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État de l’art en radiothérapie – Astro 2009 O. Balas (Ingénieur Biomédical, Chu Hegp), Y. Wioland (Ingénieur Biomédical Igr) V. Moreno (Ingénieur Biomédical, Chu de Bordeaux), G. Gaschard-Wahart (Ingénieur Biomédical, Chu de Poitiers), avec l’aimable collaboration de D. Lefkopoulos (Radiophysicien Igr), É. Lartigau (Professeur au Col)

Introduction : l’adéquation évolution technique, évolution thérapeutique Depuis plusieurs années, les technologies utilisées en radiothérapie connaissent comme en imagerie une évolution technique importante. Quelle que soit la phase de prise en charge du patient, les innovations techniques sont présentes modifiant de ce fait l’approche thérapeutique ou la stratégie de traitement. L’augmentation des possibilités de traitement, leur précision ainsi que l’amélioration des possibilités de repérage et de repositionnement influent et modifient les pratiques professionnelles. Cette évolution se confirme et se renforce du fait de différents éléments de contexte et d’environnement : • les évolutions techniques de radiothérapie offrent une diversification des possibilités de traitement ; • le développement des techniques de communication augmente les capacités de transfert et d’échanges de données entre les systèmes intervenant dans le processus de prise en charge du patient ; • la demande des patients pour une prise en charge personnalisée, la mieux adaptée, la plus confortable leur permettent d’obtenir des évolutions dans le domaine de qualité de vie ; • les modèles économiques des pays industrialisés ne suivent pas systématiquement les évolutions technologiques, l’inflation des dépenses de santé.

Face à ce changement, il apparaît essentiel aujourd’hui d’évaluer l’apport de toutes ces avancées et de ce fait d’utiliser chaque équipement au maximum de ses performances et à bon escient dans le respect des protocoles thérapeutiques validés. Dans un contexte d’évolution très rapide cela implique une formation et une adaptation permanente aux nouvelles possibilités de protocoles de traitement apparaissant tous les ans, voire tous les six mois, au rythme des nouvelles versions techniques des fournisseurs. Cela permet non seulement d’optimiser l’utilisation, mais aussi la productivité des équipements, évitant ainsi une sous-utilisation ou une utilisation inadéquate pour le patient. La formation doit également inclure la connaissance et la prise de conscience des risques des nouvelles technologies pour le patient ou pour l’équipe travaillant avec l’équipement. Le radiothérapeute peut ainsi sélectionner le protocole le mieux adapté répondant à l’indication thérapeutique. En un mot il s’agit, pour le professionnel de radiothérapie, de s’approprier en permanence les évolutions technologiques, lui permettant aussi de développer de nouveaux champs d’investigation. Le choix d’une nouvelle technique thérapeutique repose sur un projet médical après une évaluation des différentes techniques proposées. Ce projet médical doit clairement intégrer la file active de patients concernés par cette technique ainsi qu’une évaluation du workflow engendré par sa mise en place. Dans le cadre de la maîtrise

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des dépenses de santé, le projet médical doit être complété par une étude médicoéconomique intégrant les charges directes (travaux, investissements, maintenance, consommable, personnel, etc.), les recettes associées et dans, certains cas, les économies indirectes engendrées dans le cas de substitution à certaines techniques de traitement. Il est d’autant plus important aujourd’hui de maîtriser cette profusion de technologies, qui sont complexes, coûteuses, voire nocives en l’absence de contrôle. En France… En France, la mutation de la radiothérapie est impactée par les différents accidents de ces dernières années et la difficulté de mise en œuvre des réglementations récentes relatives à la sécurisation des traitements (par manque de moyens, humains, financiers). Si l’objectif des nouvelles réglementations est sécuritaire, il a cependant entraîné pour de nombreux centres la mise en évidence de problématiques plus ou moins complexes : manque de moyens humains (radiophysiciens) et techniques  ; organisation et procédure insuffisantes, etc. Toutes les modifications d’organisation pour la mise en conformité nécessitent l’obtention de moyens qui sont parfois difficiles, voire dans certains cas très difficiles à obtenir et mettre en place. La mise en place de services de physique médicale demandée par l’Autorité de sécurité nucléaire s’avère problématique pour certains centres, qui pour répondre aux missions et responsabilités qui leur incombent et intégrer le travail de mise en place de techniques de

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radiothérapie innovantes se retrouvent parfois en difficulté avec les capacités existantes. Ces impacts entraînent une modification de la cartographie des centres de traitement se traduisant (en fonction des différentes problématiques rencontrées) parfois par des arrêts d’activité ou par un accord avec un centre référent ayant dans ce cas un rôle d’assistance et d’appui mais aussi par le regroupement des centres permettant l’optimisation des moyens.  Tendances générales et stratégies industrielles À tous les niveaux de la chaîne de traitement de radiothérapie, des évolutions techniques sont présentées et retrouvées en observant l’offre industrielle. En première intention, une tendance se traduit pour le service de radiothérapie par l’accès aux différentes techniques d’imagerie de simulation. L’imagerie permettant de réaliser la simulation est la première étape dans le traitement de radiothérapie. Si le scanographe dédié est un équipement progressivement intégré dans les services de radiothérapie, les autres équipements d’imagerie que sont l’IRM et le PET/CT permettant une mise en évidence plus facile de certains organes ou de zones tumorales, ne sont pas toujours accessibles au service. Aujourd’hui la conception des plateaux d’imagerie doit intégrer les exigences de l’imagerie nécessaire à la radiothérapie et en faciliter son accès (physique et temporel). L’apport au niveau thérapeutique de certaines techniques de traitement est incontestable (amélioration de la précision de traitement, meilleure tolérance du traitement au patient avec une diminution de la toxicité) cependant leur utilisation et leur temps de traitement restent parfois laborieux et complexes. Tous les industriels travaillent et proposent des améliorations importantes (amélioration des interfaces utilisateurs, des temps de calcul, outils de contourage automatisés…) permettant de rendre plus accessible, simple et rapide ces techniques. Ainsi elles peuvent progressivement être intégrées dans une activité de routine.

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Les grands industriels ont depuis quelques années évolué par croissance interne «  organique  » en développant de nouvelles entités, ou par croissance externe en intégrant d’autres sociétés apportant une valeur ajoutée technologique ou un nouveau marché. Mais cette année, le monde industriel a dû s’adapter face à la crise financière. La chute du marché américain qui représente environ 50  % du marché mondial, a connu une résonance plus ou moins importante en fonction du niveau d’implication de certaines sociétés sur le territoire. Mais la tendance au tassement du marché de la radiothérapie dans les pays industrialisés risque de se maintenir face aux différentes politiques de maîtrise des dépenses de santé. Cependant, comme pour d’autres secteurs techniques, les pays en voie de développement et les pays émergeants confirment leur croissance, ce qui se traduit pour certains industriels et en fonction de leur stratégie commerciale par l’ouverture sur de nouveaux marchés permettant de compenser les baisses des pays industrialisés. En France, l’année 2009 a connu un ralentissement général dans les projets d’investissement pour l’acquisition ou le renouvellement d’équipement dans l’attente d’une meilleure lisibilité de l’évolution de la crise financière et surtout de la politique de santé publique concernant les évolutions des remboursements des différents actes de traitements de radiothérapie. Aujourd’hui deux grandes tendances apparaissent dans les technologies de radiothérapie : • des équipements aux techniques et technologies spécifiques orientés sur certains traitements particuliers (exemple  : stéréotaxie intra- et extracrânienne, traitement en intensité modulée [IMRT] grand champ, etc.) ; • des machines pour les traitements en première intention plus conventionnels mais pouvant réaliser certains traitements particuliers par l’adjonction d’options. Si la mise en avant des innovations technologiques est très présente, une

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tendance significative est aussi l’intégration de l’ensemble du processus de prise en charge du patient, de la phase de prétraitement (simulation) aux différentes phases de traitements en garantissant une traçabilité ainsi qu’une sécurisation tout au long de ce processus. Les trois grands industriels de la radiothérapie affinent leur position : • Varian, leader mondial du secteur des équipements de radiothérapie propose aujourd’hui un catalogue complet allant des accélérateurs appelés CLINAC en passant par le systèmes de curiethérapie et les systèmes de protonthérapie (par le rachat d’ACCEL) via les systèmes d’information et de communication. Elle a également créé un partenariat, depuis quelques années, avec la société Brain Lab pour proposer l’appareil de stéréotaxie Novalis TX, ensemble intégrant un accélérateur Varian avec un système d’imagerie 3D, de collimateur multilames (MLC) et de stéréotaxie Brain Lab ; • suite aux rachats de plusieurs sociétés du secteur (Impac pour les record and verify [R & V] ; 3D line pour la stéréotaxie  ; Médical Intelligence pour la contention ; CMS pour le treatment planning system [TPS]), la société Elekta se positionne maintenant en acteur majeur du monde industriel de la radiothérapie. Hormis le secteur de la curiethérapie, Elekta présente une offre complète de système équipant la radiothérapie allant de la contention, au TPS en passant par une gamme complète d’accélérateur de type Synergy mais de Axesse pour la radiochirurgie stéréotaxique et guidées par l’image avec un R & V (MOSAIQ). L’équipement spécifique avec lequel Elekta se positionne sur ce marché est bien sûr le Leksell Gammaknife qui a été à l’origine de la société ; • Siemens est le troisième industriel de la radiothérapie classique en proposant sa gamme ONCOR et ARTISTE qui, bien que connaissant quelques problèmes de développement et de mise en production se positionne sur le marché des accélé-

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rateurs conventionnels. De part l’importance du groupe Siemens dans le monde industriel médical, il est le seul groupe proposant aujourd’hui des équipements permettant de faire de la médecine prédictive (technique de laboratoire), diagnostique (modalités d’imagerie), thérapeutique (accélérateur mais aussi ventilation, monitorage…). Ainsi, pour la radiothérapie, Siemens présente toutes les modalités d’imagerie permettant de réaliser du repérage et de la simulation (CT, PET/CT, IRM) ainsi que des machines de traitement. Ensuite, d’autres fournisseurs d’équipements plus spécifiques continuent leur implantation et le développement de leur équipement. Tomothérapie propose le système Tomo HD avec une version améliorant les temps de calcul ainsi que les temps de traitement. La société axe aussi ses recherches sur la protonthérapie. Accuray présente une nouvelle version du Cyberknife permettant notamment de traiter le cancer de la prostate grâce à la modulation d’intensité du faisceau. Brain Lab dont un secteur important d’activité est la navigation en chirurgie, continue et confirme sa collaboration avec Varian pour le système Novalis. La société commercialise de façon indépendante son système d’imagerie de positionnement (Exatract) ainsi que son micro-MLC et ses stations de dosimétrie. Après le rachat de la société Isodose, Nucletron vient de renforcer son catalogue d’équipement de curiethérapie et de ce fait a choisi de maintenir son activité dans les consoles de dosimétrie mais d’arrêter l’activité des systèmes R & V par le biais d’une entente avec Elekta. À noter que trois sociétés françaises étaient présentes sur le salon : • la société A2J qui développe et commercialise des lasers de positionnement et se positionne deuxième sur ce marché très spécifique et doit prochainement élargir son secteur de commercialisation ; • Dosisoft qui développe et vend des consoles de dosimétrie essentiellement sur le marché français était

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présent afin d’établir des accords avec certains centres américains ; • enfin la société Dyn’Air qui équipe les accélérateurs du gating respiratoire via un système de spirométrie. L’évolution technologique entraîne également une modification d’attitude des industriels qui doivent compléter leurs prestations de vente par un accompagnement important auprès du client pour lui fournir les atouts de la maîtrise de la technologie installée. Et demain, la protonthérapie ! Les protons accélérés permettent en effet de délivrer une énergie déterminée uniquement sur une zone précise sans détérioration des organes sains traversés en amont et en aval par le faisceau. Tous les acteurs majeurs de la radiothérapie travaillent sur cette technique mais de nombreux obstacles restent à franchir rendant son approche d’utilisation pour l’instant dans une vision à long terme.

 Prétraitement  Acquisition d’images et simulation Technique d’acquisition et de simulation Simulateur Si aujourd’hui les simulateurs de radiothérapie qui permettent de réaliser une image en deux dimensions sont encore utilisés, la préparation des traitements en trois dimensions par acquisition d’images scanner en coupes fines est d’ores et déjà indispensable pour calculer la dose délivrée au patient (morphologie et densité tissulaire indispensable au calcul de la dose). Sur les appareils de traitements, l’apparition du repositionnement 3D et 4D rend le simulateur définitivement obsolète. Scanner dédié et outil de simulation virtuelle Le scanographe dédié devient un standard dans un service de radiothérapie. Le parc des simulateurs est progressivement renouvelé par l’imagerie scanner tridimensionnelle. Du fait de

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la variation de densité des tissus sur les images de scanographe et de l’identification des organes hypervascularisés par injection intraveineuse de produit de contraste, on obtient une image 3D très riche en information. La précision des organes cibles et critiques est ainsi augmentée. Les scanners « dédiés » ont la particularité de proposer une ouverture de tunnel plus importante que ceux réservés pour le diagnostic (supérieur à 80 cm contre 60 cm), cela afin de permettre le passage du patient avec sa contention. Suite à l’acquisition, les logiciels de simulation virtuelle permettent de simuler le traitement du patient à partir des coupes scanner sur lesquelles les organes d’intérêts sont dessinés en tenant compte des caractéristiques des appareils de traitement et de reconstruire numériquement des clichés de simulation (digitaly reconstructed radiogram [DRR]) qui pourront servir de référence aux contrôles sous l’appareil de traitement. Le scanner dédié est également un outil indispensable de repositionnement. Gating respiratoire Pour les organes en mouvement dépendant de la respiration l’acquisition 3D est insuffisante. En effet lors de l’acquisition des images scannographiques, la respiration du patient entraîne le mouvement des organes cibles et des organes à risque, d’où une difficulté à connaître la position réelle de ces organes dans ces zones. Cette situation engendre une dégradation des phases de préparation et de traitement pour les organes cibles dans les zones en mouvement. Pour maîtriser ce mouvement il existe aujourd’hui des techniques d’asservissement respiratoire (gating respiratoire) qui permettent de déterminer le parcours du volume cible dans les différentes phases de la respiration. La radiothérapie asservie à la respiration permet de mieux adapter les champs d’irradiation à la tumeur et ainsi de protéger certains organes critiques (cœur, poumons). Ces techniques sont aussi appelées «  acquisition 4D ».

