Cancer/Radiother 2000 ; 4 : 207-16 0 2000 editions scientifiques et midicales Elsevier SAS. Tous droits r&en&

Note technique

kvaluation dosimhtrique d’une radiothkrapie conformationnelle : le facteur de conformation

R. Oozeerl, B. Chauvet2, R. Garcia’, C. Berger2, C. Felix-Faure3, F. Reboul2

1 Ddpartement de radiophysique, 2d&partement de radiothe’rapie, 3d6partement de biostatistique, institut Sainte-Catherine, BP 846, 84082 Avignon cedex, France

(Re$u le 4 mars 1999 ; accept6 le 5 octobre 1999)

RcSUMf

La radiotherapie conformationnelle comporte un double

objectif: assurer une irradiation optimale du volume-cible

previsionnel et minimiser I’irradiation des tissus sains et

des organes a risque, afin d’augmenter le controle local et

d’ameliorer la tolerance au traitement. II est necessaire

de disposer d’outils d’evaluation afin d’optimiser une

technique de radiotherapie conformationnelle. Les outils

dont nous disposons sont : la representation tridimensionnelle

des distributions de doses, les histogrammes dose-volume

et les probabilites de controle local et de complications.

Ces outils ne repondent que partiellement a la question du

degre de conformation des distributions de doses au

volume-cible previsionnel. D’autres outils ont ete proposes

pour quantifier la conformation du traitement au volume-

cible previsionnel, pour un niveau de dose donne. Nous

avons defini un facteur de conformation mesurable pour

chaque niveau de dose, et nous I’avons applique a la

radiotherapie conformationnelle des cancers de la prostate

(82 patients) et des cancers bronchiques (82 patients). Le

facteur de conformation analyse separement I’irradiation

du volume-cible previsionnel (facteur d’irradiation du

volume-cible previsionnel) et celle en dehors du volume-

cible previsionnel (facteur d’irradiation hors volume-cible

previsionnel) a une dose donnee. Dans le traitement des

cancers bronchiques, le facteur de conformation Ctait

faible (facteur de conformation median de 0,35 a la dose

prescrite 66 Gy), en raison du manque d’equilibre

electronique aux interfaces poumon-tumeur et a la

necessite de proteger la moelle au-dela de 45 Gy. II Ctait

meilleur pour les etudes dosimetriques des cancers

prostatiques (facteur de conformation median de 0,57 a la

dose prescrite 70 Gy). Une utilisation de ces parametres

afin de comparer les balistiques de traitement pour

chacune des localisations est proposee (deux et trois

faisceaux pour la radiotherapie conformationnelle

bronchique ; quatre et sept faisceaux pour la radiotherapie

conformationnelle prostatique). Une optimisation de

I’isodose de prescription, fondle sur le maximum de

conformation, peut etre realisee. 0 2000 l?ditions

scientifiques et medicales Elsevier SAS

radiotherapie conformationnelle / facteur de conformation

SUMMARY

fvaluation of three-dimensional conformal radiation the-

rapy dose distributions: conformity index.

The aim of three-dimensional conformal therapy (3DCRT) is

to treat the Planning Target Volume (PTV) to the prescribed

dose while reducing doses to normal tissues and critical

structures, in order to increase local control and reduce

toxicity. The evaluation tools used for optimizing treatment

techniques are three-dimensional visualization of dose

distributions, dose-volume histograms, tumor control

probabilities (TCP) and normal tissue complication

probabilities (NTCP). These tools, however, do not fully

quantify the conformity of dose distributions to the PTV.

Specific tools were introduced to measure this conformity for

a given dose level. We have extended those definitions to

different dose levels, using a conformity index (Cl). Cl is

based on the relative volumes of PTV and outside the PTV

receiving more than a given dose. This parameter has been

evaluated by a clinical study including 82 patients treated

for lung cancer and 82 patients treated for prostate cancer.

