La téléradiothérapie

Avant propos

Découvert en 1895 par Röntgen, les rayons X ont été utilisés dès 1902 pour traiter des cancers. Jusqu'en 1950, la radiothérapie externe a été réalisée avec des radiations de faible énergie, de 50 à 250 KV et donc peu pénétrants, ce qui a valu, à la radiothérapie, un certain nombre de préjugés comme les rayons qui brûlent.

Le télécobalt

Sa mise au point a permis à la radiothérapie, depuis les années 1970, de devenir la fois plus efficace et mieux tolérée. La source de cobalt contenue dans la tête de l'appareil émet des rayons gamma. Ils ont un rendement de 50 % à 10 cm sous la peau. La dose maximale n'est pas distribuée à l'épiderme, source de radiodermite, mais à 5 mm sous la surface de l'épiderme d'où la diminution très importante des brûlures cutanées. Avec cette technique, l'os ne représente plus un écran à la diffusion des rayons. Ces machines ont maintenant été remplacées par les accélérateurs linéaires.

Les accélérateurs linéaires de particules (linac)

DÉFINITION

Les accélérateurs linéaires produisent des électrons d'énergie comprise entre 6 et 25 MeV, qui sont libérés par un canon à électrons, puis accélérés par un champ de haute fréquence alternatif produit par un magnétron ou un klystron.
L'interposition dans le faisceau d'electrons d'une cible en tungstène conduit à la production de photons (rayons) X d'énergie maximale 25 MeV.
Les gros accélérateurs émettent des photons X de 10 à 25 MeV n'entraînent plus de réaction cutanée et ont un rendement de 50 % à 20 cm environ sous la peau et sont des appareils adaptés au traitement des tumeurs du thorax, de l'abdomen et du pelvis.
Les propriétés balistiques des électrons font qu'ils peuvent être utilisés pour traiter des volume-cibles superficiels, particulièrement s'ils sont situés devant un organe-critique, comme la moelle épinière.

UN PEU DE TECHNIQUE…

Un accélérateur de particules comprend une source d’électron à l’extrémité d’une section accélératrice sous vide. Ces électrons sont accélérés par une onde de haute fréquence générée par une klystron ou un magnétron. Sous l’effet de cette force, ils acquièrent une énergie très élevée de 4 à 25 MeV.
Les électrons peuvent avoir une double destinée. Soit ils sont projetés sur une cible (anode) et ils sont transformés en rayons X de très haute énergie ; soit ils sont extraits directement de l’accélérateur et réalisent ainsi un faisceau d'électrons dont l'énergie peut aller de 4 à 25 MeV selon les appareils.
Un accélérateur est donc un appareil qui peut fournir au choix, soit des photons X, soit des électrons.

• Les petits accélérateurs émettent des photons X de 4 à 6 MeV qui ont des propriétés proches du cobalt,
• Les gros accélérateurs émettent soit des photons X de 10 à 25 MeV qui n'entraînent plus aucunes réactions cutanées et ont un rendement 50 % à 20 cm environ sous la peau, soit des électrons dont on peut faire varier l'énergie entre 4 et 25 MeV environ et qui sont bien adaptés à l'irradiation des lésions superficielles.

LES CYCLOTRONS

Les cyclotrons sont des machines complexes. Elles produisent des particules lourdes, qui présentent :

• Un intérêt biologique, pour les flux de neutrons
• Un intérêt balistique, pour les flux de protons

DEUX PROGRÈS TECHNIQUES ENTRENT ACTUELLEMENT DANS LA PRATIQUE QUOTIDIENNE…

L’imagerie portale

C’est un système d’imagerie médicale qui est placé sous la table de traitement. Il utilise les photons X émis par l’accélérateur et restitue une image du champ d’irradiation. Cette technique permet de vérifier, avant la séance le bon positionnement du malade et la bonne balistique du tir.

Le collimateur multilames (MLC)

Ces nouveaux collimateurs, constitués de multiples lamelles de tungstène de 1 à 1,5 mm d’épaisseur, permettent de réaliser des champs de formes complexes, améliorant la balistique de l’irradiation et simplifiant l’utilisation des caches plombés ou en alliage. Avec les irradiations multifaisceaux statiques successifs définis par le collimateur multilames, ou en utilisant une approche de mouvement continu de lames (MLC dynamique), on peut maintenant utiliser des faisceaux d’intensité modulée de très grande précision.