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Identification des volumes cibles et des organes, simulation virtuelle Avec l’imagerie du simulateur de radiothérapie, l’identification des volumes cibles et des organes est réalisée en image 2D. L’imagerie 3D obtenue à partir du scanographe permet de travailler dans un volume à partir de la console de simulation virtuelle. Les logiciels de simulation virtuelle sont proches des logiciels d’identification de densité qui sont utilisés en imagerie classique (scanographe d’imagerie). Ils offrent des outils graphiques permettant de délimiter sur chaque coupe les organes nécessaires à la réalisation de la dosimétrie du patient augmentant ainsi la précision des zones à irradier ou à protéger. La fusion d’image IRM/TEP/TDM améliore encore la localisation des volumes cibles et est devenue incontournable dans l’identification de certaines tumeurs. En fonction des informations transférées par la console de simulation virtuelle au système de positionnement laser, l’isocentre et/ou différents points d’intérêt du champ d’irradiation sont visualisés à la peau du patient pour être tatoués. L’identification serait incomplète si elle n’intégrait pas le mouvement de certains organes cibles ou à risque. Les systèmes de simulation virtuelle permettent aujourd’hui d’intégrer ce paramètre et ainsi de calculer les phases respiratoires les mieux adaptées pour l’irradiation de l’organe et ainsi réaliser des calculs de doses adaptés aux phases respiratoires d’irradiation. Scanners dédiés à la radiothérapie sur le marché en 2009 Le scanographe est destiné à l’usage de l’imagerie médicale adulte et pédiatrique. Il permet ,d’une part, l’acquisition volumique des contours externes, des structures anatomiques et des volumes cibles des patients et, d’autre part, la construction des images de référence (DRR). Ces données seront ensuite utilisées pour la simulation virtuelle de traitements de radiothérapie, le calcul des distributions de dose et le positionnement du patient sous l’appareil de traitement.

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Les appareils proposés ont tous une acquisition hélicoïdale multiple (quatre, 16, 32, 40 coupes) et possèdent une ouverture du statif de diamètre supérieur ou égal à 80 cm. Les deux techniques d’asservissement respiratoire (respiration bloquée ou contrôlée) sont généralement proposées. À ces scanners sont associés des systèmes de lasers de centrage mobiles commercialisés par les sociétés A2J (France), LAP ou GAMMEX (États-Unis). Par ailleurs on retrouve sur ces scanners des plateaux de table d’examen rigides, radiotransparents et disposant des mêmes fonctionnalités que les supports patient disponibles sur les appareils de traitement  : fixation des systèmes de contention, plan incliné. Sur ce marché, on retrouve les quatre principaux fournisseurs de scanographe d’imagerie, c’est-à-dire GE Healthcare, Philips, Siemens et Toshiba. GE propose la gamme LightSpeed RT, un scanner quatre ou 16  coupes qui offre un diamètre d’ouverture du statif de 80 cm. La couverture complète fournie par le champ d’exploration est variable jusqu’à 65 cm. Le générateur est de 100 kW et un tube à rayons X Performix confère la puissance nécessaire pour traiter avec plus d’efficacité les examens 4D. Ce scanner dispose des applications d’oncologie avancées qui simplifient la planification de la radiothérapie. «  Work in Progress  »  : adaptation du logiciel ASIR d’amélioration du contraste et de réduction de dose actuellement disponible sur la gamme de scanner de diagnostique. Méthode de reconstruction itérative ayant pour but la suppression du bruit dans les données brutes. Il y a également des évolutions sur la station de simulation virtuelle Advantage Windows SIM (ADW SIM) comme la segmentation des sept organes en automatique… Philips présente une nouvelle gamme de scanner multicoupe appelée Brillance CT Big Bore qui dispose d’une ouverture de tunnel de 85 cm et de 16  coupes. La couverture complète fournie par le champ d’exploration est variable

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jusqu’à 65 cm. Un système de gating respiratoire appelé Bellow est fourni de base avec le scanner. Siemens propose le SOMATOM Sensation Open combinant les avantages d’un grand tunnel de 82 cm avec la technologie multicoupe disponible en 24 et 40  coupes. Le générateur est de 50 kW. La couverture complète fournie par le champ d’exploration est variable jusqu’à 82 cm. Possibilité de disposer de la résolution isotropique de 0,33 mm grâce au tube Straton et à la technologie Z-sharp. Toshiba n’était pas présent à l’Astro, mais dispose dans sa gamme d’un scanner type Aquilion LB de 16  coupes et avec une ouverture de tunnel de 90 cm. Ces quatre constructeurs proposent des plateaux de table adaptés à la radiothérapie avec une solution de gating respiratoire. TEP-TDM dédiés à la radiothérapie sur le marché en 2009 Les trois grands constructeurs proposent la même gamme de produits que lors du RSNA 2008, à savoir : • General Electric avec le DISCOVERY 600  PET CT, présente un nouveau design et de nouvelles fonctionnalités avec deux éléments clés : le VUE Point HD technique de reconstruction itérative adaptative qui réduit le bruit de l’image, améliore la détection des faibles contrastes ainsi que la qualité de l’image et le Motion Free (synchronisation au mouvement du patient) qui améliore le diagnostic précoce, la stadification, la planification et le suivi du traitement en relevant les défis cliniques induits par les mouvements dans les systèmes TEP/TDM ; • Philips présente son Gemini TF Big Bore avec une ouverture de statif de 85 cm qui bénéficie de l’évolution sur le système de détection « temps de vol » connaissant cette année une amélioration de la résolution temporelle de 650 à 575 picosecondes ; • Siemens et son Biograph mCT (pour molecular CT) dispose de la technologie UltraHD temps de vol. Il est couplé à la gamme TDM Siemens

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Définition AS qui se compose de scanner 40, 64 à 128 coupes de 78 cm d’ouverture de statif. Ces trois constructeurs proposent des plateaux de table adaptés à la radiothérapie avec une solution de gating respiratoire (RPM…). Systèmes de dosimétrie ou treatment planning system (TPS) Les logiciels de dosimétrie sont un maillon important du process de prise en charge des patients en radiothérapie. Véritable outil de travail au quotidien des radiophysiciens et des dosimétristes, il permet le calcul de la planification de dose et la modélisation des faisceaux puis l’évaluation du plan calculé notamment par analyse de l’histogramme dose-volume. Ils doivent permettre en amont la réception de données pour la planification (identité du patient, imagerie toutes modalités, prescription…), et l’exploitation des paramètres de la machine permettant les traitements. Les éléments essentiels de ce logiciel, outre les interfaces, les systèmes de validation et la convivialité, sont bien les algorithmes de calcul, plus ou mois rapides et performants, en association avec les consoles qui les supportent. C’est enfin l’élément central de la prise en charge par radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité (RCMI) (Section 3.1). En dehors des logiciels de dosimétrie dédiés à des machines spécifiques (Tomothérapie, Cyberknife…) les cinq sociétés majeures occupant le marché des TPS étaient présentes à l’Astro. Le produit Varian est le logiciel Eclipse, disponible en français, qui propose quatre algorithmes principaux analytical anisotropic algorithm (AAA), fast elctron MonteCarlo (eMC), pencil beam convolution algorithm (PBC) et dose-volume optimization (DVO). La licence IMRT s’appelle HELIOS. Elle permet d’optimiser de manière interactive la modulation d’intensité du faisceau et est couplée avec le système beam angle optimization (BAO) qui permet de sélectionner les angles et le nombre de faisceau d’un plan qui remplissent au mieux les objectifs dose-volume.

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À l’ASTRO, Varian basait l’essentiel de sa communication sur les calculs de Rapid’Arc, qui ne semblent pas plus longs que des calculs en IMRT classique car on peut faire un seul plan satisfaisant d’entrée et on a la possibilité d’ajuster les champs en cours de calcul. Eclipse présente également de ce point de vue le normal tissue objective qui permet de réduire la dose sur des positions chaudes en dehors de la cible. De ce point de vue, Philips avec le produit PINNACLE propose une solution ouverte avec leur module SMART ARC permettant des calculs en radiothérapie rotationnelle que ce soit pour les accélérateurs Varian (Rapid’Arc) ou Elekta (volumetric modulated arctherapy [VMAT]). Les autres éléments intéressants sur PINNACLE sont le module direct machine parametrisation optimization (DMPO)  : en IMRT, les opérations d’optimisation et de conversion sont réalisées simultanément, notamment en incluant dès l’optimisation les caractéristiques physiques des collimateurs. Cela permet de réduire le nombre de segment et le temps de la séance en IMRT standard (de l’ordre de 20  %). Enfin, PINNACLE semble très avancé sur la prise en compte des effets biologiques indésirés dans les calculs IMRT et sur l’intégration des scanners 4D dans la base de calcul par une diminution des marges. De ce point de vue, on peut également noter que le constructeur d’accélérateur Siemens annonce un module équivalent au DMPO, à savoir le système Direct Aperture Optimization (DAO) (disponible sur le TPS spécifique Prowess) pour tenter de réduire le temps total de traitement sans pour autant pouvoir mettre en œuvre réellement une technique de radiothérapie rotationnelle sur ces machines. Elekta a récemment racheté la société CMS et son logiciel XIO. En plus des quatre algorithmes standards (Clarkson, FFT convolution, Superposition et 3D Pencil Beam), XIO propose l’algorithme Monaco pour les calculs en IMRT. Monaco n’utilise pas des opérateurs booléens mais des « cost function » qui sont un contrôle biologique du plan

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projeté par de nombreux points de passage obligatoires sur les histogrammes dose-volume. Le logiciel Xio semble très performant notamment en radiothérapie rotationnelle où les deux rotations éventuelles du plan peuvent être chargées en une seule fois. On regrettera simplement qu’aucune traduction en français ne soit à l’ordre du jour. Il en est de même pour le logiciel Oncentra Master Plan de Nucletron. Les algorithmes de calcul sont assez similaires à ceux des concurrents notamment avec le collapsed cone convolution, le pencil beam et le Monte-Carlo. Les outils d’évaluation et d’analyse du plan sont bien développés. Enfin, il faut souligner la présence d’une société française sur ce marché : Dosisoft. Doté d’une interface particulièrement conviviale, ISOGRAY présente les outils standards d’un logiciel de dosimétrie. L’algorithme Monte-Carlo est en cours de développement de même que les outils de segmentation anatomique à partir d’atlas. Les algorithmes pour la radiothérapie rotationnelle ne sont pas encore disponibles. En termes de contrôle qualité, le module de dosimétrie de transmission, permettant de mesurer la dose reçue par le patient en tout point de l’axe du faisceau mais également en dehors de l’axe, paraît intéressant.

Traitement Au cours de ces dernières années, les traitements par radiothérapie externe (irradiation par faisceaux de photons ou d’électrons issus des accélérateurs de particules), dopés par l’évolution des systèmes de planification de traitement, n’ont pas cessé d’évoluer vers des techniques d’irradiation performantes telles que la radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle ou la RCMI. Le patient bénéficie aujourd’hui et bénéficiera encore plus dans les années à venir de toujours plus de précision de la balistique d’irradiation, de plus de sécurité dans la délivrance de la dose tout en s’orientant vers des durées de traitement plus courtes avec plus de confort.

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Les traitements par accélérateurs conventionnels Nouveaux outils, nouvelles technologies, évolutions Aujourd’hui, la plupart des accélérateurs livrés dans le monde, qu’ils soient de hautes ou de basses énergies bénéficient de toutes les innovations et évolutions technologiques nécessaires à la mise en œuvre de ces traitements complexes. On citera ci-dessous les plus significatives d’entre elles désormais disponibles en clinique courante. Les collimateurs multilames (MLC): ces matériels existent depuis plusieurs années. Ils ont permis la réalisation de champs d’irradiation avec des formes complexes beaucoup mieux adaptées aux contours des volumes cibles. L’évolution de la capacité informatique des stations de travail qui les pilotent et les contrôlent, l’évolution des systèmes de planification, la maîtrise et la fiabilisation de la technologie ont permis ces dernières années d’accroître considérablement le nombre de lames, tout en diminuant leurs épaisseurs. On passe ainsi de contours discrets en « marches d’escaliers » à des contours quasiment linéaires. Les plus anciens MLC disposaient d’environ 50 lames (25 paires), puis les constructeurs ont proposé des matériels à 80  lames, 120  lames. Il existe désormais sur le marché un équipement à 160 lames. Un second, encore à l’état de prototype devrait sortir dans les mois qui viennent. Parallèlement à l’augmentation du nombre de lames, les épaisseurs projetées à l’isocentre de ces dernières ont diminué (10 mm sur champ restreint pour 50 lames ; 10 mm sur grand champ pour 80 lames ; 5 mm sur grand champ en partie centrale sur 120 lames ; 2,5 mm sur champ restreint, en partie centrale, sur 120 lames « haute définition »). Les dernières évolutions technologiques permettent également aux MLC de dernière génération de faire de l’interdigitation (entrecroisement des lames) autorisant ainsi la réalisation par des accélérateurs conventionnels des techniques de type radiothérapie

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rotationnelle. De même, les opérations de calibration, longues, fastidieuses et consommatrices de temps machine, sont désormais automatisées et systématiquement intégrées au démarrage de la machine. Enfin, il existe sur le marché des microMLC. Ce sont en général des matériels additionnels dédiés à la radiochirurgie stéréotaxique intracrânienne qu’on vient installer sur un accélérateur. Ils permettent le traitement de tumeurs de très petite taille, leur champ est réduit (de l’ordre de 10 × 10 cm ou 15 × 15 cm au maximum), ainsi que la largeur de leurs lames (2,5 à 3 mm). Technique de repositionnement du patient Les systèmes d’imagerie embarqués La précision imposée par les techniques d’irradiations récemment développées oblige à définir le plus précisément possible les contours des volumes d’intérêt, à contrôler en permanence durant le traitement le devenir de ces volumes et à les comparer à l’imagerie initiale. De même, la position du volume cible par rapport à l’isocentre est primordiale. Cette position doit être contrôlée en permanence et peut impliquer le repositionnement du patient pendant le traitement. Les systèmes d’imagerie embarqués permettent la réalisation de ces contrôles. L’imagerie portale à haute énergie (MV) D’un point de vue technique, l’image portale est produite par le faisceau de traitement méga-voltage (MV). L’imageur est constitué d’une matrice silicium 512 × 512 ou 1024 × 1024 amovible. Il s’agit d’une image planaire. L’image portale obtenue peut être comparée à l’image reconstruite numériquement à partir des images des coupes scanner (DRR) en 2D. Les structures à haut contraste repérables sur l’image haute énergie le sont aussi sur l’image radiologique. Il est alors possible en réalisant deux images portales orthogonales de quantifier l’écart entre la position attendue du patient (DRR issu du scanner) et la position

