Contribution of the modulation of intensity and the optimization to deliver a dose adapted to the biological heterogeneities

Les progrès en imagerie fonctionnelle ouvrent de nouvelles perspectives dans la délimitation des volumes cibles en radiothérapie. Il est envisagé d’adapter les doses d’irradiation sur l’activité tumorale et de réaliser une escalade de dose. Nos objectifs étaient caractériser la détectabilité en TEP, en quantifiant les incertitudes de contour du GTV, de mettre en place la géométrie appropriée, d’évaluer l’impact dosimétrique de ce nouveau protocole et de vérifier la bonne délivrance de cette irradiation. 3 fantômes originaux et 2 fantômes virtuels avec les 3 niveaux de dose recherchés ont été spécialement conçus. Le diamètre de 1cm pour le niveau 3 a pu être atteint. Une escalade de 20Gy a été possible. L’impact dosimétrique sur deux cas réels était satisfaisant. Les tolérances cliniques ont été respectées. Toute la chaîne de traitement a été évaluée et validée. Cependant de telles doses doivent être évaluées avec précaution avant d’être prescrites et des progrès sont attendus en imagerieThe progress in functional imaging opens new perspectives in the delineation of target volumes in radiotherapy. We can intend to adapt the irradiation doses on the tumor activity and to perform a dose escalation. Our objectives were (i) to characterize the TEP thresholding, by quantifying the uncertainties of the target volume contour, (ii) to set up the geometry suited, (iii) to estimate the dosimetric impact of this new protocol and (iv) to verify that dosimetry is perfectly distributed. 3 original phantoms and 2 virtual phantoms containing 3 dose levels were specially created. The diameter of 1cm for the 3rd level was able to be reached. A dose escalation of 20Gy was possible. The dosimetric impact on two real cases was suitable. The clinical tolerances were respected. So all the treatment process was estimated and validated. However such doses should be carefully estimated before being prescribed clinically and progress is also expected in imagin

Apport de la modulation d'intensité et de l'optimisation pour délivrer une dose adaptée aux hétérogénéités biologiques

The progress in functional imaging opens new perspectives in the delineation of target volumes in radiotherapy. We can intend to adapt the irradiation doses on the tumor activity and to perform a dose escalation. Our objectives were (i) to characterize the TEP thresholding, by quantifying the uncertainties of the target volume contour, (ii) to set up the geometry suited, (iii) to estimate the dosimetric impact of this new protocol and (iv) to verify that dosimetry is perfectly distributed. 3 original phantoms and 2 virtual phantoms containing 3 dose levels were specially created. The diameter of 1cm for the 3rd level was able to be reached. A dose escalation of 20Gy was possible. The dosimetric impact on two real cases was suitable. The clinical tolerances were respected. So all the treatment process was estimated and validated. However such doses should be carefully estimated before being prescribed clinically and progress is also expected in imagingLes progrès en imagerie fonctionnelle ouvrent de nouvelles perspectives dans la délimitation des volumes cibles en radiothérapie. Il est envisagé d'adapter les doses d'irradiation sur l'activité tumorale et de réaliser une escalade de dose. Nos objectifs étaient caractériser la détectabilité en TEP, en quantifiant les incertitudes de contour du GTV, de mettre en place la géométrie appropriée, d'évaluer l'impact dosimétrique de ce nouveau protocole et de vérifier la bonne délivrance de cette irradiation. 3 fantômes originaux et 2 fantômes virtuels avec les 3 niveaux de dose recherchés ont été spécialement conçus. Le diamètre de 1cm pour le niveau 3 a pu être atteint. Une escalade de 20Gy a été possible. L'impact dosimétrique sur deux cas réels était satisfaisant. Les tolérances cliniques ont été respectées. Toute la chaîne de traitement a été évaluée et validée. Cependant de telles doses doivent être évaluées avec précaution avant d'être prescrites et des progrès sont attendus en imageri

Apport de la modulation d'intensité et de l'optimisation pour délivrer une dose adaptée aux héterogénités biologiques

