Relation dose-effet et optimisation de la dosimétrie en radiothérapie interne sélective du carcinome hépatocellulaire

par Marilyne Kafrouni

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Denis Mariano-Goulart.

Le président du jury était Renaud Lhommel.

Le jury était composé de Denis Mariano-Goulart, Renaud Lhommel, Manuel Bardiès, Boris Guiu, Marta Cremonesi.

Les rapporteurs étaient Manuel Bardiès.


  • Résumé

    La radiothérapie interne sélective (RTIS), en plein développement ces dernières années, constitue une alternative thérapeutique pour les cancers primaires et secondaires inopérables du foie. Le principe repose sur l’administration intra-artérielle de microsphères chargées d’yttrium-90 avec pour objectif la destruction des cellules tumorales par l’irradiation.L’activité d’yttrium-90 à administrer au patient est actuellement généralement prescrite à partir d’approches semi-empiriques ou peu personnalisées, faciles à mettre en place cliniquement. De nouveaux outils sont aujourd'hui disponibles semblables à ceux utilisés en radiothérapie externe. Leur utilisation encore peu répandue nécessite un retour d'expérience clinique pour mettre en avant leurs bénéfices et guider l'application clinique. Par ailleurs, le traitement RTIS est précédé d'une étape de simulation. Des différences inhérentes à cette procédure en deux temps (type de particules utilisées, modalité d’imagerie, modifications de flux vasculaires, etc.) existent et pourraient potentiellement conduire à des écarts dosimétriques entre la planification et le traitement. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet de cette thèse qui porte sur l'optimisation de la dosimétrie pour le traitement du carcinome hépatocellulaire par RTIS.Les doses délivrées au cours de 42 traitements par microsphères de résine réalisés entre 2012 et 2015 au CHU de Montpellier, ont été rétrospectivement calculées à l’échelle du voxel sur un logiciel de dosimétrie dédié (PLANET Dose, DOSIsoft, Cachan). Les doses délivrées ont été calculées pour le volume tumoral et le volume de foie sain définis anatomiquement, à partir de l’imagerie post-traitement TEP aux microsphères d’yttrium-90. Ce travail a mené à deux études complémentaires. La première analyse a consisté à confronter les données dosimétriques recueillies (doses moyennes, histogrammes dose-volume) à la réponse tumorale, la toxicité hépatique et la survie du patient. Les résultats obtenus, en accord avec ceux de la littérature, ont confirmé l’existence d’une relation dose-effet en RTIS. La deuxième étude a mis en évidence les limites du modèle BSA (body surface area pour surface corporelle) qui avait été utilisé pour planifier l’activité à administrer, à prédire la dose délivrée et par conséquent l’efficacité du traitement. L’absence de considérations dosimétriques et de prise en compte de l’hétérogénéité de distribution, de ce modèle ont notamment été discutées. Ces deux études ont ainsi souligné l'intérêt de planifier l'activité d'yttrium-90 à administrer en se basant sur des données dosimétriques individualisées.Une troisième étude a été conduite sur une population de 23 patients atteints de CHC, traités par microsphères de verre traités entre 2015 et 2018 au CHU de Montpellier. L’objectif a été de comparer les dosimétries prédictives et post-traitement calculées à l’échelle du voxel. Les résultats cliniques obtenus ont été appuyés par des expérimentations sur fantômes physiques (simple et anthropomorphique). Une bonne corrélation a été montrée, mettant en avant la valeur prédictive de la dosimétrie de planification. En revanche, un écart significatif a été observé et semble lié en partie à la quantification de l’imagerie TEP à l’yttrium-90. De plus, il a été montré que le geste radiologique peut influencer la distribution de particules et donc de dose, d’où la nécessité d’une reproductibilité aussi parfaite que possible entre les deux étapes.

  • Titre traduit

    Dose-effect relationship and dosimetry optimization for selective internal radiation therapy


  • Résumé

    Selective internal radiation therapy (SIRT) is a growing therapeutic alternative for unresectable primary and secondary liver cancer. The principle is based on the intra-arterial administration of yttrium-90 loaded microspheres for tumor cell destruction through irradiation.Yttrium-90 activity to be administered to the patient is, at the moment, usually prescribed using semi-empirical or barely personalized approaches that can be easily clinically implemented. New tools, similar to the ones used in external beam radiotherapy, are available today. These tools, which are not yet widely spread, require clinical feedback to show their benefits and guide the clinical application. Besides, a simulation stage is always performed before SIRT treatment itself. This two-step procedure implies differences (in terms of particles used, imaging modality, vascular flow modifications, etc.) that could potentially lead to dose deviations between planning and treatment. The thesis project comes within this scope, dealing with dosimetry optimization for hepatocellular carcinoma SIRT.Delivered doses during 42 treatment procedures performed between 2012 and 2015 at Montpellier University Hospital, were retrospectively calculated at the voxel level using a dosimetry dedicated software (PLANET Dose, DOSIsoft, Cachan). Two complementary studies were carried out from this work. The first one analyzed dose data (average dose, dose volume histograms) versus patient follow-up including tumor response, liver toxicity and patient survival. The results obtained are consistent with the other teams, confirming the dose-effect relationship in SIRT. The second study highlighted the limitations of the BSA (body surface area) model that was used for activity planning. In particular, the limitations of this model to predict delivered dose and consequently treatment efficiency were quantitatively demonstrated. The lack of dosimetry and heterogeneity distribution considerations were also discussed. These two studies emphasized the interest for yttrium-90 activity planning based on individualized dose data.A third study was conducted on a population of 23 patients treated between 2015 and 2018 at Montpellier University Hospital. The aim was to compare predictive and post-treatment dosimetry calculated at the voxel level. The clinical results were supported by phantom (simple and anthropomorphic) experimentations. A good correlation was observed highlighting the predictive value of dosimetry planning. However, a significant deviation was noticed and seems to be partly related to yttrium-90 TEP quantification. In addition, it was also noted that the radiological gesture can affect particle distribution and consequently dose distribution, this is why reproducibility as perfect as possible is required between the two stages.


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