de la qualite peut seul limiter son influence ACQUISITION TOMODENSITOMETRIQUE L'acquisition tomodensitometrique est possible a l'aide d'un simulateur avec option tomographie pour un nombre de coupes faible Des procedures de qualite sont mises en ceuvre avec ce moyen [4] Cependant, la radiotMrapie conformationnelle est facilitee par l'utilisation d'un scanneur, fonctionnant de preference sur Ie mode helicoidal [18,24,27] Le scanneur, base de la simulation virtuelle, est physiquement conditionne par Ie diametre du tunnel Les scanneurs actuels sont construits avec un diametre interne de 68 a 70 em Des positions classiques de traitements ant dll e1J:e modifiees pour s'adapter aces contraintes L'inclinaison plan incline est, par exemple, limitee a environ 10° Un deplacement lateral limite oblige a modifier la simulation des irradiations mammaires [10] On a pu trouver des adaptations acceptables en croisant les bras au-dessus de la tete, mais la cambrure lombaire induite cree une position peu confortable et mal supportee par quelques malades ACCES AU SCANNEUR L'acces a un scanneur non dedie ala radiotherapie peutetre une limitation importante du fait du faible temps ｡ｬｉｯ ｈｾＮ Si on veut generaliser la procedure confOlmationnelle, il est incontournable de disposer d'un acces suffisant (30 a h par malade) [24] L' acquisition realisee par les manipulateurs du service de diagnostic, non fami- liarises avec les procedures de radiotMrapie, engendre souvent des divergences avec l'imagerie souhaitee La limitation en nombre de coupes conditionnee par la nomenclature re radiodiagnostic oblige a limiter la zone d'acquisition et a utiliser des epaisseurs de coupes trop importantes (10 mm) IMAGERIE Les logiciels de simulation virtuelle sont heterogenes quant aux outils d'explorations des images scanographiques Naviguer en continu dans les trois plans orthogonaux ou construire individuellement chaque plan n'offre pas la meme souplesse dans la recherche des zones contrastees Certains Iogiciels offrent un niveau d'exploration eleve qui pose Ie probleme du temps necessaire a leur mmtrise Les fusions d'images scanographiques et par resonance magnetique sont souvent primordiaies pour la determination des volumes cibles postoperatoires [25, 29] Peu d'equipes pratiquent cette methode, par manque de moyens ou de temps d'acces MOUVEMENTS INTERNES En dehors du cerveau, tous les sites tumoraux, en particulier Ie thorax, Ie pelvis, l'abdomen et la sphere ORL, sont affectes par des mouvements internes La deglutition, Ia respiration, les mouvements diaphragmatiques et Ie remplissages du rectum et de Ia vessie conditionnent au meme niveau la qualite des procedures d'irradiation [1,2, 14, 19] Dans cette limitation a la qualite, il faut distinguer l'influence sur la couverture du volume cible et celIe sur Ie caleul tridimensionnel Diverses methodes, qui necessitent toutes des investissements et du temps, sont en cours d'elaboration [20] Le blocage inspiratoire est une methode prometteuse qui ameliore la couverture des tumeurs intra-thoraciques et protege Ie poumon sain [8, 26] CONTOURS La delimitation des volumes cibles et de certains organes est un acte auteur-dependant; it est possible mais difficile d'agir sur cette variabilite [22, 29] II convient de pointer cette incertitude car eUe conditionne la totalite du traitement, Ie reste de la procedure n'etant que technique et totalement base sur ces contours La presence d'un medecin radiologue peut s' averer utile Potentiellement, Ie trace des contours conditionne jusqu' aux evaluations cIiniques Dans Ie meme ordre, les decisions concernant les marges d' expansions pour generer Ie volume cible previsionnel (PTV) dependent des evaluations locales de reproductibilite de positionnement mais aussi des considerations de prises de risque 55s Radiotherapie conformationnelle : ses limites Les opacifications vasculaire, vesicale, cesophagienne ou rectale sont parfois impossibles ou impmfaitement realises Ainsi, la qualite de la determination tridimensionnelle des volumes cibles est diminuee BALISTIQUE La procedure conformationnelle oriente les balistiques vers un nombre de faisceaux generalement superieur ace qui est classiquement utilise [3] II est difficile d' augmenter la charge de travail par la multiplication des caches focalises Ainsi, les evolutions sont conditionnees par les possibilites de nouveaux equipements tels que les collimateurs multilames On peut desormais ｮｾ｡