The Cl was low for lung dosimetric studies (0.35 at the

prescribed dose 66 Gy) due to build-up around the GTV and

to spinal cord sparing. For prostate dosimetric studies, the Cl

was higher (0.57 at the prescribed dose 70 Gy). The Cl has

been used to compare treatment plans for lung 3DCRT

208 R. Oozeer et al.

(2 vs 3 beams) and prostate 3DCRT (4 vs 7 beams). The

variation of Cl with dose can be used to optimize dose

prescription. 0 2000 iditions scientifiques et medicales

Elsevier SAS

conformal radiation therapy / conformity index

Plusieurs outils dosimktriques permettent d’kvaluer un plan de traitement en radiothkrapie conformationnelle. La repksentation tridimensionnelle des isodoses permet de connaitre, en chaque point du volume irradiC, la dose dtlivrke en tenant compte de la densitk reelle des tissus. Les histogrammes dose-volume cumulatifs informent sur la couverture du volume-cible prkvisionnel et le niveau de protection des organes & risque. Les probabilitCs de contrhle local (TCP ou tumor control probability) et de complications (NTCP ou normal tissue complication probability), dCduites des histogrammes dose-volume d’aprks des modbles mathkmatiques basks sur des don- nCes de la littkrature [ 1, 31, demandent 2 &tre validkes par des ttudes cliniques. Dans la recherche de la meilleure balistique d’irradiation, nous sommes amen& B utiliser tout ou partie de ces outils avec pour objectif d’augmenter le taux de contrGle local et de rdduire les complications.

Cependant, aucun de ces outils ne permet d’apprkcier quantitativement la conformation r&Ale de l’irradiation aux volumes-cibles. Parmi ces outils, seul l’histogramme dose- volume du volume-cible pkvisionnel permet de juger de l’irradiation correcte du volumekble prkvisionnel. L’irra- diation hors volume-cible prkvisionnel, inutile et potentiel- lement toxique, n’est pas quantifiCe. Knziiis et al. [5] et Van? Riet et al. [6] ont d&ni des paramktres de conformation permettant d’apprkcier l’irradiation dans et en dehors du volumekble prkvisionnel pour respectivement l’isodose couvrant le volume-cible prkvisionnel et l’isodose 95 %. Nous avons utilisk ces definitions, que nous avons gCn&ali- &es B tous les niveaux de dose. Dans cette &de, nous d&inissons des paramktres de conformation qui ont &k appliquks r&rospectivement sur une s&e d’ttudes dosimC- triques dans le traitement par radiothkrapie conformation- nelle des cancers bronchiques et prostatiques.

MATkRIELS ET MkTHODES

DCfinitions

Dkfinitions des GTV, CTV et PTV [4] Sur les coupes tomodensitomCtriques transverses, le radiothka- peute d&nit le volume tumoral macroscopique (gross tumor volume, GTV). Des extensions microscopiques tumorales sont dCfinies par expansion autour du GTV, g&&rant ainsi le volume- cible anatomoclinique (clinical target volume, CTV). L’objectif idCal est d’irradier A la dose prescrite le volume4ble anatomo-

Isodose D Figure 1. DCfinition du facteur d’irradiation du volume-cible prCvision- nel pour la dose D [PTV(D)] : rapport du volume du volume-cible pkvisionnel recevant au moins la dose D (V,,& au volume total du volume-cible prkvisionnel PTV(V,v).

clinique. Les mouvements du volumekble anatomoclinique (consCquences de la respiration pour les tumeurs bronchiques, et de l’&tat de rkplktion du rectum et de la vessie pour les tumeurs prostatiques), ainsi que les erreurs de positionnement lors des skances de radiothkrapie, conduisent ?I rajouter une marge autos du volume-cible anatomoclinique et k crker ainsi le volume-Able prt?visionnel (planning target volume, FTV). En pratique, l’objec- tif est de dklivrer la dose prescrite au volume-cible prkvisionnel et uniquement au volume-cible prkvisionnel.