La radiothérapie moderne...

De nos jours, elle ne se conçoit, pour être performante et sûre, que dans un environnement technique très important. Cet équipement comprend :

• Un scanner, pour bien repérer le volume tumoral et les organes critiques
• Un conformateur, qui permet le tracé des contours cutanés dans des plans transverses ou sagittaux
• Un simulateur, appareil de radiodiagnostic qui permet le centrage des faisceaux; il simule l'appareil de traitement en permettant de voir ce qui sera irradié par chaque faisceau
• Un système informatique, pour faire la dosimétrie, c'est à dire visualiser la distribution spatiale de la dose et calculer les temps de traitement

La radiothérapie de conformation

LE PRINCIPE

Cette technique consiste à faire correspondre le plus précisément possible, c'est-à-dire " conformer ", le volume sur lequel les rayons vont être dirigés au volume réel de la tumeur.
Grâce aux progrès techniques, à l’informatique moderne, aux reconstructions d’images en trois dimensions, il est désormais possible d’irradier avec une très grande précision des tumeurs de formes complexes.
La radiothérapie conformationnelle consiste à délimiter le volume-cible au plus près, de façon à n’irradier qu’au minimum les tissus sains alentour. Ceci suppose un repérage du « volume-cible », le plus souvent par scanner, puis l’établissement d’un plan de traitement adapté à l’anatomie et aux caractéristiques du patient.

DÉTERMINATION DU VOLUME-CIBLE

La mise en route est un temps capital qui dure une semaine.
On commence généralement par immobiliser le patient dans un masque ou un moule thermoformé, en fonction de l’organe à traiter (tête, pelvis), permettant une reproductibilité parfaite du positionnement du patient à chaque séance.
Un plan de référence est ensuite défini sur le patient, en général par trois points (un antérieur et deux latéraux) qui sont tatoués.
Un scanner est alors réalisé, en s’assurant que le plan de référence passe exactement par une des coupes scanner. Une injection intraveineuse de produit de contraste est très utile pour le repérage de la vessie et des axes vasculaires.
Les images sont alors transférées sur une console de dosimétrie où, sur chaque coupe, sont contourés le volume de l’organe à traiter et les « organes à risque ». Habituellement, une reconstruction en 3D est alors réalisée.

LA PROTECTION DES ORGANES À RISQUE

La protection des organes à risque est une étape essentielle de la mise en œuvre de la radiothérapie.
Le radiothérapeute va les exclure du volume cible et à partir de la connaissance des doses seuil de chaque tissu définir le plan de traitement. Pour cela, les nouvelles techniques comme

• La confection de caches personnalisés focalisés en cerrobend qui est un alliage de bismuth et d'étain dont la densité est proche de celle du plomb. Son objectif est d'atténuer, par convention, au moins 94 % du faisceau incident.
  
• L'utilisation de collimateurs multilames
• Les application des nouvelles technologies comme l'Imagerie Médicale et Radiologie Thérapeutique IMRT, la tomothérapie
• La prescription de médicaments radioprotecteurs comme l'amifostine dans le cas d'irradiation du coo pour éviter la perte de salive ou xérostomie.
  

ÉTABLISSEMENT DU PLAN DE TRAITEMENT

À l’issue du contourage, un plan de traitement (nombre et orientation des faisceaux ; dessins des caches ou position des lames) est proposé au radiothérapeute. L’évaluation de ce plan de traitement est réalisée sur un histogramme dose-volume (HDV). Certaines contraintes sur la dose reçue par les volumes-cibles et les organes critiques permettent de choisir le meilleur plan de traitement.
Après validation, le plan de traitement est transféré à l’accélérateur linéaire pour la calibration du collimateur multilames.

DE PLUS EN PLUS DE MALADES CONCERNES…

Environ 10 à 20 % des malades irradiés devraient bénéficier de ces techniques notamment pour les tumeurs intra crâniennes, de la sphère ORL (cavum, sinus de la face), cancer de prostate, tumeur bronchique, tumeur para vertébrale ou hépatique.

La radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité (RCMI)

Elle utilise des faisceaux d’intensité différente dans un même champ dans le but de produire plus de degrés de liberté dans la répartition de la dose et, en principe, une conformation encore plus précise que celle utilisée par la technique habituelle.
Les modulations de faisceau sont programmées avec des logiciels spécifiques qui utilisent les techniques de planification inverse. En radiothérapie conformationnelle, après avoir déterminé les volumes-cibles et les organes à risque, on définit de quatre à six faisceaux par leurs tailles et leurs angulations, puis on examine sur les HDV le résultat de la balistique proposée ; par tâtonnement, en modifiant chaque faisceau, on obtient ainsi un plan de traitement satisfaisant les contraintes sur la tumeur et les tissus sains. Dans les systèmes de planification inverse, les contraintes sont entrées dans l’ordinateur, et c’est lui qui définit la meilleure balistique (et surtout les caractéristiques en fluence) de chaque faisceau.

L’hyperfractionnement

Il consiste à délivrer une irradiation en plusieurs séances quotidiennes, ce qui permet d’une part la réduction de la dose par fraction et donc de réduire l'agressivité des rayons pour les tissus normaux et la toxicité radique tardive, et d’autre part l’augmentation de la dose quotidienne délivrée au volume cible.
L’hyperfractionnement accéléré a pour but de délivrer plusieurs séances d’irradiation par jour tout en diminuant la durée totale du traitement.

La protonthérapie

LE PRINCIPE

Lors d’une irradiation médicale par un faisceau de particules lourdes chargées, la distribution de la dose en profondeur traduisant la variation du dépôt d’énergie dans les tissus irradiés, dessine une courbe caractéristique dont le pic est particulièrement étroit pour les protons. L’essentiel du dépôt d’énergie se fait dans une épaisseur de tissu réduite, de ce fait il n’y a pas de « faisceau de sortie » au-delà du pic et la dose d’aval devient négligeable sur quelques millimètres
Une énergie de 200 MeV permet aux protons d’irradier à la profondeur de 25 cm d’eau, ce qui répond aux nécessités de la radiothérapie.
Le fort gradient de dose dont on peut disposer à l’interface volume cible tumoral – structures à risque, permet d’augmenter la dose tumorale tout en limitant à un niveau acceptable la dose délivrée aux tissus sains environnants.

LES TECHNIQUES

Les accélérateurs modernes

Ils produisent des faisceaux de protons de 230 à 250 MeV, suffisants pour couvrir tous les types d’indications thérapeutiques.
L'efficacité relative des protons par rapport aux photons γ du cobalt 60 est de 1,1.
Comme le pic de Bragg est d'une largeur de quelques millimètres, différentes opérations techniques sont nécessaires pour étaler le pic en fonction de l’épaisseur tumorale traversée et à son ajustement à la tumeur en profondeur.
Pour tirer un bénéfice clinique du potentiel balistique qu’offrent les faisceaux de protons, l’acquisition de l’ensemble des données physiques et morphologiques propres aux traitements doit être effectuée avec la plus grande rigueur, contours anatomiques externes et internes définis par scanner et IRM fusionnées, identification des hétérogénéités tissulaires par scanner, délinéation minutieuse des différents volumes cibles et organes à risque...
La mise en place des différents faisceaux et la reproductibilité du positionnement du malade au fil des séances est facilitée par l’implantation de repères qui tiennent lieu de cadre stéréotaxique virtuel. Toutefois, les traitements qui n’exigent pas un positionnement millimétrique sont réalisés de plus en plus souvent à partir de repères osseux classiques.

Les avancées technologiques de ces dernières années

L’apparition des têtes isocentriques (en anglais gantries ) transforment le faisceau fixe en un faisceau en rotation isocentrique autour du patient.
Le spot-scanning , mini faisceau de quelques millimètres de diamètre balayant point par point l’ensemble du volume cible, qui permet d’optimiser la distribution de dose à la tumeur, plus particulièrement au niveau proximal.
L' intensity-modulated proton therapy (IMPT) réalise une dosimétrie inverse grâce à une liaison entre le logiciel du spot-scanning et le logiciel de dosimétrie.