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réelle juste avant chaque séance. Le faible contraste produit par les tissus mous et des projections parfois vagues des structures osseuses constituent les inconvénients principaux de cette technique. L’imagerie portale au silicium permet également de faire de la dosimétrie in vivo, c’est-à-dire de mesurer la dose délivrée au patient pour chacun des faisceaux d’irradiation. Des logiciels ont été développés afin de transcrire l’image obtenue en matrice de dose générée sous le faisceau. L’imagerie portale au silicium permet enfin de réaliser le contrôle de qualité mécanique et dosimétrique des appareils de traitement et ainsi de remplacer avantageusement en étant compact, automatique et intégré l’ensemble des outils disponibles jusqu’alors sur le marché, notamment les films. Grâce à la rotation de la matrice silicium autour du patient, en utilisant un faisceau de photons MV à très faible débit de dose synchronisé sur le détecteur, on fait évoluer l’imagerie portale planaire vers une imagerie en coupe, puis la reconstruction 3D d’un volume. Cette technique nommée MV Cône Beam CT (MV CBCT) permet la superposition de l’image prise en cours de traitement avec l’image scanner 3D effectuée pour la planification. Cette technique permet, dans les limites de qualité de l’imagerie portale, de réaliser des corrections de positionnement sur des accélérateurs ne disposant pas de système d’imagerie KV embarquée. L’imagerie basse énergie (kV) Les images radiologiques basse énergie peuvent être obtenues par deux types de systèmes : • un système externe à l’accélérateur  : il s’agit d’une imagerie planaire stéréoscopique composée de deux ensembles tube radiogène RX/ détecteur plan placés perpendiculairement l’un à l’autre. Les tubes sont placés dans des caissons dans le sol et les détecteurs sont montés sur bras plafonniers. La reconstruction des images stéréoscopiques permet le repérage de tous les points de l’espace du volume concerné.

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On peut ainsi effectuer un contrôle de positionnement de ce volume en comparaison avec l’imagerie volumique du scanner initial. Typiquement, on trouve ce système sur les équipements dédiés à la radiochirurgie stéréotaxique tels que Brain Lab ou Cyberknife ; • un système embarqué sur l’accélérateur  : il consiste à placer un tube radiogène et un capteur plan perpendiculaires à l’axe du faisceau d’irradiation sur deux bras simultanément escamotables. Cet outil permet :  d’une part de réaliser simultanément deux clichés perpendiculaires (un cliché réalisé avec l’imagerie embarquée l’autre avec le portal imaging) et de quantifier l’écart entre la position attendue (DRR issu du scanner) et la position réelle juste avant chaque séance (imagerie 2D),  d’autre part de faire l’acquisition et la reconstruction volumétrique de données d’environ 20 cm de long en une rotation du support mobile (Option Cône Beam). Une fois le patient installé avec son système de contention sur la table de traitement, une acquisition de son positionnement est réalisée. On obtient alors une série de coupes scanner d’épaisseur configurable (de 1 à 10 mm) avec une taille de matrice de reconstruction des images de 512 × 512 et une résolution (voxel) de 0,5 mm3. Elles seront comparées aux images de références obtenues à partir du scanner et permettent ainsi de quantifier les écarts dans les trois dimensions de l’espace. On obtient alors une transposition en trois dimensions. Les systèmes de gating respiratoire Les mouvements respiratoires et cardiaques du patient entraînent des déplacements importants du volume tumoral cible dans les trois directions de l’espace créant ainsi une incertitude dans la délivrance de la dose pouvant être conséquente. La technique du gating respiratoire permet de déclencher l’irradiation à un instant précis et toujours identique au cycle respiratoire. Cette technique est utilisée aussi

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bien en simulation lors de la prise des clichés scanographiques que lors des séances de traitement. Il existe essentiellement deux approches permettant le contrôle de la respiration du patient : la première dite « active » au cours de laquelle la respiration du patient est bloquée, soit volontairement par luimême, soit par occlusion d’une valve, la seconde dite « passive », au cours de laquelle le rythme respiratoire est suivi en temps réel. L’acquisition scanner ou l’irradiation par l’accélérateur sont toujours déclenchées au même instant déterminé sur la courbe. Les différents constructeurs proposent différents types de solutions pour détecter le cycle respiratoire : spiromètre, ceinture de détection, caméra CCD, caméra IR…

En 2009, le système évolue avec le module «  snap verification  », qui permet un cliché d’imagerie avec un seul tube en intrafraction. Ce cliché unique permet de voir si le patient à bougé dans une certaine valeur de tolérance, en cas de réponse positive du système, un double cliché est effectué pour repositionnement. Ce système peut être monté sur tous les accélérateurs. Le plateau de table à six degrés de liberté peut être monté sur la plupart des tables de traitement disponibles sur le marché, néanmoins l’automatisme n’est pas disponible sur toutes les tables, les corrections des valeurs de décalages s’effectuent alors manuellement.

Les plateaux de table de traitement robotisés Le contrôle de position permanent du volume cible réalisé par les systèmes d’imagerie embarqués conduit fatalement au développement de plateaux de table de traitement robotisés capables d’être asservis à l’imagerie. Dans ce contexte, la société allemande Brain Lab propose le système ExacTrac® X-Ray 6D, combinaison d’un système d’imagerie stéréoscopique composé de deux tubes radiogènes et deux capteurs plans, d’un système de repérage du patient à caméra infrarouge, et d’un plateau de table robotisé à six degrés de liberté (trois degrés d’angle et trois translations). À partir de la comparaison entre les images stéréoscopiques prises avant le traitement et les images DRR, ExacTrac® X-Ray 6D calcule avec une précision sub-millimétrique toute variation de la position actuelle du patient par rapport à celle planifiée. Ces écarts sont compensés par les mouvements automatiques de la table. Le système de caméras infrarouges permet ensuite de vérifier en temps réel la position du patient tout au long de la procédure. Cette position est automatiquement corrigée par le système robotisé pour garantir une précision millimétrique. L’utilisateur est averti lorsque le déplacement du patient dépasse les seuils autorisés.

La radiothérapie conformationnelle 3D Cette technique consiste en une irradiation transcutanée dans laquelle les faisceaux d’irradiations sont conformés au volume tumoral reconstruit en trois dimensions en exploitant les données du scanner. Grâce en particulier au MLC, on délivre la dose souhaitée dans un volume plus ou moins complexe défini avec précision, tout en épargnant les tissus sains et les organes à risque voisins. Maîtrisant ainsi mieux l’irradiation, on peut augmenter les doses sur le volume cible, accroître l’efficacité du traitement et le taux de guérison.

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Techniques d’irradiation.

La radiothérapie conformationnelle avec modalisation d’intensité (RCMI, IMRT en anglais) La RCMI est une radiothérapie conformationnelle 3D dans laquelle on module la fluence (quantité de photons par unité de surface) des faisceaux en cours de séance. Cette technique nécessite de travailler avec un MLC piloté par une station de travail et un logiciel de planification. La planification inverse consiste d’abord à imposer des objectifs de dose pour le volume cible ainsi que des contraintes de limitation de dose pour les organes à risque, puis ensuite à définir et optimiser la balistique. Plusieurs portions de la cible peuvent ainsi être exposées de

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façon différente. On obtient une variation de l’intensité du rayonnement sur la cible. Suivant les machines, deux modes d’irradiation sont disponibles : • la RCMI statique (ou «  step and shoot  »)  : les lames du MLC sont statiques pendant l’irradiation et se déplacent entre deux irradiations ; • la RCMI dynamique : la modulation d’intensité est obtenue par le déplacement continu des lames durant l’irradiation. Cette technique d’irradiation permet le traitement de volumes cibles complexes enveloppant parfois des organes à risque. Elle protège mieux les tissus sains en ne les exposant qu’à des doses d’irradiation minimes. Elle permet également de faire varier la distribution de la dose au sein même de la tumeur.

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Cône Beam », de « kV Cône beam ». On est ainsi passé de la notion d’IGRT à celle de VGRT. Le marché des accélérateurs dits « conventionnels » en 2009 Trois sociétés se partagent le marché de l’accélérateur « classique » : Varian, Elekta et Siemens. La société Varian Une société américaine créée en 1949 et spécialisée dans le développement et la production d’accélérateurs de particules et de tubes radiogènes, Varian affiche, avec plus de 6000 accélérateurs installés dans le monde, une part de marché de l’ordre de 70%. Varian propose une gamme complète d’accélérateurs (figure 1).

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Accélérateurs basse énergie Le modèle proposé est le CLINAC 600, énergie de 4 ou 6 MV avec un débit de dose possible de 100 à 600 UM/ mn. Cet appareil bénéficie d’un faible encombrement, d’une section droite et peut recevoir divers accessoires (MLC, système d’imageur portal, gating respiratoire) mais n’intègre pas de système d’imagerie basse énergie kV embarquée. Le CLINAC 600 évolue en 2009 vers le CLINAC Unique. Sur la base technologique du CLINAC 600, le CLINAC Unique intègre en particulier un MLC Millenium, la technologie de radiothérapie rotationnelle Varian Rapid’ Arc. La technologie d’imagerie portale en 3D MV Cône Beam est en développement.

La radiothérapie guidée par l’image (IGRT) La précision d’irradiation apportée par les techniques de radiothérapie conformationnelle 3D et de RCMI exige une localisation et une définition des volumes cibles les plus exactes possibles. Pour répondre à ce besoin, de nouvelles technologies d’imagerie, regroupées sous l’appellation radiothérapie guidée par l’image (IGRT), se sont développées aux différents stades du traitement du patient : • d’une part, en amont de l’irradiation lors de la préparation du traitement et de la détermination du volume cible. Il s’agit essentiellement de l’imagerie scanner acquise pour la réalisation de la simulation virtuelle ; • d’autre part, pendant le traitement. Il s’agit des techniques d’imagerie embarquées sur l’accélérateur pour contrôler l’évolution et la location du volume cible et repositionner le patient (imagerie portale, kV, Exac Trac®…). La radiothérapie guidée par les volumes (VGRT) L’imagerie planaire de départ ne suffisant pas pour estimer les données anatomiques du patient, la technologie a très vite évolué vers une imagerie volumique. On parle désormais de «  MV

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Figure 1. Accélérateur Varian.

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Accélérateurs haute énergie Varian propose plusieurs familles d’accélérateurs haute énergie : • les CLINAC 2100 C – 2100 C/D – 2300 C/D : appareils standards avec deux énergies photons et un débit de dose maximum de 600 UM/mn ; • les CLINAC 21 Ex et 23Ex : de gamme supérieure à la famille précédente, ils sont packagés pour l’IMRT. ils peuvent en particulier recevoir un MLC, imageur portal, gating respiratoire, système d’imagerie kV embarqué on board imaging (OBI) ; • le CLINAC iX : il s’agit d’une plateforme innovante capable de recevoir toutes les nouvelles modalités techniques dont celles déjà citées précédemment mais également l’imagerie kV 3D CBCT, et bien d’autres possibilités ; • le TRILOGY : il s’agit d’un matériel similaire au CLINAC iX qui bénéficie en plus d’un précision de l’isocentre de 0,5 mm et d’un débit de dose de 1000 Um/mn en 6 MV lui permettant la réalisation d’applications stéréotaxiques ; • le Novalis TX  : Dernier-né de la gamme, fruit de l’association du savoir-faire des deux sociétés Brain Lab et Varian, cet appareil est spécialement étudié pour la réalisation de la radiothérapie en conditions stéréotaxiques. Les accélérateurs Varian se caractérisent par une technologie à klystron utilisable jusqu’à une énergie de 25  MV, une section à onde stationnaire, un canon à électrons de type triode, une commutation d’énergie par «  energy switch  », une déviation achromatique du faisceau à 270°. Collimateurs multilames Varian propose trois types de MLC : • un appareil de 80  lames, champ de 40 × 40 cm2, avec une épaisseur de lame de 10 mm ; • un appareil de 120  lames, champ de 40 × 40 cm2, avec au centre des lames d’une épaisseur de 5 mm sur un champ de 20 cm par 40 cm, et sur les bords des lames d’une épaisseur de 10 mm ;

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• un appareil de 120  lames «  haute définition », destiné à la stéréotaxie, champ de 22 × 40 cm2, avec au centre, sur une largeur de 8 cm, des lames d’une épaisseur de 2,5 mm et sur les bords extérieurs, sur une largeur de 7 cm, des lames d’une épaisseur de 5 mm. La capacité des collimateurs à faire de l’interdigitalisation a permis à Varian de mettre au point la technique de traitement Rapide Arc. Détail très important en technique, ces collimateurs bénéficient d’un système de calibration automatique. Imageur portal Varian propose une gamme de deux imageurs portals « Portal Vision ». Ces équipements sont montés sur bras entièrement rétractables à position variable sur les trois axes X, Y, Z, et contrôlé à distance. ils permettent d’effectuer la dosimétrie portale et bénéficient d’un détecteur au silicium amorphe : • As 500 II, avec une matrice de 5122 ; • As 1000 II, avec une matrice de 10242. Système d’imagerie basse énergie Varian propose le système OBI, disponible à partir de la gamme 21Ex et 23Ex. Ce système d’imagerie kV permet la réalisation des techniques dites de VGRT. Il est composé de deux bras entièrement escamotables placés à la perpendiculaire du faisceau et contrôlé à distance. Sur un bras se trouve le tube à rayons X, sur l’autre un détecteur au silicium amorphe. Le système OBI comporte sa propre station d’acquisition et de traitement des images kV. Plusieurs types de logiciels d’acquisition et de traitement des données sont disponibles. On peut citer entre autre : le mode radiographique standard, le mode «  marker matching  » (détection automatique de marqueurs radiotransparents sur des images, le mode fluoroscopique de prétraitement (gestion des mouvements respiratoires du patient de type gating), le «  CBCT  » (imagerie en coupe de type scanner)… Armés de tous ces équipements additionnels, les accélérateurs Varian per-

