La curiethérapie à haut débit de dose, mise en place, gestion des risques et optimisation des protocoles de traitement

par Mirna Jreije

Projet de thèse en Recherche clinique, innovation technologique, santé publique

Sous la direction de Florence Huguet, Jean-Noël Foulquier et de Zeina Al Kattar.

Thèses en préparation à l'Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec l'Université libanaise , dans le cadre de École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Service d'Oncologie - Radiothérapie (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-10-2016 .


  • Résumé

    Dans le domaine du traitement du cancer par radiation, la curiethérapie s'avère une alternative intéressante à la radiothérapie externe. Comparativement à cette dernière qui dure de 4 à 5 semaines, la curiethérapie peut être administrée en moins de fractionnement, s'étalant sur 1 à 5 jours de traitement seulement. La curiethérapie consiste à utiliser des rayonnements Gamma émis par des sources radioactives scellées qui sont introduites dans l'organisme. Puisque la dose diminue avec l'inverse carrée de la distance, cette façon de procéder permet d'administrer une forte dose de radiation reçue par les organes sains environnants. Un traitement de curiethérapie HDD consiste à utiliser des applicateurs ou implanter des aiguilles ou des cathéters directement à l'intérieur de la tumeur. Un projecteur de source fait ensuite circuler une source radioactive (192Ir) dans chacun de ces tubes, l'un après l'autre, avec des arrêts à certaines positions. Ces positions et temps d'arrêts sont définis lors de la planification du traitement. A la fin de la procédure, la source est ramenée dans le contenant blindé, ne laissant aucune trace de radioactivité à l'intérieur du patient. Le radionucléide 192Ir est actuellement la source radioactive la plus largement utilisée dans le domaine de la curiethérapie. L'énérgie moyenne des rayons Gamma émis par cet isotope est de 0.38Mev et l'activité initiale d'une source est généralement de 10Ci. Sa demi-vie relativement courte de 73.8 jours implique des changements de source de 3 à 4 fois par année. Au liban 4 centres utilisent la curiethérapie pour le traitement des cancers. Le CMU Risk Hospital continue à utiliser des sources de bas débit de dose pour le traitement des fonds vaginaux et cervicales. Les hôpitaux Hotel Dieu de France et le AUBMC utilisent des projecteurs de sources de haut débit de dose pour les traitements gynécologiques (traitement cervix et vaginal seulement). Seul « brachycenter » offre un traitement en curiethérapie pour de nombreux types de cancer : Prostate, Sein, Poumon, œsophage, gynécologique… La mise en place de cette technique de traitement nécessite dans la première partie de ce travail de thèse, un programme d'assurance de qualité. Ce travail doit être effectué au sein du « brachycenter » ainsi qu'au sein de l'hôpital Tenon, tout en débutaant par le « commissioning » et la vérification de calcul de dose des TPSs ainsi que toute étape reliée à la chaine de traitement. En deuxième temps, un plan de gestion de risques doit être mis en place pour éviter toute exposition inappropriée aux rayonnements pour le patient et le personnel médical. Cette discipline s'attache à identifier, évaluer et prioriser les risques relatifs aux activités d'une organisation, quelles que soient la nature ou l'origine de ces risques, pour les traiter méthodiquement de manière coordonnée et économique, de manière à réduire et contrôler la probabilité des évènements redoutés, et réduire l'impact éventuel de ces évènements. La curiethérapie à haut débit de dose nécessite le travail dans un milieu sécurisé ou tout risque doit être identifié. Dans ce but des fiches techniques et des analyses étudiant et le patient et le personnel doivent être élaborées afin de faciliter la mise en place de la réglementation concernant la radioprotection dans le domaine médical et répondre aux besoins de documents ressentis par les préventeurs. En troisième temps, les protocoles de traitement ou d'implantation utilisés doivent être eux aussi optimisés pour délivrer une dose élevée à la tumeur tout en conservant les tissus sains avoisinants. Le but de cette partie est l'optimisation de la position et du nombre de cathéters : La planification du traitement consiste à déterminer quelles sont les positions d'arrêt de la source, ainsi que la durée de l'arrêt à chaque position. La planification conventionnelle du traitement en curiethérapie consiste à définir les paramètres physiques de façon manuelle, le calcul et l'évaluation de la distribution de dose. Si le plan de traitement ne respecte pas les objectifs dosimétriques relatifs au site anatomique traité et aux organes à risque, une nouvelle combinaison de paramètres est testée. Cette approche nécessite beaucoup de temps et conséquemment, elle est souvent limitée par des délais cliniques serrés. L'arrivé des TPSs en médecine a permis l'introduction d'un deuxième type de planification, nommée planification inverse : Par opposition à la planification conventionnelle, des objectifs et des contraintes de dose sont utilisés comme point de départ pour trouver la configuration optimale du traitement, par un processus itératif laissé à un ordinateur. Cette méthode permet l'exploration de l'espace des solutions, c'est-à-dire des plans de traitement réalisables, pour parvenir à un plan de traitement qui respecte les objectifs fixés. Pour limiter l'espace des solutions, l'algorithme de planification inverse fait une activation des positions d'arrêt pour considérer uniquement les positions cliniquement acceptables, soit celles à l'intérieur du volume cible et à l'extérieur des organes à risque. Il est possible d'ajouter une marge d'activation pour inclure des positions de source qui ne seraient pas comprises dans ces régions. Pour évaluer les différentes solutions, des points de calcul de dose sont générés dans la cible et les organes à risque. La procédure actuellement utilisée en clinique pour le cancer de la prostate consiste à implanter un nombre prédéterminé de cathéters, sans égard à la taille et la forme de la tumeur. Dans le cas du cancer du sein, le choix des cathéters à implanter est un processus manuel généralement basé sur une vue anatomique 2D du PTV. La planification du traitement est ensuite réalisée selon la position des cathéters implantés. Une diminution du nombre de cathéters est un but et il a beaucoup d'avantages : 1. S'affranchir d'une partie des complications dues au phénomène d'œdème relié à l'implantation. 2. Réduire le temps nécessaire à l'intervention en salle opératoire. 3. Réduire la toxicité pour les tissus sains avoisinants. Ce sujet de thèse doit parvenir à optimiser les différents protocoles de traitement manuels ou par planification inverse et évaluer l'impact des différents paramètres de traitement sur la planification dosimétrique. La dernière partie du travail consistera à comparer les différents applicateurs utilisés en traitement gynécologique et leur influence sur la dosimétrie patiente. Les méthodes et protocoles utilisée au sein du « Brachycenter et de l'hôpital de Tenon » seront comparés et évalués. Les résultats cliniques seront bien publiés.