LES INDICATIONS

Le fort gradient de dose dont on peut disposer à l’interface volume cible tumoral – structures à risque, permet d’augmenter la dose tumorale tout en limitant à un niveau acceptable la dose délivrée aux tissus sains environnants. De ce fait, cette technique est devenue la référence pour le traitement des tumeurs nécessitant des doses d’irradiation élevées alors qu’elles se trouvent au contact ou à proximité de structures particulièrement critiques. C'est le cas des mélanomes oculaires et des chordomes et chondrosarcomes de la base du crâne et du canal rachidien.
De plus, les protons permettent d'optimiser la protection des tissus sains, notamment  dans le traitement des méningiomes (tumeurs bénignes) et des tumeurs de l'enfant.
En revanche, à la différence des ions plus lourds tels que l’ion carbone, les propriétés biologiques des protons sont trop proches de celles des photons pour que l’on puisse espérer en tirer un bénéfice clinique.

La tomothérapie

Le principe de cette technique consiste à coupler un scanner et un petit accélérateur de moyenne énergie qui tourne autour du patient pendant que la table de radiologie se déplace longitudinalement.
Cette technique permet de réaliser un scanner en mode hélicoïdal ce qui permet d’assurer, en permanence, avant chaque irradiation de la bonne position du volume « cible », c’est-à-dire de la tumeur à traiter.

Radiothérapie stéréotaxique robotisée

HISTORIQUE

Le premier appareil Cyberknife® a été développé dans les années 1990 aux États-Unis en Californie au Stanford University Medical Center et le premier patient a été traité en 1994 par cette technique.
Le premier appareil approuvé aux USA par la FDA ( Food and Drug Administration ) a mis en sertvice en 2001. En France, la plupart des grands centres traitant les cancers sont équipés en Cyberknife® de quatrième génération.

UN PEU DE TECHNIQUE

Le système

C'est un système non invasif de radiochirurgie et de radiothérapie stéréotaxique fractionnée. Il comporte :

• Une table de traitement (Robocouch™)
• Un bras robotisé portant l'accélérateur miniaturisé avec une précision de positionnement asservi de 0,2 mm.
• 12 collimateurs
• Un système d'imagerie médicale par rayons X
• Un laser
• Des caméras de détection infrarouges (Synchrony™)

Le bras robotisé est porteur d'une section accélératrice. Il oriente les faisceaux d'irradiation suivant six axes de liberté (trois translations et trois rotations). La distance source–axe varie de 650 à 1000 mm et selon les installations. On peut ainsi obtenir jusqu'à 1320 positions différentes de traitement. L'accélérateur linéaire produit des rayons X de 6 MV, avec un débit de dose de 600 unités moniteur/min. Il est équipé de 12 collimateurs circulaires dont le diamètre s'échelonne de 0,5 à 6 cm. Jusqu'à trois collimateurs peuvent être utilisés au cours d'un même traitement pour améliorer la conformité et l'homogénéité de l'irradiation.
Pendant le traitement, un système orthogonal de rayons X, permet de suivre la cible en temps réel à partir de marqueurs implantés ou par corrélation avec les repaires squelettiques. Lors du traitement, le bras passe automatiquement par certains points de position dans l'espace, appelés, nœuds, selon un trajet préétabli et systématiquement suivi.

Sa précision

La précision finale de traitement est inférieure à 0,95 mm pour les lésions peu mobiles et à 1,5 mm pour les cibles mobiles avec une erreur moyenne de 0,7 ± 0,3 mm et une précision du traitement fourni de 0,3 ± 0,1 mm.

LES INDICATIONS ACTUELLES

Le Cyberknife® a été utilisé initialement pour traiter les tumeurs cérébrales, méningiomes, neurinomes de l'acoustique, tumeurs hypophysaires et métastases, ainsi que certaines malformations artérioveineuses et les douleurs réfractaires , comme la névralgie du trijumeau.
Les application pour les pathologies extracrâniennes se sont développées ces dernières années, en particuliers les lésions rachidiennes. Il s'agit, notamment, des tumeurs du rachis et des tumeurs para-médullaires ainsi que de certaines malformations.
Les autre indications validées concernent, les cancers primitifs du poumon (T1-2 N0), les métastases pulmonaires à croissance lente avec tumeur primitive contrôlée et certaines tumeurs du foie (hépatocarcinome ou métastases hépatiques). Des applications voit aussi le jour pour les traitement symptomatiques de la douleur.

Mise à jour

3 avril 2011