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mettent la réalisation de toutes les techniques modernes de radiothérapie évoquées dans les chapitres précédents  : RCMI, IGRT, VGRT, radiothérapie rotationnelle avec Rapide Arc évoqué plus loin, radiochirurgie stéréotaxique intra et extra crânienne. La société Elekta La société créée en 1950 pour l’activité de neurochirurgie (Leksell Gammaknife) s’est étoffée en 1970 avec l’acquisition du secteur des accélérateurs linéaires de la société Philips. Depuis 2004, suite à différents achats externes, Elekta est devenue un groupe technologique international. Elekta propose des solutions cliniques avancées, des systèmes complets de gestion et information, et des services visant l’amélioration des soins du cancer et des troubles cérébraux. Les systèmes et les solutions d’Elekta sont utilisés dans plus de 5000 hôpitaux partout dans le monde. Elekta se positionne avec la plateforme SYNERGY sur laquelle peut être intégrés l’imagerie portale, l’imagerie embarquée, un collimateur 80  lames, l’asservissement respiratoire.. Elekta propose une gamme complète d’accélérateurs (figure 2). Accélérateurs basse et haute énergie En entrée de gamme Elekta propose le modèle SYNERGY COMPAC, énergie de 6  MV. Cet appareil bénéficie d’un faible encombrement, d’une section droite et peut recevoir divers accessoires (MLC, système d’imageur portal, contrôle respiratoire) mais n’intègre pas de système d’imagerie basse énergie kV embarquée. Cet équipement est principalement utilisé dans le cadre de traitements dédiés. Elekta propose ensuite sa gamme d’accélérateurs Bi-Énergie «  Elekta Synergy ». «  Elekta Synergy  »: appareil standard avec deux énergies photons et un débit de dose maximum de 600 UM/mn et en électrons cinq énergies dans la gamme 6 à 20 MV. Le Synergy intègre les dernières évolutions techniques de repositionnent de patient avec l’imagerie portal iViewGT et la possibilité de

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de l’avancée de la table de traitement. La mise à disposition de ce collimateur est envisagée sur l’année 2011. Les collimateurs de la société Elekta bénéficient d’un système de calibration automatique. Imageur portal Elekta propose un imageur portal rétractable avec un détecteur au silicium et une matrice de 10242 de 41 × 41 cm, correspondant à une surface projetée de 26 × 26 cm à l’isocentre.

Figure 2. Accélérateur Elekta.

travailler en 2D mais aussi avec l’adjonction de l’imagerie embarqué avec la technique RX, de réaliser de l’IGRT (traitement d’image guidé par l’image) à partir d’images volumétriques reconstruites avec le « CBCT ». Pour la réalisation du traitement, le Synergy intègre les techniques d’irradiation classiques mais aussi les techniques d’IMRT step and shoot et dynamique. La technique d’arcthérapie est également intégrée permettant l’utilisation de la technique VMAT. Le gating respiratoire est aussi intégré  : toutes les techniques existantes sont possibles mais la technique ABC est proposée en première intention. L’accélérateur AXESSE : haut de gamme des accélérateurs de la gamme ELEKTA, similaire au Synergy, il est équipé de toutes les modalités techniques décrites précédemment dont l’imagerie embarquée. Le Beam Modulator et la station TPS Ergo++ font de cet appareil un équipement orienté principalement pour la réalisation de la radiothérapie extra- (SRS) ou intracrânienne (SRT). Les accélérateurs Elekta se caractérisent par une technologie à magnétron 5 MW + 2 MW par réinjections de radiofréquence permettant de travailler jusqu’à 25 MV. La section accélératrice est de type « onde progressive » et permet d’utiliser comme source hyperfréquence le magnétron «  Fas TraQ  ». La qualité du faisceau est améliorée à l’aide d’une section de déflection de

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type « SLALOM » composée d’une succession de trois déflexions, positive et négative. Enfin le canon à électrons est de type « Diode ». Collimateurs multilames Elekta propose différents MLC : • de base Elekta propose un MLC 80  lames avec des lames de 1 cm pour un champ max de 40 × 40 cm2 ; • un collimateur 80 lames (precise beam modulator) composé de 2 × 40 lames de 4 mm d’épaisseur à l’isocentre avec une taille de champ max de 16 × 21 cm2 avec inter digitation des lames ; • Elekta élargit son offre de collimateurs avec le collimateur APEX pour certaines activités dédiées. L’APEX comprend des lames de 2,5 mm permettant la réalisation de champ max de 12 × 14cm2. Ce collimateur est prévu pour fonctionner avec un collimateur primaire et le système de TPS Ergo++. Il doit permettre de travailler dans un second temps avec la technique VMAT ; • l’Astro 2009 a été l’occasion pour Elekta de présenter un collimateur d’une nouvelle conception équipé de 160 lames de 5 mm à l’isocentre pour un champ maximum de 40 × 40 cm2. Actuellement en phase de test, ce collimateur est conçu pour les traitements classiques en passant par le VMAT et doit permettre à terme la réalisation de « cyclothérapie » (lissage avec de nombreux faisceaux) avec intégration

Système d’imagerie basse énergie Elekta propose le système 3D (Cône Beam), disponible à partir de la gamme Bi-Énergie «  Elekta Synergy  ». Ce système d’imagerie kV permet la réalisation des techniques dites d’IGRT. L’ensemble se compose d’un tube rayons X avec son générateur et un détecteur au silicium amorphe (Trixel) placés à la perpendiculaire du faisceau et montés sur le bâti rotatif de l’accélérateur permettant une FOV max de 52 cm. Une console spécifique de pilotage pour cet ensemble intégrant système d’acquisition et de traitement des images kV complète le système. L’imagerie peut s’effectuer de trois manières : • Volume View (3D)  : mode d’acquisition et de repositionnement 3D, « CBCT » (imagerie en trois vues de type scanner)… • Motion View (2D)  : acquisition d’images en séquences préprogrammées, pour l’étude des mouvements anatomiques dus à la respiration ; • Planar View (2D) : mode radiographie, pour la visualisation de grains implantés, d’agrafes, de l’anatomie osseuse, pour la mise en place du patient. Ainsi pourvu de toutes ces possibilités et modalités techniques, Elekta offre aujourd’hui une gamme d’équipements répondant aux exigences de toutes les techniques modernes de radiothérapie  : RCMI, IGRT, VGRT, radiothérapie rotationnelle avec le VMAT (développé ci après) de radiochirurgie stéréotaxique intra et extra crânienne.

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La société Siemens Siemens est la seule société d’imagerie à avoir gardé une activité relative à la radiothérapie. Toute leur gamme se base sur une technologie entièrement numérique et permettant une configuration adaptée selon les besoins cliniques  : conventionnel, conformationnel 3D, modulation d’intensité ou radiothérapie adaptive (ART). Accélérateurs Siemens propose une gamme de trois accélérateurs (figure 3) : • PRIMUS est une machine magétron qui peut être équipée d’un MLC Optifocus 82 lames et d’un système d’imagerie portal Optiview 500 ; • ONCOR est une machine Klystron qui peut être équipée d’un MLC Optifocus 82 lames ou d’un MLC160 et d’un système d’imagerie portal Optiview 500 2D ou 3D MVision avec Optiview1000 ; • ARTISTE constitue le haut de gamme chez Siemens et disposera à terme d’un grand nombre de techniques d’imagerie  : 2D kV (work in progress) et MV, In-Line KView Imaging (work in progress), kVision (work in progress), CTVision System. C’est un accélérateur conçu pour la ART, c’est-à-dire une adaptation du faisceau à la forme de la tumeur en même temps que l’adaptation de la dose. Siemens annonce un très bon niveau de précision sur l’ensemble des composants : rigidité du statif et de la table de traitement, précision de l’isocentre, MLC160. Ces trois accélérateurs permettent de réaliser l’ensemble des traitements en radiothérapie : • traitement conformationnel 3D (3D-CRT) ; • IMRT ; • IGRT ; • prise en compte des mouvements d’organes (Gating) ; • traitement de haute précision en Radiothérapie et Radiochirurgie avec mMLC Moduleaf (SRT/SRS) ; • techniques avancées comme la radiothérapie guidée par la dose (DGRT – work in progress) uniquement sur l’ARTISTE.

Figure 3. Accélérateur Siemens.

Collimateurs multilames La société Siemens propose une large gamme de collimateurs répondant à toutes les applications cliniques y compris la radiochirurgie en conditions stéréotaxiques : • Optifocus est un MLC de 82  lames avec un champ de 40 × 40 cm2. • 160 MLC est MLC de 160 lames :  champ de 40 × 40 cm2, avec une épaisseur de lame sur la totalité du champ de 5 mm,  précision de ± 0,5 mm,  vitesse de déplacement de lames de 4 cm/s ; • ModuLeaf est un collimateur micromultilame (mMLC) de 80 lames pour la radiothérapie de précision et la radiochirurgie :  le champ est de 10 × 12 cm2,  l’épaisseur des lames de 2,5 mm,  précision de ± 0,5 mm,  vitesse de déplacement de lames de 1,5 cm/s. Ces trois collimateurs permettent de réaliser des traitements de type IMRT en mode « step and shoot » uniquement. Système d’imagerie basse énergie • CTVision (CT sur rail) :  dans la majorité des cas la comparaison des images de traitement est réalisée en utilisant les images de CT issues de la préparation du traitement, la taille et la position

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relative des organes varient au cours du traitement ;  la solution CT sur rail permet de disposer d’un scanner de qualité diagnostic en salle de traitement, une rotation de la table et une nouvelle acquisition de volume CT sont réalisées en position de traitement. Ainsi des comparaisons entre les images réalisées lors de la préparation et en cours de traitement permettent le recalage et l’évaluation des écarts et conduit à la ART. • kVision (work in progress): imagerie Kilovolt par Cône Beam  : système utilisant un tube à rayon X qui se loge sur un bras robotisé dans la partie inférieure du statif de l’ARTISTE et un capteur plan amovible au niveau du collimateur qui permettra :  des images RX 2D pour l’IGRT,  de la reconstruction d’un volume 3D (Cone beam CT). Cette solution permet d’augmenter le contraste au niveau des tissus mous et d’avoir un isocentre du faisceau identique en imagerie qu’en traitement,  le recalage et/ou fusion avec le volume CT issu de la préparation du traitement,  la détermination des écarts pour correction de la position du patient, voire un recalcul de distribution des doses (DGRT).

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Système d’imagerie haute énergie • MVision  : imagerie MV basse énergie 6  MV  : MVision est un système complètement intégré à l’accélérateur qui utilise le faisceau de traitement et le détecteur imagerie portale. MVision permet :  la reconstruction d’images 2D pour l’IGRT,  la reconstruction d’un volume 3D (MV Cône beam),  l’absence d’artefacts dus aux fortes densités (prothèses, amalgames),  le recalage et/ou Fusion avec le volume CT issu de la préparation du traitement,  la détermination des écarts pour correction de la position du patient, voire un recalcul de distribution des doses (DGRT) ; • In-Line KView Imaging (work in progress): imagerie MV basse énergie où la cible de tungstène est remplacée par une cible de carbone qui change le spectre du faisceau technique InLine, le détecteur est celui de l’imagerie portale. Cette technique permet une amélioration des contrastes dans les tissus mous. Cette solution permet :  la reconstruction d’images RX 2D pour l’IGRT,  la reconstruction d’un volume 3D (MV Cone beam),  l’absence d’artefacts dus aux fortes densités (prothèses, amalgames),  le recalage et/ou Fusion avec le volume CT issu de la préparation du traitement,  la détermination des écarts pour correction de la position du patient, voire un recalcul de distribution des doses (DGRT).

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petite taille (inférieure au cm3) avec une précision millimétrique. Cette technique nécessite au départ une définition la plus précise possible du volume cible par l’utilisation d’une imagerie scanner, IRM ou TEP/CT. De même, la précision recherchée implique la maîtrise des mouvements du patient et nécessite la mise en place de moyens de contentions (cadres de stéréotaxie) qui peuvent être invasifs (appareillage fixé dans la boîte crânienne) ou non invasifs (empreinte palatine, cale, bouchon auriculaire…) Les faisceaux de petites dimensions, encore appelés micro ou mini faisceaux, peuvent être obtenus, soit au moyen de multiples sources de cobalt 60  placées à la surface d’une sphère (Gammaknife), soit par un faisceau de photons X de 6  MV issu d’un accélérateur dédié (Novalis, Cyberknife) ou d’un accélérateur conventionnel. Ce faisceau est collimaté par un jeu de collimateurs additionnels coniques de diamètre variable ou un micro-MLC à petit champ. Jusqu’à un passé relativement récent, de par la nécessité de haute précision et de la contention sévère, la radiothérapie stéréotaxique n’était applicable qu’au traitement des lésions intracrâniennes (tumeurs cérébrales, malformation artérioveineuse…) Le développement des techniques récentes d’imagerie stéréotaxique intégrées en salle de traitement et la roboti-

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sation des plateaux de table permettant un repositionnement en temps réel du patient durant le traitement, a permis un allègement des systèmes de contentions, la maîtrise des organes en mouvement et l’extension de cette technique au reste du corps (stéréotaxie extracrânienne). À titre d’exemples, on peut citer les tumeurs situées à proximité d’organes à risques, les tumeurs du rachis, les tumeurs bronchopulmonaires… Dans le cadre de l’ASTRO 2009, les techniques proposées sur les machines citées ci-dessous ont pu être appréhendées. Le Gammaknife Première machine de radiothérapie stéréotaxique intracrânienne, le Gammaknife a été conçu, il y a plus de 50 ans, par un neurochirurgien suédois  : le professeur Lars Leksell, pour traiter des zones profondes du cerveau, inaccessible à la neurochirurgie traditionnelle. Le premier appareil fut utilisé pour la première en 1968 (figure 4). Le rayonnement est délivré par des faisceaux focalisés de rayons gamma émis par 201  sources de cobalt 60  positionnées sur une sphère. Les 201 faisceaux se concentrent sur le point cible à traiter, les doses délivrées par chacun des faisceaux s’additionnent en ce point. Les principales pathologies traitées avec Gammaknife sont les tumeurs bénignes (neurinome de l’acoustique), les tumeurs cérébrales malignes (métastases), les localisations fonction-

 La radiothérapie stéréotaxique intra- et extracrânienne La radiothérapie stéréotaxique, encore appelée radiochirurgie, est une technique d’irradiation de haute précision utilisant un ensemble de mini-faisceaux convergents avec des diamètres de champs inférieurs à 3 cm. Elle permet le traitement d’un volume cible de très Figure 4. Gammaknife.