The recent progress in functional imaging by Positron Emission Tomography (TEP) opens new perspectives in the delineation of target volumes in radiotherapy. The functional data is major; we can intend to adapt the irradiation doses on the tumor activity (TA) and to perform a dose escalation. Our objectives were (i) to characterize the TEP thresholding, by quantifying the uncertainties of the target volume contour according to the lesion size and the threshold contour level, (ii) to set up the geometry suited to perform a high-precision irradiation based on the TA, (iii) to estimate the dosimetric impact of this new protocol and (iv) to verify that dosimetry is perfectly distributed. Three original phantoms were specially created to satisfy the constraints met, as well as two virtual phantoms containing 3 dose levels (dose level 3 =TA). Our results showed the importance of the effect threshold-volume on the planning in radiotherapy. To use this irradiation method, the diameter of 1cm for the 3rd level was able to be reached. A dose escalation of 20Gy was possible between the 2nd (70Gy) and the 3rd level (90Gy). The dosimetric impact estimated on two real cases was suitable (increase of COIN from 0.6 to 0.8 and decrease of NTCP of a factor 5). In absolute and relative dosimetry, the clinical tolerances were respected. So all the treatment process, going from the diagnosis with the TEP to reveal the TA, to the patient treatment made beforehand on phantom, and going through the ballistic and the dose calculation, was estimated and validated according to our objective to adapt the irradiation to the biological heterogeneities. However such high doses should be carefully estimated before being prescribed clinically and progress is also expected in imaging, because the minimal size which we can irradiate is on the limit of the resolution TEP.Les progrès récents en imagerie fonctionnelle par Tomographie d'Emission de Positons (TEP) ouvrent de nouvelles perspectives dans la délimitation des volumes cibles en radiothérapie. L'information fonctionnelle est capitale, on peut envisager d'adapter les doses d'irradiation sur l'activité tumorale (AT) et de réaliser une escalade de dose. Nos objectifs étaient caractériser la détectabilité en TEP, en quantifiant les incertitudes de contour du volume cible en fonction de la taille des lésions et du seuillage appliqué, de mettre en place la géométrie appropriée pour réaliser une forte irradiation hautement précise basée sur l'AT, d'évaluer l'impact dosimétrique de ce nouveau protocole et de vérifier la bonne délivrance de cette irradiation. Trois fantômes originaux ont été spécialement conçus pour satisfaire aux contraintes rencontrées, ainsi que deux fantômes virtuels contenant les 3 niveaux de dose recherchés (niveau3=AT). Nos résultats ont montré l'importance de l'effet seuil-volume sur la planification en radiothérapie. Afin d'utiliser cette méthode d'irradiation, le diamètre de 1cm pour le 3ème niveau a pu être atteint. Une escalade de 20Gy a été possible entre le 2ème (70Gy) et le 3ème niveau (90Gy). L'impact dosimétrique évalué sur deux cas réels était satisfaisant (augmentation de COIN de 0,6 à 0,8 et diminution de NTCP d'un facteur 5). En dosimétrie absolue et relative, les tolérances cliniques ont été respectées. Ainsi toute la chaîne de traitement, allant du diagnostic, avec la TEP pour déceler l'AT, au traitement du patient effectué au préalable sur fantôme, en passant par la balistique et le calcul de dose, a été évaluée et validée selon notre objectif d'adapter l'irradiation aux hétérogénéités biologiques. Cependant de telles hautes doses doivent être évaluées avec précaution avant d'être prescrites en clinique, et des progrès sont aussi attendus en imagerie, puisque la taille minimale que l'on peut irradier est à la limite de la résolution TEP

Irradiation adaptation to the tumor activity with the help of Intensity-Modulated Radiation Therapy for head and neck cancers

International audienceThe aim of this study was to set up the appropriate geometry to perform a high-precision irradiation, based on tumor activity (TA). The elaboration of a new treatment protocol based on TA required a specific geometry in order to use this type of irradiation. Using a treatment planning system TPS and two head and neck phantoms specially created, we have performed TPS characterization according to different treatment plans. Two models were created and used: a simplistic and an anatomical model. Our results showed that high-precision radiotherapy in limited zones is possible with intensity modulated radiation therapy (IMRT) when several conditions such as location, number of Organs at risk (OAR's), distance between planning target volume (PTV) and OAR, presence, volume and location of the TA, number of fields are met. In order to use this irradiation method adapted to the TA, a precise geometry will be necessary. However such high total and fractionated doses should be carefully evaluated before being prescribed clinically

Détectabilité en TEP de l'activité tumorale pour les cancers tête et cou afin d'y adapter la RCMI.