  • Titre traduit

    High dose rate brachytherapy, establishment, risk mamagement and treatment optimization


  • Résumé

    In the field of cancer treatment by radiation, brachytherapy proves an interesting alternative to EBRT. Compared with External radiation which lasts from 4 to 5 weeks, brachytherapy can be administered in less than fractionation, extending over 1 to 5 days of treatment only. Brachytherapy involves using gamma radiation from radioactive sealed sources that are introduced into the body. As the dose decreases with the inverse square of the distance, this way of proceeding to administer a high dose of radiation received by the surrounding healthy organs. Treatment of HDR brachytherapy involves the use of applicators or implanting needles or catheters directly inside the tumor. An afterloader is then used to circulate a radioactive source (192Ir) in each of these tubes, one after another, with stops at certain positions. These positions and dwelltime are defined during treatment planning. At the end of the procedure, the source is returned to the shielded container, leaving no trace of radioactivity inside the patient. 192Ir radionuclide is currently the radioactive source most widely used in the field of brachytherapy. The average energy ration of gamma rays emitted by this isotope is 0.38Mev and the initial activity of a source is usually 10Ci. Its relatively short half-life of 73.8 days involves changes to source 3 to 4 times per year. Lebanon 4 centers using brachytherapy for the treatment of cancers. The CMU Risk Hospital continues to use sources of low dose rate for the treatment of vaginal and cervical funds. Hospital Hotel Dieu de France and AUBMC use projectors sources of high dose rate for gynecological treatments (cervix and vaginal treatment only). Only "brachycenter" offers treatment in brachytherapy for many types of cancer: Prostate, Breast, Lung, oesophageal, gynecological ... The implementation of this treatment technique requires in the first part of this thesis, a program of quality assurance. This work must be carried out within the "brachycenter" and within Tenon Hospital, while starting by the "commissioning" and dose calculation verification and any step related to the processing chain. Second time, a risk management plan should be put in place to prevent inappropriate radiation exposure for the patient and medical staff. This discipline aims to identify, assess and prioritize risks related to activities of an organization, regardless of the nature or origin of these risks, to treat methodically coordinated and economically, so as to reduce and control the likelihood of undesirable events, and reduce the potential impact of these events. Brachytherapy high dose rate requires work in a secure and risk environment must be identified. In third time, the processing or implantation protocols used are also optimized to deliver a high dose to the tumor while preserving healthy tissue nearby. The purpose of this section is to optimize the position and number of catheters: Treatment planning is to determine the stop positions of the source, and the duration of the stop at each position. Conventional treatment planning for brachytherapy involves defining the physical parameters manually, calculation and evaluation of the dose distribution. If the treatment plan does not meet the dosimetric objectives for anatomical site Treaty and the organs at risk, a new combination of parameters is tested. This approach requires a lot of time and therefore, it is often limited by tight deadlines clinics. The arrival of TPS in medicine has enabled the introduction of a second type of planning, called inverse planning: As opposed to conventional planning, objectives and dose constraints are used as a starting point to find the optimal configuration treatment, through an iterative process left to a computer. This method allows the exploration of the solution space, that is to say feasible treatment plans to achieve a treatment plan that meets the objectives. To limit the solution space, the inverse planning algorithm is an activation of the stop positions to consider only the clinically acceptable positions, those inside the target volume and outside of the organs at risk. It is possible to add a margin to include activation of source positions which are not included in these regions. To evaluate different solutions, dose calculation points are generated in the target and organs at risk. Currently used in clinical procedure for prostate cancer involves implanting a predetermined number of catheters, regardless of the size and shape of the tumor. In breast cancer cases, the choice of catheters to implant a manual process is usually based on a 2D anatomical view of the PTV. Treatment planning is then carried out according to the position of implanted catheters. A decrease in the number of catheters is a goal and it has many advantages: 1. Working out of some of the complications of edema related to the implantation phenomenon. 2. Reduce the time needed for surgery in the operating room. 3. Reduce the toxicity to surrounding healthy tissue. This thesis must reach optimize the various treatment manuals or inverse planning protocols and evaluate the impact of different processing parameters on the treatment planning. The last part of work on comparing different applicators used in gynecological treatment and their influence on patient dosimetry. The methods and protocols used within the "Brachycenter and Tenon Hospital" will be compared and evaluated. Clinical results will be published well.