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nelles (névralgie du trijumeau, malformations artérioveineuses, traitement des zones épileptogènes, la maladie de Parkinson…). La radiochirurgie stéréotaxique est réalisée en une séance en dose unique. La durée de la séance est de l’ordre de 40 à 45 mn. Gammaknife est commercialisé par la société Elekta. Deux cent quatre-vingtquinze machines sont installées dans le monde avec une large prédominance des marchés japonais et américains. La France dispose de trois équipements (deux à Marseille, un à Lille), un projet est en cours à Paris. Avec un autoblindage générant un poids de 20  tonnes, la nécessité de renouveler les sources de cobalt 60 tous les six ans (coûts  : 700 k€ TTC à chaque renouvellement), les contraintes d’implantation d’une telle machine sont conséquentes. L’établissement receveur doit de plus disposer conjointement d’un service de neurochirurgie et d’un plateau de radiothérapie. Par ailleurs, l’équipement n’est rentable qu’à partir d’un nombre minimal annuel de patients. L’évolution technologique du Gammaknife s’est faite en deux étapes principales : • dans un premier niveau, le modèle 4 initial a évolué vers le modèle 4B, puis 4C. Il s’agit essentiellement d’évolutions liées au positionnement du patient, avec la recherche d’une précision mécanique infra-millimétrique, la simplification et l’automatisation du positionnement (réception automatique des coordonnées de la position du patient directement depuis le système de planification de traitement) ; • plus récemment, Gammaknife a évolué vers le modèle Perfexion. Le concept intérieur de la partie irradiation a été repensé (cloche monobloc en tungstène, dans laquelle les sources de cobalt 60 sont réparties en secteurs, focalisées sur un isocentre, qui vont être ouverts ou fermés). Par ailleurs, les automatismes de la table (mouvements latéral et longitudinal) ont été simplifiés. Le crâne peut être bloqué par un système d’insert buccal. Par ailleurs, une réflexion

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est engagée sur la possibilité d’intégrer une table à six degrés de liberté ainsi qu’un système d’imagerie embarquée permettant un recalage automatique du positionnement du patient. L’appareil est désormais intégré dans un ensemble machine, système de planification de traitement (Gammaplan), outils de contrôles de qualité. Enfin, un développement est en cours pour intégrer Gammaknife Perfexion dans le réseau R & V MOSAIQ d’ici environ deux ans. Le Cyberknife Le Cyberknife, commercialisé par la société américaine ACCURAY Incorporated est une approche nouvelle en radiothérapie (figure 5). La première génération de l’appareil a été mise au point en 1987. L’agrément FDA, pour le traitement des cancers du corps entier a été obtenu en 2001. Il s’agit d’un équipement de radiochirurgie robotisé. L’accélérateur linéaire mono-énergétique de 6 MV a été miniaturisé et est équipé d’un système inté-

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gré faisant appel à la robotique, l’informatique et la cybernétique. Il est couplé à un système d’imagerie en temps réel avec deux sources RX basse énergie (de 40 à 150 kV de voltage nominal) orthogonales, montées en plafond et correspondant à deux détecteurs au silicium amorphe installés dans le sol. Comme en radiothérapie conventionnelle, la localisation de la lésion est généralement prédéterminée sur une série de coupes axiales scanner qui génère un ensemble de radiographies reconstruites numériquement (DRR). Après les étapes de contourage des volumes cibles et à risques, et de prescription, le logiciel de planification intégré au Cyberknife détermine automatiquement le nombre, la durée et les angles d’administration de faisceaux. Le bras robotisé dispose de six degrés de liberté. Cela permet jusqu’à 1200  positions de traitement qui correspondent à 12 angles d’incidence de la tête du robot par nœud (points de position du robot dans l’espace) qui sont au nombre d’une centaine Les collimateurs IRIS à collima-

Figure 5. Cyberknife.

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tion automatique variable sont de type circulaire, de 5 à 60 mm. Le robot est maintenant capable de changer seul de collimateurs, ce qui évite au personnel d’entrer en salle au cours du traitement. Une première image en salle est faite pour positionner le patient dans la salle, celui-ci étant installé sur une table ellemême robotisée (cinq degrés de liberté). Avant l’administration des faisceaux, le système CyberKnife prend simultanément une paire de radiographies et les compare aux tomodensitométries originales. Cette approche centrée sur le guidage par imagerie détecte, suit et corrige en continu le mouvement du patient et de la tumeur tout au long du traitement pour garantir un ciblage précis. Le système de planification de traitement MultiPlan développé par ACCURAY Incorporated utilise principalement l’algorithme Monte-Carlo. Dans la réalité, une séquence de traitement peut comprendre entre 100 et 200  faisceaux de 10 à 15 secondes chacun. Lors de l’Astro, ACCURAY a présenté une nouvelle fonctionnalité logicielle appelée Quick Plan d’automatiser des étapes du traitement, du contourage à la phase de calcul de dose. Cela facilite le travail des équipes médicales et des physiciens en les accompagnant un peu mieux tout au long de ce processus de préparation. La société présentait également un outil d’autosegmentation des contours, pour l’instant uniquement disponible sur la prostate. Pour les tumeurs mobiles, l’ensemble est complété du système de tracking de la respiration Synchrony® qui synchronise en continu l’administration des faisceaux avec le mouvement des tumeurs rendues mobiles par la respiration, comme celles situées dans le poumon, le foie ou le pancréas. Contrairement à la radiothérapie conventionnelle, le système Synchrony® permet aux patients de respirer normalement pendant toute la durée du traitement tout en garantissant une précision extrême et en minimisant les dommages causés aux tissus sains environnants.

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Cela se présente sous la forme de trois caméras CCD fixées en plafond associé à un gilet munis de diodes électroluminescentes épousant la surface corporelle du patient. Il est ensuite créé un modèle de corrélation qui permet de suivre en temps réel une cible liée à la respiration, le robot anticipant le mouvement de la cible de 15 ms. Ensuite, soit ce système est couplé à un (ou plusieurs) fiduciaire(s), implanté(s) dans la tumeur au préalable. On fait correspondre ces marqueurs internes et les marqueurs externes puis on les compare tout au long du traitement. Cela est notamment utilisé pour les tumeurs hépatiques. Soit on utilise l’algorithme Xsight Lung. Celui-ci, à partir de repères osseux sur le rachis, recherche le maximum de similarités entre les images orthogonales et les DRR dans une zone de suivi de la cible mobile puis il en détermine le centre de gravité et le suit. Il permet donc de détecter, sans fiduciaire, les mouvements des cibles pulmonaires dans toutes les directions, si elles sont suffisamment périphériques. L’irradiation est alors asservie à la position de la cible. L’ensemble de ces fonctionnalités réunies dans le Cyberknife permet donc de délivrer un traitement non isocentrique, non coplanaire avec un tracking en temps réel. La précision résultante est celle attendue en stéréotaxie à savoir sub-millimétrique, mais sans aucun système invasif d’immobilisation et de contention. Cette haute précision ainsi que les nombreuses incidences possibles pour le faisceau permettent d’améliorer la protection des tissus sains et organes à risque et d’augmenter la dose par fraction. Cette dose peut alors atteindre jusqu’à 20 Gy en une seule fraction. De ce fait, un traitement par Cyberknife peut se dérouler en une à six séances dont la durée varie en fonction de la localisation : de 20 minutes pour une tumeur fixe intracrânienne à 1 h 30 maximum pour une lésion pulmonaire. Dans une même séance, plusieurs lésions non jointives peuvent également être traitées. Enfin, le Cyberknife ouvre de réelles perspectives pour les techniques de boost ou de réirradiations.

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Comme tous les systèmes stéréotaxiques, le Cyberknife a d’abord été mis au point pour les tumeurs du crâne. Aujourd’hui, et avec les nombreuses améliorations techniques précitées, l’appareil traite aisément des lésions extra crâniennes et notamment les tumeurs hépatiques, pulmonaires, ORL et rachidiennes, la plupart du temps radio-résistantes avec dans tous les cas un nombre restreint de venues du patient, toujours en ambulatoire. Dans beaucoup de cas, aucune autre thérapie n’aurait pu être proposée aux patients. Aujourd’hui, il y a environ 180 Cyberknife installés dans le monde. Soixante-dix mille patients ont été traités avec cette technique dont 600 en France. Suite à l’appel à projet de l’INCA en 2005, trois machines sont installées sur le territoire national dans des centres de lutte contre le cancer : Oscar Lambret à Lille, Alexis Vautrin à Nancy et Antoine Lacassagne à Nice. Une quatrième machine est en cours d’installation au CHU de Tours. Les indications reconnues par l’HAS sont pour l’instant l’intracrânien, le poumon et le rachis. De nombreuses études cliniques sont en cours pour disposer, entre autres, d’une validation similaire pour les tumeurs du foie, de la prostate, du sein, du pancréas et du rein. Lors de l’Astro, ACURAY a présenté l’évolution Versatile Simple Intelligence (VSI). Au-delà de la vitesse du robot qui a été augmentée de 20%, l’intérêt de cette évolution réside dans la possibilité de faire de l’IMRT robotisée puisque le système permettra maintenant de moduler l’intensité du faisceau jusqu’à un débit de dose de 1000 unités moniteur grâce au collimateur à ouverture variable IRIS. D’autres indications pourraient alors être imaginées, en se substituant alors davantage à un accélérateur standard pour certaines localisations aux formes complexes comme la prostate ou l’ORL. Le nombre de séances pourrait alors être de 15 à 20. Les premiers systèmes Cyberknife VSI sont livrables en France à la mi 2010. Si les apports sur les indications actuelles du Cyberknife se confirment, ceux

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de l’IMRT robotisée restent à évaluer cliniquement et à comparer aux traitements traditionnels. Cela va certainement constituer le champ majeur des évolutions de cet appareil. Dans tous les cas, le Cyberknife ne pourra pas rivaliser avec les techniques classiques pour les grands champs. La société travaille également à améliorer le collimateur IRIS afin de lui permettre de réaliser des mouvements en séquence dynamique (pendant l’irradiation). Les accélérateurs dédiés Les accélérateurs dédiés permettent la réalisation de traitements de radiochirurgie stéréotaxique intra- et extracrâniens. Deux équipements sont disponibles sur le marché : L’appareil Novalis TX (Varian/Brain Lab) Fruit d’une collaboration entre les sociétés Varian et Brain Lab, le Novalis TX est présenté comme une véritable plateforme de radiochirurgie stéréotaxique (figure 6). Construit sur la base d’un accélérateur de particules haute énergie, cette machine est également capable de réaliser l’ensemble des traitements existants en radiothérapie de la radiothérapie conformationnelle à modulation d’intensité à la radiothérapie rotationnelle volumétrique. L’ensemble est composé des éléments suivants. Composants Varian : • un accélérateur haute énergie avec deux points photons de 4 à 22  MV, un débit de dose variable de 100 à 600 UM/mn pour les énergies de 4 à 22  MV et un débit de 1000 UM/mn pour l’énergie de 6  MV. Novalis TX offre également six énergies électrons. Comme l’appareil TRILOGY, la mécanique du statif a également été travaillée pour obtenir une précision de l’isocentre compatible avec la radiochirurgie stéréotaxique de 0,5 mm ; • une table de traitement entièrement en fibres de carbone ; • un MLC type millénium, 120 lames, haute définition, bénéficiant d’un champ de 22 × 40 cm2, avec au centre, sur une largeur de 8 cm, des lames d’une épaisseur de 2.5 mm et sur les

Figure 6. Novalis TX.

bords extérieurs, sur une largeur de 7 cm, des lames d’une épaisseur de 5 mm ; • Un système d’imagerie portale avec un capteur au silicium amorphe de type aS 1000 (champ de 40 × 30 cm avec une résolution de 1024 × 768  pixels) embarqué sur bras escamotable. En option, l’appareil peut également être équipé : • du système embarqué d’imagerie de contrôle basse énergie OBI (Section 3.1), et des logiciels de pilotage et de comparaison d’images permettant le repositionnement du patient par IGRT ; • du système de gating respiratoire Varian RPM ou Brain Lab ; • d’un logiciel de dosimétrie portale. Enfin, Novalis TX peut également embarqué le système de radiothérapie rotationnelle volumétrique Rapide Arc. Aux composants Varian, sont ajoutés les éléments permettant la stéréotaxie développés par la société Brain Lab et en particulier : • le système d’imagerie stéréotaxique kV Exac Trac® X-Ray 6D, décrit dans la Section 3.1 précédent et permettant un repositionnement automatique du patient avant et pendant le

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traitement. Il peut permettre également le repérage des mouvements tumoraux par insertion de marqueurs fiduciaires au niveau de la tumeur (adaptative gating) ; • un système de caméra infrarouge réalisant le gating respiratoire à partir de sphères fixées sur la peau du patient ; • un plateau de table à six degrés de liberté (Section 3.1) asservi à l’imagerie et permettant un repositionnement automatique du patient durant le traitement ; • un logiciel de planification de traitement, incluant divers modules de fusion d’images, de contourage manuel et automatique, de distribution de doses, de planification dédiés à la stéréotaxie intra- et extracrânienne (iPLAN), ainsi qu’un réseau (iPLAN Net) permettant un accès multipostes et multisites. Grâce au système de repositionnement du patient en temps réel asservi à l’imagerie de contrôle, Novalis TX est capable de réaliser des traitements de radiothérapie en conditions stéréotaxiques en s’affranchissant des systèmes de contentions lourds voir invasifs.