Facteur d’irradiation du volume-cible pre’visionnel ci la dose D, PTV(D) 11 est Cgal g la fraction du volume du volume-cible pkvisionnel recevant une dose supkrieure ou Cgale & la dose D (figure I). 11 est donnC par la relation suivante :

V FTV (D) = Volume de PTV recevant une dose 1 D PTV~ =-

Volume du PTV V PTV

ofi PTV : volume-cible prkvisionnel. FTV(D) = 1 si le volume- cible prkvisionnel est inclus dam l’isodose D ; PTV(D) = 0 si le volume-cible prCvisionne1 est en dehors de l’isodose D.

La courbe reprksentant le facteur d’irradiation du volume- cible prkvisionnel en fonction de la dose est identique A l’histogramme dose-volume cumulatif du volume-cible p&i- sionnel, qui reprksente le volume relatif de volume-cible phi- sionnel irradik au-de18 d’une dose donnCe D.

Facteur d’irradiation hors volume-cible pre’visionnel ci la dose D (irradiation des tissus sains), TS(D) I1 est CgaI & la fraction de l’isodose D situ&e hors du volume-cible prhisionnel figure 2). I1 est don& par l’kquation suivante :

TS (D) = Volume hors PTV recevant une dose 2 D Volume de l’isodose D

Radiotherapie conformationnelle, facteur de conformation 209

Isodose D Figure 2. Definition du facteur d’irradiation hors volume-cible previ- sionnel pour la dose D [TS(D)l : rapport du volume de l’acquisition scanographique recevant au moins une dose donnee D [V,vo, + VTS(O,l au volume total de l’acquisition scanographique.

Volume de l’isodose D -V,, TS(D) = D VTS,

=- Volume de l’isodose D

Visodose D

TS(D) = 1 si l’isodose D est a l’exterieur du volume-cible previsionnel ; TS(D) = 0 si l’isodose D est incluse dans le volumekble previsionnel ou confondue avec lui.

Le volume de l’isodose D est obtenu a partir de l’histo- gramme dose-volume cumulatif calcule sur le volume total de l’acquisition scanographique. Le volume hors volume4ble previsionnel recevant au moins la dose D (V~so) est alors obtenu par soustraction du volume de volume-cible previsionnel rece- vant au moins la dose D (Vp~o) au volume de l’isodose D. Tout volume exterieur au volume-cible previsionnel est defini comme tissu sain (une partie de celui-ci se trouve cependant dans la zone comprise entre le volume-cible anatomoclinique et le volume-cible previsionnel), ce qui peut inclure tout ou partie de certains organes a risque.

Facteur de conformation (FC) ri la dose D (FC(D)) Une conformation parfaite a la dose D est par definition une adequation entre le volume+ible previsionnel et l’isodose D. Elle se caracterise par un FTV(D) = 1 et un TS(D) = 0. Le facteur de conformation s’obtient en associant les facteurs d’irradiation du volume4ble previsionnel et hors volume- cible previsionnel de la faGon suivante :

FC(D) = PTV(D) x [ l-TS(D)]

FC(D) = 1 si l’isodose D est confondue avec le volume4ble previsionnel ; FC(D) = 0 si l’isodose D et le volume-cible previsionnel sont disjoints.

D&%zitions de Van ‘t Riet et Kniiiis Van? Riet d&nit un degre de conformation (conformation number CN) pour comparer le niveau de conformation dans les

traitements des cancers prostatiques par differentes balistiques de radiotherapie et par les techniques de curiethtrapie (‘251) :

V V CN = T,refX- T,ref

‘T v,f

V, : volume de la cible ; ref : une dose de reference (95 % de la dose prescrite) ; V,, : volume de i’isodose de reference ; Vr ref : volume-cible recevant une dose suptrieure ou Cgale a la dose de reference.