Introduction : Les progrès récents en imagerie fonctionnelle par tomographie d'émission de positons (TEP) ouvrent de nouvelles perspectives dans la délimitation des volumes cibles avant et en cours de radiothérapie. L'information fonctionnelle est capitale, en effet on peut envisager d'indexer les doses d'irradiation sur l'activité tumorale. L'objectif de notre étude est de caractériser la détectabilité en TEP, en quantifiant les incertitudes de contourage du volume cible en fonction de la taille des lésions, du seuillage appliqué, et de la méthode de reconstruction utilisée, et d'évaluer l'impact dosimétrique sur les plans de traitement en radiothérapie. Matériels et Méthodes : Le traitement des données et la reconstruction des images sont réalisés à l'aide de l'algorithme de reconstruction OSEM et des outils informatiques constructeurs utilisés en routine clinique. Un fantôme cylindrique de 15cm de diamètre et 20cm de longueur a été conçu au Centre Alexis Vautrin. Il est composé de deux compartiments liquidiens imbriqués : le premier est de forme cylindrique, le second compartiment consiste en une succession de 5 sphères de diamètres croissants allant de 10.2 à 23.3mm. Dans chacun des compartiments circulent des solutions de 18FDG de concentrations différentes de manière à obtenir un contraste de 8. Les images seront évaluées dans un premier temps visuellement par les médecins spécialisés du service de médecine nucléaire et, parallèlement, par un programme informatique, afin de caractériser la détectabilité. Résultats : Une étude préliminaire basée sur les cancers du poumon nous permet de dire que l'influence du contraste sur la taille apparente des lésions montre qu'à hauts contrastes (de 11 à 35), la taille des lésions, pour celles comprises entre 9 et 16mm de diamètre, est surestimée d'environ 20 à 30%. Le système dont nous disposons nous permet, dans des conditions cliniques, de détecter des tumeurs de diamètre ? 6mm dans les poumons et de diamètre ? 8mm dans les tissus mous. Egalement, plus l'activité augmente, meilleure est la qualité d'image. Cependant il ne faut pas oublier que cet effet positif de l'augmentation de l'activité injectée sera limité par le fait que le nombre de coïncidences aléatoires est fonction du carré de l'activité présente. Les résultats relatifs à la localisation tête et cou sont en cours d'analyse. Toutefois, nous pouvons dire que la capacité de détection est amoindrie du fait de la présence de fixations physiologiques importantes, imposant un fort bruit de fond. Conclusion : Actuellement, l'imagerie TEP est considérée comme étant une base d'information active pour le contourage des volumes cibles en radiothérapie et non plus seulement comme un mode de décision pour la planification du traitement de radiothérapie. En effet, la possibilité de détecter l'activité tumorale permet d'envisager autrement les traitements en radiothérapie, en ajoutant un petit volume supplémentaire correspondant à cette activité et d'y appliquer une dose plus forte. Cependant, il serait intéressant de réaliser cette étude avec d'autres solutions que le 18FDG, qui d'après plusieurs publications n'est le traceur absolu pour obtenir cette information fonctionnelle. On retiendra le 18F-misonidazole qui met en évidence les régions hypoxiques de la tumeur, ou encore le 124IUdR qui met en évidence la forte prolifération cellulaire. Mots clefs : TEP, radiotherapie, activité tumoral

Irradiation adaptation to tumor activity with the help of intensity-modulated radiation therapy for head and neck cancers. Preliminary study on phantoms

National audienceL'objectif de ce travail est d'indexer les doses d'irradiation sur l'activité tumorale et non plus seulement sur la géométrie de la tumeur. L'élaboration d'un nouveau protocole d'irradiation hautement précis, fondée sur l'activité tumorale requière une configuration spécifique des volumes impliquées afin d'utiliser ce type d'irradiation. En utilisant un système de planification inverse et deux fantômes tête et cou spécialement créés, nous avons réalisé la caractérisation du système suivant divers plans de traitement. À cette fin, deux modèles ont été créés et utilisés : un modèle géométrique et un modèle anatomique. Nos résultats ont montré qu'une irradiation hautement précise dans des zones limitées est possible avec la radiothérapie conformationnelle avec modulation d'intensité quand plusieurs conditions sont réunis comme la localisation, le nombre d'organes à risque, la distance entre volume cible prévisionnel et organes à risque, le volume et la localisation de l'activité tumorale et le nombre de faisceaux. Ainsi, afin d'utiliser cette méthode d'irradiation adaptée à l'activité tumorale, une géométrie précise sera nécessaire. Cependant, de telles hautes doses totales ou fractionnées doivent être évaluées avec beaucoup de précaution avant être prescrites en clinique