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L’appareil Axesse (Elekta) L’accélérateur Bi-Énergie «  Elekta Axesse  » est un équipement de la gamme «  Precise  » incluant la majorité des options et performances de la gamme, conçu pour supporter le poids de l’axe X-Ray « X-Ray volume imaging » (figure 7). Ainsi équipé cet accélérateur est capable de réaliser l’ensemble des traitements existants en radiothérapie de la radiothérapie conformationnelle à modulation d’intensité à la radiothérapie rotationnelle avec une véritable plateforme de radiochirurgie stéréotaxique. L’ensemble est composé des éléments suivants : • un accélérateur « Bi-Énergie » : deux énergies photons (trois en options) de 4 à 25 MV, un débit de dose variable de 28 à 230, 500 ou 600 cGy/ mn en fonction de l’energie et également six énergies électrons de base à choisir dans la gamme 4 à 20 Mev. Comme l’appareil Precise, la mécanique du statif permet d’obtenir une précision de l’isocentre inférieur à 1 mm cohérente avec la radiochirurgie stéréotaxique ; • l’équipement intègre les dernières évolutions techniques de repositionnent du patient avec l’imagerie portal iViewGT et la possibilité de travailler en 2D mais aussi avec l’adjonction de l’imagerie embarquée avec la technique RX, de réaliser de l’IGRT (traitement d’image guidée par l’image) à partir d’images volumétriques reconstruites avec le « Cone Beam CT » ; • une table de traitement «  Precise  » en standard et en option une table de traitement à six degrés de liberté de type « Hexapod » asservi à l’imagerie et permettant un repositionnement automatique du patient durant le traitement ; • un MLC type «  Precise Beam Modulator  », 80  lames, haute définition, bénéficiant d’un champ de 16 × 21 cm2, avec au centre 2 × 40 lames de d’une épaisseur de 4 mm ; • un système d’imagerie portale « IVIEW GT » avec un capteur au silicium amorphe (champ de 41 × 41 cm et une acquisition sur 16 bits) embarqué sur un bras escamotable ;

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• un module de dosimétrie de transmission et prédictive « Scanditronix Wellhöfer OmniPron I’mRT » adapté aux dernières techniques de traitements telles l’IMRT pour le contrôle des champs du patient en dynamique ; • un système d’IGRT permettant la réalisation de l’IGRT et aussi de traitement en radiothérapie rotationnelle (technique VMAT) ; • un système de planification ERGO++/Monaco incluant divers modules de fusion d’images, de contourage, de distribution de doses, de planification permettant la réalisation de la stéréotaxie intra et extra-crânienne ; • du système de gating respiratoire active breathing coordinator « R » (ABC). L’Axesse avec son système de repositionnement du patient en temps réel asservi à l’imagerie de contrôle se positionne clairement dans la gamme des équipements permettant de réaliser des

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traitements de radiothérapie en conditions stéréotaxiques. L’optimisation de ces performances en condition stéréotaxique passe par l’utilisation de la console de TPS ERGO et donc permet la définition des traitements avec VMAT. Le système PreScision Siemens annonce la commercialisation de leur dernier accélérateur PreScision qui est présenté comme la conjonction de l’ensemble des composants de l’ARTISTE ou ONCOR. La société Siemens indique que cet équipement est conçu pour permettre des traitements de haute précision en condition stéréotaxiques extra- et intracrânien : • précision du statif déplacement de l’isocentre dans une sphère de 0,5 mm de diamètre ; • précision de la table 550 TXT flexion, rotation, repositionnement inférieur ± 0,2 mm ; • précision du MLC160 et du moduleaf ;

Figure 7. Axesse.

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• faisceau de 7 MV ; • débit jusqu’à 2000 MU/Min. Le système VERO Fruit d’une collaboration technique entre le Japonais Mitsubshi et l’Allemand Brain Lab, VERO est la dernière-née des technologies nouvelles en radiothérapie permettant la réalisation de ce qui est appelée technique stereotactic body radiotherapy (SBRT) (figure 8). Ce système n’a pas été présenté à l’ASTRO 2009 et sera commercialisé en Europe par la société VERO SBRT Gmbh. VERO se présente sous forme d’un statif annulaire de taille relativement impressionnante (une hauteur totale de 4,17 m nécessitant un plénum sous faux plancher de 1,30 m pour un poids de 11  tonnes). VERO est doté d’un vaste tunnel de 1,25 m. L’anneau est très rigide, il a été spécialement étudié pour s’affranchir des contraintes de pesanteur des éléments très lourds qu’il embarque et garantir la meilleure précision mécanique. Il contient les équipements suivants : • un système d’imagerie stéréotaxique relativement similaire à ceux équipant Cyberknife et Novalis TX, totalement intégré au sein de la machine, composé de deux tubes à rayons X et de deux détecteurs plans placés à 90° l’un de l’autre ;

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• un accélérateur linéaire à section courte de 6MV ; • un micro-multilames de 60  lames, d’un champ de 15 × 15 cm. L’épaisseur des lames à l’isocentre est de 5 mm. La table de traitement robotisée bénéficie d’un plateau à cinq degrés de liberté. Le statif est capable de tilter de ± 60° autour de la table. Le système possède deux particularités uniques : • grâce au système d’imagerie stéréotaxique embarqué, avec une cadence maximale de 30 images par seconde, le système est capable de fournir une imagerie fluoroscopique en temps réel pendant le traitement (en statique uniquement) ; • sur l’anneau, l’accélérateur 6  MV est monté sur un berceau qui lui permet un mouvement d’oscillation dans les deux directions du plan horizontal (de droite à gauche et d’avant en arrière). Sur cette machine, on ne peut donc plus parler d’isocentre statique, mais de définition possible de plusieurs isocentres en fonction des mouvements que l’on souhaite donner à l’appareil et donc du type de traitement à administrer. La machine bénéficie d’une précision de 0,5 mm, voire de 0,1 mm dans certaines conditions de traitement.

Figure 8. Vero.

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Comme Tomotherapy, cyberknife et Novalis TX, la machine est packagée avec son TPS dédié (Brain Lab iPLAN) Elle sera présentée comme étant une alternative possible à Cyberknife et à Tomotherapy. Grâce à une imagerie de type CBCT et à un logiciel nommé « HYBRID ARC », VERO peut fonctionner en RCMI rotationnelle. Actuellement, trois centres dans le monde sont équipés de ce système, deux au Japon et un en Belgique. Cinq autres projets d’installation sont en cours.  La radiothérapie rotationnelle La tomothérapie La tomothérapie est une technique de radiothérapie qui fait la synthèse entre la radiothérapie conformationnelle, la radiothérapie par modulation d’intensité et l’IGRT (figure 9). Elle associe un accélérateur basse énergie, équipé d’un MLC capable de délivrer une intensité d’irradiation modulée, avec une barrette de détecteurs placée en face de l’accélérateur. L’ensemble est monté sur un anneau similaire à celui d’un scanner capable d’effectuer une rotation à 360°. Le traitement se déroule en mode hélicoïdal, comme s’il s’agissait d’une acquisition d’images en scanner diagnostic. Un des principaux avantages de la tomothérapie est la précision balistique,

Figure 9. Tomothérapie.

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estimée de 1 à 2 mm. Cette précision est particulièrement importante pour les tumeurs de formes complexes ou situées très proches d’organes extrêmement radiosensibles, particulièrement difficiles à traiter avec des techniques plus classiques. La précision de l’irradiation entraîne la nécessité de repositionner le patient d’une façon particulièrement précise. L’imagerie tomographique hélicoïdale MV, réalisée à partir du faisceau de l’accélérateur et de la barrette de détecteurs pendant le traitement permet d’une part de repositionner le patient d’une façon strictement identique à celle du plan de traitement de référence et à celle des précédentes séances, et d’autre part de suivre pendant les séances de traitement l’évolution de la tumeur. Cette technique a été inventée dans les années 1990 par une équipe de recherche de l’université du Wisconsin (ÉtatsUnis), puis a donné lieu en 1998 à la création de la société Tomotherapy. Le premier système HI-ART a reçu l’agrément FDA en 2003 pour une première commercialisation la même année. Aujourd’hui, environ 280 systèmes sont installés dans le monde, dont plus de la moitié aux États-Unis, un tiers en Europe et le reste en Asie. En France, il existe actuellement sept installations,neuf dans un proche avenir. Physiquement, l’appareil ressemble à un scanner de grande taille. Il se compose : • d’un statif bénéficiant d’un grand tunnel de 85 cm de diamètre, embarquant l’accélérateur basse énergie et la barrette de détecteurs dédiés à l’imagerie. L’accélérateur est équipé d’un MLC (64  lames de largeur 6 mm) de type pneumatique fonctionnant en « tout ou rien » ; • d’une table de traitement motorisée dans les trois directions avec plateau radiotransparent ; • d’un cluster informatique embarquant la base de données, les ordinateurs dédiés au calcul dosimétrique, les applications logicielles cliniques de tomothérapie ; • d’une station de pilotage et de contrôle avec un écran unique commun à toutes les applications ;

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• de deux stations de planification traitement dédiées tomothérapie ; • d’un système de « R & V » dédié avec gestion du fractionnement intégré ; • d’un package d’outils de contrôle de qualité (fantômes, outils hardware et software). Le système est compatible DICOM RT et permet l’envoi d’objets à ce format (RTplan, RTdose, RTstructure). Il a désormais la possibilité de se connecter à certains systèmes extérieurs de « R & V » présents sur le marché et compatibles IHE-RO. Le système est capable de traiter, en hélicoïdal, sans jonction de champs, aussi bien des tumeurs de 6 mm en intracrânien, qu’un volume de 40 cm de large sur une longueur de 160 cm, sans changement d’isocentre et en un même plan dosimétrique (multicibles). Le système HI-ART est à ce jour le seul équipement capable de réaliser de l’IMRT guidée par scanner 3D sur un tel volume et dans de telles conditions. HI-ART peut s’installer dans une salle initialement dédiée à un accélérateur de particules basse énergie et dans un volume raisonnable (au minimum une surface de 6 × 5 m avec une hauteur sous plafond minimale de 2,75 m). L’installation, recette dosimétrique et du système de planification de traitement inclus, peut être réalisée en environ 35 jours. Enfin Tomotherapy est le seul constructeur du marché à proposer un service 24 h/24 et 7 j/7. Le séquencement d’un traitement de patient semble relativement aisé de mise en œuvre. Après réalisation d’une imagerie sur un scanner de simulation standard, définition de la prescription médicale et des contraintes sur les organes à risques, contourage du volume cible, le système de tomothérapie va créer et enregistrer un plan de traitement, en déterminant, d’une part le nombre de fractions nécessaires et d’autre part un sinogramme, c’està-dire le temps d’ouverture des lames du collimateur par degré de rotation de l’accélérateur et position de la table. Lors de la séance de traitement, le patient est positionné sur la table. Après vérification de son identité, la partie scanner est lancée pour une acquisition

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des images de la zone à traiter. À partir de l’imagerie 3D réalisée, le logiciel de recalage permet de calculer le décalage du patient entre sa position réelle sur la table et la position théorique qu’il devrait avoir. Les coordonnées de décalage sont ensuite transmises à la table qui se repositionne automatiquement. Lorsque la position est correcte, la machine exécute le traitement planifié puis enregistre les résultats dans le système de « R & V ». Dans le cadre du Congrès ASTRO 2009 de Chicago, la société Tomotherapy a présenté un nouveau système de tomothérapie, baptisé TomoHD. TomoHD est un système de type Hi-ART packageant les principales options de cette dernière machine (cluster de planning dosimétrique double capacité de calcul, mode 1 cm, adaptative gating, etc.), ainsi que de nouveaux éléments matériels tel qu’une nouvelle section accélératrice, un nouveau détecteur, un nouveau capot avec moins de dépendances en matière de climatisation et un encombrement encore plus réduit, etc. Les premières unités de TomoHD seront disponibles en livraison à partir de fin 2010. Les systèmes Hi-ART livrés en 2009 pourront être upgradés en TomoHD (hors capots) grâce à un kit spécifique et optionnel. Aux États-Unis se développe le concept de la thomothérapie « Mobile » embarqué dans un camion. La radiothérapie rotationnelle sur accélérateurs dédiés Les constructeurs d’accélérateurs conventionnels ont mis à profit la capacité de leur machine à réaliser la RCMI ainsi que les systèmes d’imagerie embarquée haute et basse énergie permettant la mise en place des techniques d’IGRT, pour développer des technologies susceptibles de concurrencer la tomothérapie. Deux nouvelles techniques, nommées RAPID’ARC chez VARIAN et VMAT chez ELEKTA permettant de réaliser des traitements en radiothérapie rotationnelle, mais avec les limitations de champs des collimateurs multi-lames actuels, sont désormais disponibles sur le marché.

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VARIAN Rapid’ Arc Rapid’ Arc représente une nouvelle technologie avancée d’IGRT qui permet de délivrer une irradiation par modulation d’intensité, durant une, voire plusieurs rotations de l’accélérateur de particules pendant un temps de traitement estimé être huit fois moins long que celui nécessaire à la mise en œuvre d’une technique de RCMI standard (figure 10). Cette technique s’implante sur un accélérateur de particules conventionnel Varian disposant d’un système d’imagerie embarquée basse énergie OBI et d’un système d’imagerie portale haute énergie avec CBCT. La planification de traitement nécessite le TPS Varian Eclipse. Cependant, l’accélérateur varian peut être associé à un autre TPS pour un traitement de même type appelé VMAT. Rapid’Arc est une marque déposée. Après réalisation de la planification, le traitement s’effectue en trois temps : • les systèmes OBI et CBCT permettent la réalisation d’une imagerie pour déterminer au moment du traitement la position exacte de la tumeur, sa taille et sa forme ; • l’imagerie étant réalisée, le système compare ces images avec celles

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effectuées par le scanner de simulation et permet l’ajustement de la position du patient pour obtenir la meilleure précision possible ; • la position du patient étant recalée, le traitement peut démarrer. RAPID’ARC délivre, en une ou plusieurs rotations (un à deux rotations au maximum dans la quasi-totalité des cas) continues de l’accélérateur de 360° autour du patient. le faisceau est modulé continûment en champ et intensité pendant toute la rotation, la vitesse de rotation est elle-même modulée de manière à irradier la tumeur avec une dose maximale tout en épargnant les tissus sains et les organes à risques voisins. Les bénéfices pour le patient sont importants  : un traitement plus précis et plus efficace, moins invasif pour les tissus sains environnants et beaucoup plus court (durées inférieures à 2 mn d’irradiation). Elekta VMAT Elekta propose sur ses accélérateurs conventionnels équipés des technologies d’imagerie basse et haute énergie, la technique VMAT (figure 11).

Figure 10. Rapid’Arc.

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Équivalente à la précédente, cette technique permet de contrôler simultanément la position du statif de l’accélérateur, sa vitesse de rotation, ainsi que la position des lames du collimateur et le débit de dose. Elle est capable de délivrer au patient une dose d’irradiation en une rotation partielle, unique ou multiple. Cette technique permet une réduction considérable du temps de traitement (réalisation annoncée en 2 mn) impliquant plus de confort pour le patient, une réduction du mouvement intrafraction et une capacité de traitements accrue pour la machine. L’imagerie volumétrique 3D embarquée permettant un contrôle précis de la position du patient et une bonne maîtrise de l’ensemble des paramètres de l’irradiation autorisent, grâce à l’utilisation des nouveaux TPS ERGO++ ou Monaco VMAT, la délivrance d’une dose optimisée à la tumeur tout en garantissant la préservation des tissus sains avoisinants.  La protonthérapie La protonthérapie est la technique la plus utilisée d’un grand domaine appelé l’hadronthérapie.

