Thèse soutenue

Études de dosimétrie par radiothérapie par mini-faisceau de protons
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Auteur / Autrice : Ramon Ortiz Catalan
Direction : Yolanda PrezadoLudovic De Marzi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Radio et hadron-thérapies
Date : Soutenance le 12/12/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation, radiobiologie et cancer (Orsay, Essonne ; 2010-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Elias Khan
Examinateurs / Examinatrices : Karen Kirkby, Tony Lomax, Immaculada Martínez-Rovira, Diego Azcona
Rapporteurs / Rapporteuses : Karen Kirkby, Tony Lomax

Résumé

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Au cours des dernières décennies, la radiothérapie a bénéficié de nombreuses avancées permettant de conformer une dose très élevée à la tumeur et de réduire la dose délivrée aux tissus normaux. Cependant, la toxicité radio-induite dans les tissus normaux reste l’un des principaux facteurs limitants de la radiothérapie, compromettant le traitement des tumeurs radiorésistantes (par exemple, les glioblastomes), des cancers pédiatriques ou des tumeurs proches d’organes hautement radiosensibles (par exemple, la moelle épinière). Plusieurs approches ont été proposées ces dernières années pour diminuer les effets secondaires des rayonnements et améliorer l’index thérapeutique pour ces indications cliniques. La radiothérapie à fractionnement spatial (SFRT) en est un exemple. Cette modalité est basée sur la délivrance de faisceaux étroits séparés spatialement par une certaine distance, créant un schéma de fortes doses intercalées par des régions à faible dose. Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre du développement d’une technique de SFRT appelée radiothérapie par mini-faisceaux de protons (pMBRT). La pMBRT a déjà démontré une remarquable préservation des tissus ainsi qu’une grande efficacité en termes de contrôle des tumeurs, par rapport aux techniques conventionnelles. Cependant, certains aspects de cette technique ne sont pas encore complètement caractérisés et doivent être étudiés plus avant (par exemple, les mécanismes biologiques qui sous-tendent la réponse tissulaire favorable). Le travail de cette thèse contribue au développement de la pMBRT sous trois aspects principaux. En premier lieu, il optimise la pratique dosimétrique de cette technique en évaluant la performance de différents dosimètres dans des conditions de pMBRT et en effectuant une analyse de robustesse sur la sensibilité des distributions de dose aux incertitudes des paramètres de configuration et d’irradiation. Sur la base de ces résultats, des lignes directives et des protocoles visant à garantir une dosimétrie reproductible et robuste sont proposés. Les protocoles proposés permettent de réaliser la dosimétrie nécessaire aux études précliniques menées dans notre institution. Dans la deuxième partie de ce travail, le potentiel de la pMBRT pour le traitement de différentes indications cliniques (c’est-à-dire les métastases cérébrales, hépatiques et pulmonaires) est évalué par une étude de plan de traitement dans le contexte de la préparation des essais cliniques. Les résultats de cette étude montrent que les traitements par pMBRT peuvent assurer une couverture tumorale similaire à celle des techniques stéréotaxiques conventionnelles et réduire la dose intégrale aux organes à risque. De plus, le potentiel accru de préservation des tissus normaux de la pMBRT permet d’administrer le traitement en utilisant un nombre réduit de champs et une seule fraction tout en respectant les tolérances de dose aux tissus normaux. Par conséquent, on peut s’attendre à une augmentation de l’index thérapeutique dans le traitement de ces tumeurs malignes avec la pMBRT. Enfin, une nouvelle forme de pMBRT appelée thérapie par arcs de mini-faisceaux de protons (pMBAT) est proposée sur la base de l’administration de matrices de mini-faisceaux de protons par des arcs, c’est-à-dire en combinant la pMBRT et les thérapies par arcs. La pMBAT maintient et additionne les avantages individuels de la pMBRT et des techniques d’arcs pour la préservation des tissus normaux en termes de préservation du fractionnement spatial de la dose et de réduction des doses de crête et de vallée, ainsi que de l’escalade du LET. Par conséquent, cette nouvelle approche peut permettre d’utiliser des schémas d’irradiation plus agressifs, ce qui pourrait être avantageux dans la gestion des tumeurs radiorésistantes. En résumé, cette thèse contribue à l’avancement du pMBRT en optimisant la pratique de la dosimétrie dans sa phase préclinique actuelle et en explorant ses applications cliniques à court et moyen terme.