Irradiation adaptation to the tumoral activity with the help of IMRT for head and neck cancers

International audienceIntroduction: The purpose of this study was to index deposited doses of irradiation to the tumoral activity and not only to the tumoral geometry. This tumoral activity (biological heterogeneities) is given by PET imaging or Magnetic Resonance Spectroscopy Imaging. The idea is to administer a higher dose to a tiny volume (around 1cm of diameter), included in a larger Planning Target Volume (PTV). The long-term objective is to offer to the radiation oncologist the possibility to irradiate a hyperfixation with a higher dose within a PTV, while improving the tumoral control. Materials and Method: Dose calculations were performed on Eclipse/Helios, Varian Medical Systems treatment planning system. Two IMRT head and neck phantoms developed in the Centre Alexis Vautrin, were used with various detectors to either perform 1D dosimetry (ionisation chamber), 2D dosimetry (radiographic film) or 3D dosimetry (dosimetric gel, Glucogel). Software characterization was realized studying the influence of different parameters (factor of priority, smoothing, number of beams, prescribed dose...) and according to different treatment plans. Two models were used: - a “simplistic” model, with a non realistic geometry: spherical fields for PTV and Organs At Risk (OAR) with or without conditions on OAR, - an anatomically realistic model containing target volumes, hyperfixation and OAR such as spinal cord, parotids... Results: For volumes of hyperfixation superior to 2cm3, the conformation number was superior to 0.7; the target volume conformation by the reference isodose was thus satisfactory. One or several hot spots outside PTV, unfavourable to the treatment, appeared when the OAR was too close to the hyperfixation (distance inferior to 0.8cm). The Conformal Index was lower than 0.53. No influence was noticed when the 2 structures were separated by 2.6cm or more. The detector choice was as important as its location in the phantom, for this reason we used several types of detectors. In absolute dosimetry, the difference between measured and calculated values were in the order of 4% at the isocentre (area of low gradient), and reached 15% at areas of high gradients. In relative dosimetry with films, 89% of pixels had a gamma index inferior to 1, for isodoses superior to 20% and with 3mm and 4% of tolerances. Also with the gel, 90.5% of voxels had a gamma index inferior to 1 at isocentre. Conclusion: Highly precise radiotherapy in limited zones is possible with IMRT depending on various conditions: such as localization, number of OAR, distance between PTV and OAR, presence of hyperfixation, volume of this hyperfixation, its localization within the tumour, localization of the tumour as well as its volume within the zone to be treated and the number of fields. According to our results, a precise geometry will thus be recommended to use this method of irradiation adapted to the biological heterogeneities

Stereotactic body radiation therapy as an ablative treatment for inoperable hepatocellular carcinoma

International audiencePURPOSE:To describe efficacy and safety of stereotactic body radiation therapy (SBRT) for the treatment of inoperable hepatocellular carcinoma.METHODS:The records of 77 consecutive patients treated with SBRT for 97 liver-confined HCC were reviewed. A total dose of 45Gy in 3 fractions was prescribed to the 80% isodose line. Local control (LC), overall survival (OS), progression-free survival (PFS) and toxicity were studied.RESULTS:The median follow-up was 12months. The median tumor diameter was 2.4cm. The LC rate was 99% at 1 and 2years. The 1 and 2-year OS were 81.8% and 56.6% respectively. The median time to progression was 9months (0-38). The rate of hepatic toxicity was 7.7% [1.6-13.7], 14.9% [5.7-23.2] and 23.1% [9.9-34.3] at 6months, 1year and 2years respectively. In multivariate analysis, female gender (HR 7.87 [3.14-19.69]), a BCLC B-C stage (HR 3.71 [1.41-9.76]), a sum of all lesion diameters ⩾2cm (HR 7.48 [2.09-26.83]) and a previous treatment (HR 0.10 [0.01-0.79]) were independent prognostic factors of overall survival.CONCLUSION:SBRT allows high local control for inoperable hepatocellular carcinomas. It should be considered when an ablative treatment is indicated in Child A patients