Figure 11. VMAT.

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Un hadron est une particule élémentaire susceptible d’interaction forte (par exemple, proton, neutron) par opposition aux leptons (par exemple, électrons). L’hadronthérapie utilisera donc des faisceaux de protons, neutrons ou ions lourds (et en particulier le carbone 12). Les avantages démontrés de ces techniques sont principalement : • une meilleure qualité balistique  : un faisceau de protons/ions accélérés ne cède l’essentiel de son énergie au milieu environnant qu’en fin de parcours, ce qui se traduit par un pic très étroit de la  dose en profondeur (tout en épargnant les tissus sains sur le parcours). C’est ce qui est appelé le pic de Bragg (figure 12) du nom de William BRAGG qui a découvert en 1910 les propriétés d’ionisation des atomes par un rayonnement et leur concentration à un point précis. Plus l’énergie des protons sera importante au départ, plus la lésion à traiter pourra se situer en profondeur ; • une meilleure efficacité : les cellules touchées meurent trois à dix fois plus vite et grâce à l’imagerie en temps réel, le clinicien peut visualiser la zone traitée et utiliser le faisceau de protons comme un « nano-scalpel ». Il deviendrait par exemple possible de traiter une tumeur au cerveau en 90 secondes (pas d’anesthésie, pas de douleur). Entre les protons (protonthérapie dans la suite du texte)  et les ions lourds comme le carbone (hadronthérapie dans la suite du texte), la différence résulte dans l’efficacité biologique relative (mode d’interaction des particules avec les atomes du milieu). Celle des protons semble proche des électrons et des photons tandis que celle des ions lourds est supérieure de trois ou quatre fois. Concrètement, la protonthérapie met en œuvre des technologies lourdes  : ce type d’installation prend la forme d‘un bâtiment complet. L’accélérateur, cyclotron ou synchrotron, se situe dans un local spécifique à une extrémité du bâtiment. Le faisceau est ensuite transporté vers différentes salles de traite-

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Figure 12. Schéma Pic de Bragg.

ment. L’ensemble est entouré par des blindages en béton ou matériaux équivalents. Au démarrage de la technique, le faisceau de protons était fixe ce qui en a certainement limité le développement (le premier centre a ouvert aux ÉtatsUnis en 1954). Il fallait systématiquement bouger le patient pour multiplier les incidences (d’où le développement assez rapide de la robotisation de la table). Depuis la fin des années 1980, il a été mis au point un bras isocentrique ou gantry, permettant une rotation du faisceau de 360°. Cela a permit une augmentation du nombre de portes d’entrée et un traitement dans la position de l’imagerie de référence, et ainsi l’extension des indications médicales. Dans le but de focaliser ces particules beaucoup plus lourdes, le bras isocentrique fait appel à une technologie particulièrement conséquente puisqu’il peut atteindre 10 m de diamètre d’envergure et un poids de 100 tonnes environ. Maintenant, les industriels proposent des bâtiments complets avec plusieurs salles de traitement, en général un faisceau fixe et 2 à 4 avec bras isocentriques. Les investissements sont aussi lourds que les équipements avec souvent des installations complètes pouvant facilement atteindre les 100 millions d’euros dont 50 millions environ pour l’équipement. Les indications, très ciblées au départ sur les tumeurs oculaires ou à la base du crâne, proche de la moelle épinière, se développent en même temps que la

technique elle-même (gantry, imagerie embarquée, modulation d’intensité, gating respiratoire…). Les protons sont un outil de choix pour les indications pédiatriques précises lorsqu’il s’agit de limiter l’irradiation aux tissus sains voisins à risque et sensibles. Diffusion de la technique Les deux centres historiques en France sont le Centre de lutte contre le cancer Antoine-Lacassagne à Nice avec un cyclotron de 65  MeV dont l’activité médicale a démarré en 1991 sur des tumeurs oculaires  ; et le centre de protonthérapie d’Orsay dont l’énergie maximum est de 200 MeV avec une activité essentiellement ophtalmo et intracrânien. Il y est prévu prochainement l’ouverture d’une seconde machine de protonthérapie pour des applications sur les poumons et le pancréas. Deux autres projets régionaux sont en cours : le projet Asclepios à Caen et le projet Étoile à Lyon. Ce dernier prévoit une activité en protonthérapie mais également par ions lourds (carbone). Il est également annoncé un projet au Cancéropôle de Toulouse. En hadronthérapie par ions carbones, trois centres existent dans le monde  : deux Japonais et un Allemand. Les indications, toujours dans le domaine des tumeurs inopérables et radiosensibles, sont assez ciblées. Le nombre de fractions seraient alors réduits (7 à 10). Aujourd’hui, il semble que les efforts de recherche et développement en la matière porte sur une miniaturisation

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du système, notamment par l’utilisation des lasers pour stabiliser le faisceau, dans le but de démocratiser la technique. L’offre industrielle Cinq sociétés étaient présentes dans ce domaine à l’Astro. Varian La société Varian est présente sur le marché de la protonthérapie depuis 1992 au travers d’un module dédié protons de son système de planification de traitement Eclipse. En 2007, Varian a acheté la société ACCEL Instruments spécialisée dans le développement et la construction de systèmes de protonthérapie pour le traitement du cancer et les instruments de recherche scientifique. Ainsi Varian est actuellement le seul constructeur de ce secteur à proposer un système de planification de traitement (Eclipse) dédié à la proton thérapie, du matériel d’irradiation ainsi qu’un système d’information permettant la gestion des traitements (ARIA). Les matériels proposés par Varian permettent entre autres à un centre de protonthérapie de construire dans un premier temps une salle de traitement unique tout en évoluant dans l’avenir vers un ensemble multisalles. Une technologie innovante nommée «  pencil beam scanning  » a été développée pour permettre la délivrance d’une dose optimum de protons aussi bien sur la partie proximale du volume cible que sur sa partie distale. Cette technologie, qui a pour caractéristique de faire varier au cours du traitement l’énergie du faisceau, permet également de réduire la dose de neutrons. La technologie développée par Varian permet aussi le passage du faisceau de proton d’une salle de traitement vers l’autre en un temps relativement rapide (30 secondes à 1 mn). Le cyclotron, de type supraconducteur, en boucle fermée, est un équipement relativement compact pour ce genre de matériel (un diamètre de 3,20 m, une hauteur de 1,60 m et un poids de 90 tonnes). Il délivre une énergie pouvant varier de 70 à 250 MeV.

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Ions beam applications (IBA) Outre son activité en protonthérapie, la société ions beam applications (IBA) compte 2000  employés (dont 29% en France) répartis sur des activités de type matériel de dosimétrie, accélérateurs industriels et produits radiopharmaceutiques. La société IBA compte dix centres de protonthérapie fonctionnant en routine et six autres en cours de construction. Cette société a fait le choix du cyclotron par rapport au synchrotron pour une question de qualité de faisceau. L’énergie délivrée est de 230 MeV. Leurs installations distribuent en général quatre ou cinq salles. La préparation se fait avant l’entrée en salle. Le patient est placé en douceur sur le plateau de table appelé dignity. La machine délivre ensuite le faisceau suivant quatre modes différents, avec une précision millimétrique et également en modulant le faisceau avec le pencil beam scanning. IBA peut travailler avec l’ensemble des logiciels de dosimétrie équipé d’un module proton. En ce qui concerne le réseau R & V, c’est principalement MOSAIC d’Elekta qui est préconisé avec les installations IBA. Les deux lignes de développement de IBA sont actuellement une miniaturisation du système, mais toujours avec une source extérieure à la salle de traitement, la société se méfiant de l’effet biologique des neutrons qui serait augmenté par une source en salle. IBA travaille également sur des installations fonctionnant au carbone en s’intéressant notamment à l’énergie encore restante dans les tissus cassés par les ions carbone, dont le pic de Bragg est encore plus fin et donc l’énergie plus élevée (400 MeV). C’est dans ce cadre que IBA a proposé une machine hybride proton-carbone au projet Étoile de Lyon. OPTIVUS La société américaine OPTIVUS était également présente sur le salon afin de présenter sa gamme de protonthérapie Conforma 3000. Elle axe sa communication sur la livraison d’un centre complet de pro-

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tonthérapie, clé en main, en 42  mois. Les ensembles peuvent aller de une salle avec gantry à six salles comprenant quatre salles avec gantry, une salle pour le traitement des yeux et une salle au faisceau linéaire pour la recherche. La société déclare avoir la gantry la plus compacte du marché. Le faisceau est produit par un synchrotron afin de permettre de changer rapidement l’orientation du faisceau entre les différentes salles de traitement, en 40 secondes environ. L’énergie du faisceau obtenue est variable de 70 à 250 MeV ce qui permet de traiter de nombreuses localisations. Les protocoles peuvent varier d’une fraction pour un tumeur cérébrale à 40 fractions pour une lésion à la prostate. Depuis 2008, OPTIVUS propose la protonthérapie guidée par l’image (image guided proton therapy [IGPT]) avec un double système d’imagerie à rayons X. Grâce à un système de bras robotisé pour le repositionnement du patient (patient positionning alignment system [PPAS]) et à son système d’immobilisation du patient (modular immobilization device [MID]), le système présente six axes de rotation et une précision inférieure à 0,5 mm lors de tirs sur différentes cibles. Ainsi, le repositionnement est rapide et automatique. Le temps de traitement résultant est de l’ordre de deux minutes pour une prostate. Au global, le système peut admettre entre quatre à six patients par heure. OPTIVUS a également développé la modulation d’intensité en protonthérapie (intensity modulated proton therapy [MPT]), qui peut être considéré comme l’équivalent du Pencil Beam Scanning chez ses concurrents. Comme en radiothérapie, cette technique permet de traiter des volumes complexes ou de multiples zones en augmentant le dosage et sans léser les tissus sains environnants. Dans ce cas, l’énergie du faisceau de proton peut être changée en deux secondes. OPTIVUS travaille actuellement sur un logiciel de dosimétrie en protonthérapie, compatible DICOM. Elle ne se dit pas intéressée pour développer

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un produit utilisant les ions carbone en raison d’une mise en œuvre trop lourde et de l’absence de remboursement aux États-Unis. Le centre de référence d’OPTIVUS se situe à Los Angeles et a commencé à traiter en 1990. Il traite aujourd’hui 1000  patients par an. Sur les quelques 13  500 patients traités en protonthérapie par OPTIVUS, la société est satisfaite du retour d’expérience car très peu ont nécessité d’être repris par une autre technique. SUMIMOTO Protontherapy Le Japonais SUMIMOTO Heavy Industries était également présent à l’ASTRO 2009 pour présenter son concept de protonthérapie. La société a en effet développé cette activité à partir de 1989 pour installer son premier cyclotron en 1998 au National Cancer Center Hospital East du Japon. Elle a maintenant équipé sept centres dans ce pays, qui traitent globalement des tumeurs cérébrales, du foie et quelques poumons, mais peu de lésions oculaires, les Japonais étant peu sujet à ces affections compte tenu de la couleur de leurs yeux. Cette société propose une installation avec un cyclotron à énergie fixe de 230  Mev. Le nombre de salles est à nouveau variable. Comme les concurrents, l’installation permet de réaliser de la modulation d’intensité avec le Pencil Beam Scanning. De plus, elle propose un système de gating respiratoire basé sur la détection en continu de la surface corporelle et pouvant couper le faisceau de proton. Depuis deux ans, SUMIMOTO a développé son propre logiciel de planification de traitement, PT PLAN, qui transfère automatiquement les paramètres de traitement au système de contrôle de la machine et présente une interface DICOM-RT (-ION). Enfin, on peut souligner l’originalité du système de contrôle par l’imagerie. Pour le confort du patient (moins de bruit), SUMIMOTO a fait le choix de réaliser une imagerie PET juste après l’irradiation grâce aux ions 11C et 13N, créés après l’irradiation avec des protons.

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Tomotherapy La société Tomotherapy va-t-elle révolutionner la protonthérapie  en développant le concept de modulation d’intensité ? L’Astro 2009 a été l’occasion de rencontrer un des développeurs de la société CPAC, entreprise créée par Tomotherapy pour développer de nouveaux concepts et de nouveaux matériels au service de la protonthérapie. L’idée de CPAC est de mettre la protonthérapie à la portée d’un plus grand nombre de Centres de traitement en développant un statif permettant de réduire les contraintes importantes des équipements d’aujourd’hui (technique très coûteuse, exigeante en matière de surfaces de locaux, complexe réglementairement (marquage CE in situ, génératrice de neutrons…). Ainsi CPAC développe aujourd’hui un nouveau statif désigné pour n’occuper qu’une seule salle de traitement et ne produisant que peu de neutrons. L’accélérateur, à section réduite (le but étant de fabriquer une section d’une longueur maximum de 2 m capable de produire une énergie de 200  MV), est embarqué sur un statif de type annulaire (type scanner) pouvant osciller autour du patient. Il pourra fournir un faisceau d’énergie variable, d’intensité modulée, avec un spot de taille variable. Ce développement particulièrement intéressant (moindre coût, taille réduite, radioprotection plus faible), est à suivre de près.  La curiethérapie La curiethérapie est une technique d’irradiation interne qui consiste à introduire au contact ou à l’intérieur même de la tumeur des sources radioactives dites « scellées », sous la forme de fils, de grains ou de micro-sources. Le traitement est directement ciblé sur la zone concernée par le cancer. Comme pour la radiothérapie externe, la mise en place se fait au moyen d’une imagerie volumique (scanner, IRM). Les traitements sont réalisés en chambre isolée radioprotégée. Selon la position des radioéléments par rapport à la tumeur, on distingue deux grands types de curiethérapie :