ｬｩｳ･ｲ un faisceau conforme a la geometrie du volume cible vu de la source mais un compromis est souvent realise afin d'epargner des organes arisques Ceci constitue une des limitations les plus importantes de la radiotherapie conformationnelle D'autres limitations balistiques interviennent, telles que les banes de la table de traitement, qui empechent certaines incidences, au Ia transmission a travers des accessoires de contention CALCUL La validite des calculs est un sujet qui preoccupe les physiciens depuis l' apparition des premieres distributions de doses ｩｮｦｯｲｭ｡ｴｳｾ･ [5] Dans la procedure conformationnelle, ces isodoses engendrent des decisions importantes de prescription, qui soulevent la question de la precision de leurs positions La representation graphique de la distribution de la dose depend: de la methode mathematique de calcul, des coefficients de modelisation et de transmissions, de la taiIle de la matrice de calcul, des epaisseurs de coupes, des heterogeneites, des inclinaisons de surfaces, de la qualite et de la quantite des donnees mesurees Les influences individuelles ou associees de ces facteurs sont difficiles a etablir ; elles necessitent un travail important de la part des physiciens Dne distribution de dose est une image graphique figee qui evolue cependant avec les facteurs suivants : - les mouvements internes pendant la seance et entre les seances; - Ie repositionnement quotidien ; - la reduction tumorale necessitant parfois un deuxieme scanner en cours de traitement Ces influences ne sont pas vues comme des limitations, tant qu'elles ne sont pas analysees ou que l'on reste sur une vision conventionnelle de l'hTadiation Si on devait appliquer Ies futures evolutions de la radiotherapie sans se soucier des variations induites, on risquerait cIe Ies concretiser par des complications cliniques Des auteurs proposent d'inclure dans la dosimetrie une statistique de ces variations, mais, s'il est possible de generer des eneurs de positionnement ou des mouvements internes, Ie calcul presente n'est qu'une indication supplementaire pour une aide a I' analyse [15] ANALYSES Des calculs de dosimetrie tridimensionnelles, on a pu extraire des donnees relatives aux plans de traitements en vue de comparaisons ou d' analyses de risques II est cependant difficile d'etablir des outils absolus du fait des incertitudes et de la non-connaissance des relations dosevolume-complication Les courbes histogrammes cumuIes dose volume (DVH) peuvent constituer un indicateur pmtiel de la qualite d'un plan de traitement mais en aucun cas predire sans incertitude des risques cliniques [6] A ces relations dose-volume, on a pu associer des valeurs moyennes de complications issues d'une compilation [7] Les valeurs de NTCP (normal tissue complication probability) donnent une indication du niveau de complication assode au plan de traitement, avec une incertitude du meme ordre que la complexite des tumeurs et des personnes Les seules applications fiables de ces valeurs de complications emanent de travaux internes a certains centres concernant des localisations simples telles que l'inadiation du foie [13] L'indice de conformite est un indicateur combine de Ia couverture du volume cible et de l'inadiation des tissus sain [21] Idealement egal a 1, il atteint difficilement 0,6 dans Ie poumon et 0,8 