Développement d'un imageur gamma ambulatoire pour le contrôle de la dose en radiothérapie interne vectorisée

par Carlotta Trigila

Projet de thèse en Imagerie médicale et radioactivité

Sous la direction de Laurent Ménard.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec Imagerie et Modélisation en Neurobiologie et Cancérologie (IMNC) (laboratoire) , Instrumentation et imagerie RadioIsotopique Clinique et préclinique (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La thérapie interne par radionucléides est encore aujourd'hui un domaine peu exploité parmi les différentes modalités de traitement contre le cancer. Son spectre d'applications est toutefois en pleine évolution grâce notamment à l'apparition de nouveaux radiopharmaceutiques émetteurs beta ou alpha (peptides, alpha-thérapie 223-Ra, alpha-immunothérapie 211-As,…) (Ersahin 2011). Dans ce contexte, la grande hétérogénéité des doses délivrées et des effets observés, à la fois en terme de toxicité et de réponse, démontrent qu'une dosimétrie personnalisée est essentielle pour optimiser le traitement (Strigari 2011). En pratique clinique, la dosimétrie de la tumeur et des organes à risque (foie, rein, …) repose sur l'image de la biodistribution et de la cinétique précise du radiopharmaceutique chez chaque patient. Ces images peuvent être réalisées avec un traceur pré-thérapeutique pour planifier le traitement ou après celui-ci, afin de corréler directement les effets observés aux doses délivrées de manière à optimiser le protocole (activité maximum à injecter, intervalle entre les injections). Les contraintes de détection imposées par les protocoles de traitement sont très différentes de celles associées à un examen diagnostique (Flux 2011, Konijnenberg 2011). Les gamma-caméras conventionnelles ne sont ainsi pas adaptées à la détection de fortes activités de rayonnements gamma d'énergies inférieures à 100 keV (223-Ra) ou supérieures à 300 keV (131-I, 90-Y). D'autres part, les fortes activités des traceurs injectés exigent généralement que le patient reste isolé, ce qui le rend donc plus difficilement accessible par les techniques d'imagerie standard. Enfin, la disponibilité de ces systèmes est incompatible avec un échantillonnage temporel précis de la cinétique du traceur, qui joue un rôle très important dans la quantification des doses absorbées. L'objectif de l'équipe IIRIC (Instrumentation et imagerie RadioIsotopique Clinique et préclinique) du laboratoire IMNC est de renforcer le contrôle de la dose en radiothérapie interne en proposant de nouveaux systèmes d'imagerie gamma monophotonique pour la mesure semi-quantitative ou quantitative de la distribution et de la cinétique du radiotraceur au niveau de la tumeur et des organes à risque. La première approche de la thématique, qui sera menée dans le cadre d'une collaboration avec la société AG medical, a pour ambition de développer une gamma caméra portable avec un champs de vue de 10x10 cm^2 basée sur la technologie des photomultiplicateurs silicium (SiPM). Cette caméra ambulatoire devra être optimisée pour répondre aux spécificités du contrôle de la dose en radiothérapie interne (taux de comptage, énergie) et son ergonomie adaptée à une utilisation au lit du patient. L'étudiant sera tout d'abord impliqué dans la définition des caractéristiques géométriques essentielles de la caméra établies sur la base de simulations Monte Carlo (plate forme GATE). Il aura ensuite en charge l'intégration et la caractérisation physique de la caméra sur des fantôme radioactifs en s'appuyant sur l'expertise de notre équipe dans le domaine de l'instrumentation nucléaire miniaturisée. Il devra également mettre en œuvre de méthodes de correction d'image (atténuation, diffusion, temps mort) pour accéder à la quantification de l'activité du traceur. Enfin, il participera à l'évaluation clinique de la caméra complète, qui sera menée dans le cadre d'un consortium regroupant trois centres cliniques européen (Londres, Toulouse, Utrecht).

  • Titre traduit

    Development of a portable gamma imaging system for absorbed radiation dose control in targeted radionuclide therapy.


  • Résumé

    Targeted radionuclide therapy is still a developing area among the different treatment modalities against cancer. However, its range of applications is rapidly expanding thanks to the emergence of new radiopharmaceuticals labeled with beta or alpha emitters (peptides, 223-Ra alpha-therapy, 211-As alpha-immunotherapy, ...) (Ersahin 2011). In that context, the large heterogeneity of absorbed doses and the range of effects observed, both in terms of toxicity and response, demonstrate that individualised patient dosimetry is essential to optimize this therapy (Strigari 2011). In clinical practice, patient-specific dosimetry of tumors and organs-at-risk (liver, kidney, ...) is image-based and rely on the quantification of radiopharmaceutical uptake as a function of time. These images can be obtained from either a pre-therapy tracer study or from a previous therapy procedure. The detection constraints imposed by the treatment protocols are very different from those associated with diagnostic imaging. (Flux 2011 Konijnenberg 2011). Thus, conventional gamma cameras are not suited for detecting high activity of gamma emitters with energy below 100 keV (223-Ra) or greater than 300 keV (131-I, 90-Y). Moreover, high activities of the injected tracer typically require isolation of the patient, making the use of standard imaging devices difficult. Finally, the availability of these devices is incompatible with an accurate temporal sampling of the kinetics of the tracer, which is a key parameter for the quantification of the absorbed doses. We propose to strengthen the control of the dosed delivered to tumors and normal organs during targeted radionuclide therapy by providing novel gamma imaging devices specifically dedicated to quantitative measurement of the biodistribution and kinetics of the radiotracer. The first approach, which will be carried out in collaboration with the AG medical company, aims to develop a mobile gamma camera with a 10x10 cm^2 field of view based on the silicon photomultiplier technology (SiPM). This mobile camera will be optimized to meet the specific needs of absorbed radiation dose control (counting rate, energy) and its ergonomics will be suited for use at the bedside. The student will first be involved in the design of the camera based on Monte Carlo simulations (GATE platform). He will then be in charge of supervising the integration and physical characterization of the complete camera with radioactive phantoms. He will also implement image correction methods (attenuation, scattering, deadtime) in order to access to the quantification of the radiotracer activity. Finally, he will participate in the clinical evaluation of the camera, which will be conducted as part of a consortium of three European clinical centers (London, Toulouse, Utrecht).