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• la curiethérapie endocavitaire ou plésiocuriethérapie : les sources sont placées au contact de la tumeur à l’intérieur des cavités naturelles qui servent de réceptacles au matériel radioactif et à ses vecteurs. La curiethérapie endocavitaire la plus répandue est la curiethérapie utéro-vaginale. Il existe aussi une curiethérapie endoluminale concernant les bronches ou l’œsophage. Ces techniques utilisent en général comme radionucléide le Césium 137, mis en place par l’intermédiaire d’un projecteur de sources ; • la curiethérapie interstitielle ou endocuriethérapie : les sources sont implantées à l’intérieur même de la tumeur. Pour cette technique, le radionucléide utilisé est l’Iridium 192 sous forme de fils, généralement mis en place dans des tubes réceptacles implantés dans le patient sous anesthésie. Les localisations concernées sont les seins, la langue, la peau, les lèvres, l’anus, etc. Une technique dérivée, utilisant des grains d’Iode 125 définitivement implantés dans le patient est utilisée depuis peu pour les cancers de la prostate. Entre 50 et 100  grains radioactifs sont mis en place dans la prostate à l’aide d’aiguilles très fines à travers la peau du périnée en se guidant avec l’échographie endorectale. Une fois les grains implantés, les aiguilles sont retirées. Une étude de la répartition de la dose délivrée par les grains est réalisée, suivant les techniques, soit pendant ou soit quelques jours avant leur implantation (dosimétrie). Pour délivrer au bon endroit la dose prescrite, le traitement en curiethérapie endocavitaire impose une excellente précision du positionnement de la source radioactive. Le matériel est constitué d’un ensemble comportant  un système de calcul de distribution de dose, un projecteur de source avec une unité de commande et de contrôle du projecteur et un ensemble d’accessoires (applicateurs, vecteurs et gaines de connexion). Le projecteur de source va permettre de positionner la source au bon endroit. La source voyage dans une gaine dont une extrémité est connectée au patient et

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l’autre au barillet du projecteur. Selon la technologie utilisée, la source est tirée ou poussée au moyen d’un câble. Le projecteur est équipé d’un système permettant de détecter la position réelle de la source à l’intérieur de la gaine. Un système d’horloge permet de maintenir la source à une position définie pendant un temps donné. L’appareil est pourvu d’une batterie permettant de pallier toute coupure de courant. Un système de retrait d’urgence permet de rentrer la source dans son container radioprotégé en cas d’anomalie et d’urgence. La réglementation impose la mise en place au niveau de la chambre et de la porte d’entrée de dispositifs de radioprotection (voyants lumineux indiquant l’état du projecteur, source entrée, source sortie, un détecteur d’ambiance radioactive indépendant avec son système d’alarme, un système de surveillance audio/vidéo…). La dosimétrie est réalisée par un TPS fourni avec le projecteur (on ne peut pas faire de dosimétrie avec un TPS d’une marque autre que celle du projecteur). On distingue trois types d’application, réalisées par deux types de projecteur : • la curiethérapie bas débit de dose : les sources utilisées ont un débit de dose de 0,4 à 2 Gy/h. L’hospitalisation, en chambre radioprotégée, dure plusieurs jours. Cette technique est actuellement en voie de disparition au profit des deux suivantes ; • la curiethérapie à débit pulsée (PDR) : cette technique remplace progressivement la précédente car l’hospitalisation est beaucoup plus courte. On utilise des sources avec des activités dix fois plus importantes de l’ordre de 2 à 12 Gy/h. L’appareil délivre des «  pulses  » d’irradiation (source positionnée pendant un laps de temps puis déplacée ou retirée pendant un autre laps de temps, et ainsi de suite). L’activité de la source étant beaucoup plus importante, la radioprotection de la chambre l’est aussi. On réalise en règle générale des renforcements en plomb. Le projecteur utilisé est très différent de celui utilisé pour le bas débit de dose ;

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• la curiethérapie à haut débit de dose (HDR) : les conditions de traitement s’apparentent cette fois à celles de la radiothérapie externe. La salle de traitement doit être traitée comme un bunker. Les activités utilisées sont supérieures à 12 Gy/h. Le traitement est un traitement de type ambulatoire. Le projecteur utilisé est généralement du même type que celui permettant la curiethérapie pulsée. Aujourd’hui, trois constructeurs se partagent le marché des projecteurs de sources : • Nucletron et Varian pour les équipements à débit pulsé ; • Nucletron, Varian et Bebig pour les projecteurs à haut débit de dose. Pour les deux premiers constructeurs cités, l’équipement pour la curiethérapie à débit pulsé et la curiethérapie haut débit est identique. On ne trouve plus sur le marché européen de curietrons bas débit. S’agissant de la curiethérapie par implants permanents d’iode 125, les systèmes sont proposés par les sociétés : Oncura, Bard Brachyterapy, Nucletron, Bebig.  La thérapie de contact La radiothérapie de contact permet de délivrer un petit volume d’irradiation sur un petit champ avec une dose qui décroît rapidement en profondeur. Elle est réalisée au moyen d’un appareil délivrant des photons obtenus sous une tension comprise suivant les modèles, entre 50 et 300 kV. La source de rayonnement est appliquée au contact de la lésion à irradier avec une courte distance source-volume cible (2 à 4 cm). Les tumeurs doivent être superficielles, de petites tailles (moins de 2 cm) et situées sur des surfaces planes. Les appareils de radiothérapie de contact permettent donc de réaliser des irradiations de lésions cutanées, des irradiations endocavitaires (cancer du rectum), voire des irradiations peropératoires. L’aspect très localisé de l’irradiation permet d’épargner les tissus sains et les organes à risque éventuellement à proximité. On peut ainsi diminuer le

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nombre de fractions en augmentant la dose par fractions (2 à 20 Gy). Le traitement des lésions cutanées et endocavitaires par contact-thérapie est reconnu par l’HAS et bénéficie d’un remboursement. La radiothérapie de contact permet ainsi de compléter l’arsenal thérapeutique du radiothérapeute. Deux sociétés présentaient des équipements de ce type à l’Astro 2009 : GULMAY La société anglaise Gulmay Medical Limited propose une gamme complète d’équipement appelée Xstrahl. Il propose en effet des versions à 100, 150, 200 et 300 kV maximum. Les appareils de 200 et 300 kV sont vendues pour les traitements palliatifs et des troubles bénins inflammatoires ou dégénératifs. Pour les tumeurs dermatologiques, c’est principalement l’appareil dont la tension d’entrée peut varier de 10 à 100 kV qui est proposé. Le dispositif est complété de cinq filtres à usage clinique et d’une gamme d’applicateurs de différents diamètres (de 2 à 15 cm). L’interface est conviviale, le bras se manipule aisément et dispose de nombreux degrés de liberté pour venir correctement au contact de la lésion. Le système est entièrement mobile et peu donc aisément cohabiter dans un petit bunker avec un autre équipement. Topex La société Topex propose un produit unique dédié au traitement des cancers de la peau, le SRT 100. Le système propose trois niveaux d’irradiation à 50, 70 et 100 kV avec les trois filtres correspondants qui se changent automatiquement. La gamme des applicateurs varient de 1,5 à 25 cm de diamètre. De conception plus ancienne, le bras présente moins de degré de liberté que le précédent notamment au niveau des capacités de rotation de la tête. L’équipement est entièrement mobile. Principalement distribué aux ÉtatsUnis, le SRT 100 fonctionne néanmoins dans six centres européens.

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Ariane Dans ce domaine et même si elle n’était pas présente sur le salon, on citera également la société ARIANE Medical Systems avec le produit Papillon 50 déjà installé dans plusieurs centres en France (Nice, Macon, Villeurbane, Lyon, Saint Etienne). L’énergie maximum du générateur est de 50 kV. Le débit de dose est intéressant puisqu’il permet de traiter au maximum à 30 Gy/min sur une lésion de 25 mm de diamètre maximum à une distance de 2 cm. Les applicateurs sont de 20, 25 et 30 mm de diamètre. L’appareil est mobile. Du fait de la limitation, cet équipement est orienté sur les tumeurs dermatologiques et le rectum en intra-cavitaire. La société Zeiss propose également un produit pour des irradiations per opératoires notamment de lésions mammaires, appelé l’INTRABEAM (50 kV).

 Système de communication Le réseau informatisé permet une gestion en temps réel de la totalité de l’activité d’un pôle de Radiothérapie Oncologie, tant au niveau des actes qu’au niveau de l’ensemble des données cliniques, thérapeutiques et évolutives des patients. Le dossier médical comporte principalement : la fiche signalétique du patient, les données cliniques et paracliniques, le traitement de radiothérapie, les consultations de surveillance pendant et post traitement, la facturation des actes… Le dossier technique doit être une modélisation de la fiche de traitement de radiothérapie, mais aussi un système de contrôle et de vérification des paramètres de traitement : gestion des faisceaux, récupération, stockage et transmission des images, contrôle et vérification des paramètres de traitement à chaque séance, enregistrement des séances avec suivi de la progression du traitement, transmission de l’image portale et comparaison avec les images de référence (DRR), avec signature électronique. Enfin le R & V assure d’autres fonctionnalités comme l’échange d’informations avec les autres systèmes de

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l’hôpital (administratif ou médical) ; la facturation des actes réalisés… Aujourd’hui le marché de système de R & V a connu une modification majeure au niveau de l’offre industrielle. D’une part, la société Nucletron a décidé d’arrêter la commercialisation du système VIZIR en s’appuyant sur un partenariat avec la société Elekta «  qui reprend la base installée existante de Nuclétron ». D’autre part, Siemens qui proposait le système «  Lantis  » version antérieure du système IMPAC racheté il y a quelques années par Elekta vient de passer un accord avec Elekta pour la commercialisation et la diffusion du système « Mosaiq ». De ce fait, il n’existe plus aujourd’hui que deux systèmes sur le marché  : l’un commercialisé par Varian avec le produit ARIA et l’autre par la société Elekta avec le système MOSAIQ. Depuis le rachat par Elekta de la société Impac équipant 70% de centres de traitement aux États-Unis, Elekta a choisi de poursuivre sa politique relative à la connectivité des systèmes ouverts non liés aux fournisseurs en offrant des systèmes flexibles qui s’intègrent en continu avec des équipements de divers constructeurs. Cela se traduit par la connexion avec les accélérateurs Elekta, mais aussi Varian et Siemens. Aujourd’hui environ 3800 sites utilisent un système IMPAC  ; Elekta s’engage à ce que tous les sites soient équipés en même temps de la dernière version logicielle afin d’avoir une cohérence de version de parc (changement de version environ tous les trois à quatre mois). Pour les systèmes plus spécifiques de type Tomothérapie, Cyberknife, Gammaknife et Novalis des interfaces sont existantes ou en cours de développement avec les sociétés concernées. La société Varian qui développe le système ARIA a choisi d’optimiser les performances des systèmes R & V, accélérateurs et TPS par la maîtrise complète de la chaîne de communication des données et des interfaces entre systèmes. L’ensemble des données est ainsi géré dans la même base de données. Cette stratégie a pour objectif l’optimisation des performances et l’augmentation de la sécurisa-

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tion des données. La société Varian propose également des interfaces vers les «  autres systèmes du marché » par l’intermédiaire de la console «  4D  » et les protocoles d’échanges internationaux type Dicom RT, HL7, IEM, etc.

 Conclusion Les progrès et consolidations techniques des modalités d’imagerie et de radiothérapie bouleversent aujourd’hui la prise en charge thérapeutique du patient. L’élargissement des possibilités de traitements qu’offre l’évolution technologique, portée par la recherche et par l’industrie modifie l’approche médicale. De ce fait, une réflexion importante doit être engagée sur l’organisation des centres, la formation, l’actualisation des compétences des acteurs concernés, manipulateurs, dosimétristes, physiciens, médecins, pour maîtriser ces nouvelles techniques. Il est essentiel de raisonner en termes d’intégration et d’optimisation afin d’assurer la qualité et la quantité des traitements adaptés aux besoins de santé dans des conditions de plus en plus personnalisées. Sous condition d’un travail en équipe,il est indispensable aujourd’hui d’évaluer l’apport de toutes ces avancées, afin de combiner les différents types de traitement et de ce fait utiliser chaque équipement de manière optimum et à bon escient. La mise en place d’une nouvelle technique est un challenge qui ne peut se concevoir qu’avec un travail d’équipe entre médecins, radiophysiciens, ingénieurs biomédicaux, manipulateurs, infirmiers, secrétaires, s’appuyant sur une projet médical prenant en compte la cible de patient prévu dans le workflow. L’intégration des évolutions des techniques de radiothérapie est incontournable pour pouvoir offrir au patient le traitement le plus adapté lui garantissant aussi une meilleure tolérance et une moindre toxicité. Cette évolution doit être intégrée dans une politique de santé publique qui doit prendre en charge une population ayant une

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espérance de vie en augmentation, associée aux pathologies des pays industrialisés et au vieillissement de la population. Le service de radiothérapie travaille à partir d’un plateau technique composé de systèmes complexes de plus en plus onéreux et en constante évolution. Grâce aux progrès techniques des équipements qui le composent, ce plateau répond à la demande de soins sous condition de moyens mis à disposition pour garantir son évolutivité. L’accompagnement budgétaire est donc indispensable pour la réalisation de ce type de service, mais aussi le maintien et l’évolution de ces performances. Cette exercice s’avère difficile et complexe avec une politique d’enveloppe nationale budgétaire constante, une revalorisation des actes

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sans cesse retardée et inadaptée aux évolutions techniques comme l’IRMT (technique de routine dans les pays Nord Américain). L’acquisition d’une modalité de traitement se conçoit en approche projet avec une démarche prospective d’indications médicales et de nature et quantité prévisionnelle des examens à réaliser L’étude médicoéconomique doit être réalisée pour toutes les techniques et a fortiori pour les techniques innovantes dans une approche sur plusieurs années. Si l’implantation des centres offrant des techniques conventionnelles et spécifiques doit être ajustée en fonction des besoins recensés et des compétences et moyens disponibles, la réflexion est différente pour les équipements innovants tel que la protonthérapie. Cette technique concernant une population

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de patients au profil clinique bien précis est pour l’instant très séduisante intellectuellement et porteuse de nombreuses attentes de performances de traitement. Elle reste très coûteuse au niveau investissement. L’analyse de la file active de cette population permettra d ‘identifier les centres ayant les capacités (au niveau compétences, moyens techniques, etc.) ou le potentiel de mise en place de cette technique avec une réflexion stratégique d’implantation au niveau local, régional (dans le cadre des missions des nouvelles ARS), ou national. Le projet Étoile de Lyon montre bien l’ampleur de ce type de projet au niveau technique et économique. La protonthérapie doit aujourd’hui être considérée dans une vision à long terme avec la mise en place progressive de centres d’excellence.

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