dans la prostate et la sphere ORL Ces vaIeurs sont Ie resultat des limitations physiques sans tenir compte des variations au cours du traitement Si la conformation des faisceaux est globalement atteinte, il n'en est done pas de meme pour la dose [28] CONTROLES ET VERIFICATIONS La qualite de la radiotherapie conformationnelle est fondee, entre autre, sur la determination de marges de seeurites liees aux elTeurs de repositionnement quotidiennes Afin d' apporter une coherence dans la procedure, il convient de verifier que Ie niveau de qualite souhaite est atteint Les imageurs electroniques (portal imaging) permettent d'augmenter Ie nombre des contro1es, de realiser toutes les incidences obliques et d'ameliorer les methodes de velification [23] Leur utilisation est malheureusement tres limitee pm' Ie grand nombre des malades par accelerateur et Ie temps necessaire aleur analyse Ainsi, il n'est pas possible d'appIiquer un repositionnement sur la base des images quotidiennes II n'est done pas exc1u de realiser un mauvais traitement conformationnel, faute de n'avoir pu Ie contr6Ier suffisamment 56s R Garcia et al CONCLUSIONS La simulation virtuelle des faisceaux et leur conformation par rapport aux volumes d6limites ont assurement permis de mieux irradier NODS avons observe, aI'aide de l'acquisition scanographique pour la deuxieme partie du traitement, que Ie volume cible etait significativement « sousdose» dans 10 it 20 % des cas en se fiant a la simulation classique [17] Ainsi, la radiotherapie conformationnelle doit rester un objectif aappliquer it la totalite des malades pouvant en ben6ficier Les limitations existent comme une evidence car chaque evolution en comporte de nouvelles, certaines peuvent faire I' objet de travaux d' amelioration Beaucoup d' entre elles disparattraient si Ie niveau d' equipement et Ie nombre des personnes etaient en adequation avec l'ambition de qualite Certains aspects necessiteront une revolution technologique par l'utilisation d'acceIerateurs associes a une tomographie La plupart des limitations dosimetriques actuelles devraient tcouver des solutions dans la mise en reuvre de l'irradiation par modulation d'intensite REFERENCES I Balter J, Sandler H, Lam K, Bree R, Lichter A, Haken RKT Measurement of prostate movement over the course of routine radiotherapy using implanted markers Int J Radiat Oncol Bioi Phys 1995; 31 : 113-8 Beard CJ, Kijewski P Bussiere M, Gelman R, Glastone D, Shaffer K Analysis of prostate and seminal vesicle motion: implications for treatment planning Int J Radiat Oncol Bioi Phys 1996; 34: 451-8 Bey P Radiotherapie conformationnelle tridimemionnelle du cancer de la prostate Cancer/Radiother 2000 ; Suppl I : 113-8 Bridier A, Diaz JC, Kafrouni H, Leclerc A, Barrois MM, Rivet P, et al Methode utilisee al'institut Gustave-Roussy pour I'etablissement des plans de traitement des cancers ORL partir des images de simulateur-scanneur et du film radiographique de profil Cancer/Radiother 200 I ; : 273-8 Caneva S, Rosenwald JC, Zefkili S A method to check the accuracy of dose computation using quality index: application to scatter contribution in high energy photon beams Med Phys 2000 ; 27 : 1018-24 Chauvet B, Oozeer R, Bey p Ponvert D, Bolla M Radiotherapic conformationnelle des cancers de la prostate: revue generate CancerfRadiother 1999 ; : 393-406 Emami B, Lyman J, Brown A, Coia L, Goitein M, Munzenrider JE, et aJ Tolerance of normal tissue to therapeutic irradiation Int J Radiat Oncol Bioi Phys 1991 ; 21: 109-22 Garcia R, Oozeer R, Paoli JB, Reboul F Radiotherapie conformationnene des cancers bronchiques : interet du contrale de hI respiration CancerlRadiother 2000 ; Supp1 I : 44 Garcia R, Oozeer R, Thanh HL, Toy BJ, Reboul F Radiotherapie conformationnelle des cancers de la prostate: apport de ia contention pelvienne et de nouveaux reperes de positionnement CancerlRadiother 1997 ; I : 307-13 10 Garcia R, Serin D, Oozeer R, Thanh HL, Berger C, Reboul F Radiotherapie des cancers elll sein : contention en vue d'une simulation virtuelle Cancer/Radiother 2000 ; Suppl : 46 a Il Gilbeau L, Octave-Prignot M, Loncol T, Renard L, Scalliet P, Gregoire V Comparison of setup accuracy of three different thermoplastic masks for the treatment of brain and head and neck tumors Radiother Oneal 2001 ; 58 : 155-62 12 Ginestet C, Malet C, Lafay F, Dupin G, Chavand B, Carrie C Mise en reuvre d'une radiotherapie conformationnelle avec collimateur multilames: un an d'experience au centre Leon Berard CancerlRadiother 1997 ; I : 328-40 13 Jackson A, Haken RKT, Robertson JM, Kessler ML, Kutcher GJ, Lawrence TS Analysis of clinical complication data for radiation hepatitis using a parallel architecture model lnt J Radiat Oncol Bioi Phys 1995 ; 31 : 883-91 14 Langen KM, Jones DT Organ motion and its management Int J Radiat Oncol Bioi Phys 2001; 50: 265-78 15 Mageras GS, Kutcher OJ, Leibel SA, Zelefsky MJ, Melian E, Mohan R, et al A method of incorporating organ motion uncertainties into three-dimensional conformal treatment plans Int J Radiat Oncol Bioi Phys 1996 ; 35 : 333-342 16 Maingon P, Giraud JY Positionnement du patient et sa verification: justifications, etat de l'art des moyens c1assiques CancerlRadiother 2000; Suppll : 17-24 17 Mejury M, Fisher PM, Pledge S, Brown G, Anthony C, Hatton MQ, et al The impact of virtual simulation in palliative radiotherapy for non-small-cell lung cancer Radiother Oncol 200 I ; 59 : 311-8 18 Michalski JM, Purdy JA, Harms W, Matthews Jw The CT-simulation 3-D treatmcnt planning process Front Radiat Ther Oncol1996 ; 29 : 43-56 19 Mirimanoff RO, Franzetti-Pellanda A Systemes d'immobilisation pour la radiotherapie conformationnelle du cancer bronchique non 11 petites cellules CancerlRadiother 2000 ; : 279-84 20 Mohan DS, Kupelian PA, Willoughby TR Short-course intensiLymodulated radiotherapy for localized prostate cancer with daily transabdominal ultrasound localization of the prostate gland Int J Radiat Oneal BioI Phys 2000 ; 46 : 575-80 21 Oozeer R, Challvet B, Garcia R, Berger C, Felix-Faure C, Reboul F Evaluation dosimetrique d'une radiotherapie conformationnelle : Ie faeteur de conformation CancerlRadiother 2000 ; : 207-16 22 Oozeer R, Chauvet B, Toy BJ, Berger C, Garcia R, Felix-Faure C, et al Definition des contours prostatiques sur coupes tomodensitometriques : etude des discordances entre radiotherapeutes et entre examen Cancer/Radiother 1999 ; : 333-40 23 Pradier 0, Hille A, Schmidberger H, Hess CF Apport de I'imagerie haute energie dans un service de radiotherapie et incorporation de celle-ci dans un systeme en reseau CancerlRadiother 200 I ; : 24654 24 Ragan DP, Forman JD, He T, Mesina CF Clinical results of computerized tomography-based simulation with laser patient marking Int J Radiat Oncol Bioi Phys 1996; 34: 691-5 25 Rasch C, Barillot I, Remeijer P, Touw A, Herk MV, Lebesque J Definition of the prostate in CT and MRI : a multi-observer study Int J Radiat Oneal Bioi Phys 1999; 43: 57-66 26 Rosenzweig KE, Hanley J, Mah D, Mageras G, Hunt M, Toner S, et al The deep inspiration breath-hold technique in the treatment of inoperable non-small-celllung cancer Int J Radiat Oneal Biol Phys 2000; 48 : 81-7 27 Valicenti RK, Waterman FM, Corn BW, Curran WJ A prospective, randomized study addressing the need for physical simulation following virtual simulation Int J Radiat Oneal Bioi Phys 1997 ; 39 : 1131-5 28 Verhey LJ Cnmparison of three dimensional conformal radiation therapy and intensity-modulated radiation therapy systems Semin Radiat Oncol 1999 ; : 78-98 29 Wellens C, Menten J, Feron M, Bellon E, Demaerel P, Maes F, et al Interobserver variations in gross tumor volume delineation of brain tumors on computed tomography and impact of magnetic resonance imaging, Radiother Oncol 2001 ; 60 : 49-59