11 ressort de cette definition que CN est un cas particulier de facteur de conformation pour la dose de reference :

FC (ref) = CN

Kn66s dtfinit un index de conformation RCI (radiation conformity index) qui analyse l’irradiation des tissus sains lorsque le volume-cible previsionnel est couvert :

(equation 1)

on Vi est Cgal au volume de l’isodose couvrant le volume-cible previsionnel (si celle-ci est superieure ou tgale a 95 %) et a l’isodose 95 % dans le cas contraire. RCI apparait done comme un cas particulier de facteur de conformation, pour lequel le facteur d’irradiation du volume-cible previsionnel est Cgal a 1 dans la plupart des cas :

RCI = PTV (Di) x (1 - TS(D,))

RCI = 1 x (1 - TS(D,))

RCI = 1 - TS(D,)

(equations 2)

ou Di est la dose minimum dans le volume-cible previsionnel.

etude clinique

La premiere partie de cette etude a port6 sur 82 patients atteints d’un cancer prostatique ayant eu une radiotherapie conforma- tionnelle. Le GTV (prostate) Btait dttki par le radiotherapeute sur les coupes tomodensitometriques transverses (coupes jointi- ves de 3 mm). Le volume-cible previsionnel ttait defini par expansion automatique autour du GTV de 1 cm dans les direc- tions droite-gauche et anteroposterienre, et de 1,5 cm dans la direction cephalocaudale (prise en compte simultanee des extensions microscopiques, des mouvements d’organes et des erreurs de positionnement [2]). L’irradiation Btait delivree dans le pelvis par quatre faisceaux pelviens anterieur, posterieur et lateraux, delivrant 40 Gy en 20 fractions a l’isocentre, puis dans la prostate seulement par quatre faisceaux anteroposterieurs et lateraux comportant des caches personnalises avec une marge de 10 mm autour du volume-cible previsionnel (prise en compte de la ptkombre des faisceaux). Les faisceaux prostatiques delivraient

210 R. Oozeer et al.

au moins 30 Gy en 15 fractions dam le volume-cible prcvision- nel (30 Gy prescrits sur l’isodose 93 %). Les facteurs d’irra- diation du volume-cible previsionnel et hors volume-cible prcvisionnel, ainsi que le facteur de conformation, ont CtC calculcs a partir des Ctudes dosimetriques des 82 patients pour deux niveaux de dose : la dose prescrite (Dl = 70 Gy) et 95 % de la dose prescrite (D2 = 66,5 Gy). L’isodose 95 % a CtC choisie car elle couvrait parfaitement le volume-cible previsionnel. Une comparaison de ces parametres pour les balistiques a quatre et a sept faisceaux a ttC rCalisCe pour un patient.

La deuxieme partie de cette etude a port6 sur 82 patients atteints d’une tumeur bronchique inoperable ayant eu une radiotherapie conformationnelle. Parmi ces patients, 64 avaient une tumeur centrale et 17 une tumeur pcriphcrique (un patient avait une tumeur volumineuse occupant presque tout le poumon). Le volume tumoral macroscopique Ctait defini par le radiotherapeute sur les coupes tomodensitometriques transver- ses (coupes jointives de 3 mm). Le volume-cible previsionnel Ctait defini par expansion automatique de 1 cm dans toutes les directions autour du volume tumoral macroscopique (prise en compte simultanee des extensions microscopiques, des mou- vements d’organes et des erreurs de positionnement). L’irra- diation Btait realisee par des faisceaux anterieur et postcrieur delivrant 40 Gy en 20 fractions a l’isocentre, puis dans un volume reduit par deux ou trois faisceaux obliques delivrant 26 Gy en dix fractions sur I’isodose 95 % et comportant des caches focaliscs personnalisks avec une marge de 7 mm autour

du volume-cible prcvisionnel, pour la prise en compte de la penombre des faisceaux. Les facteurs d’irradiation du volume-cible previsionnel et hors volume-cible previsionnel, ainsi que le facteur de conformation, ont CtC calculcs a partir des Ctudes dosimetriques des 82 patients pour deux niveaux de dose : la dose prescrite (Dl = 66 Gy) et 90 % de la dose prescrite (D2 = 59,4 Gy). L’isodose 90 % a CtC choisie car elle couvrait mieux le volume-cible previsionnel que l’isodose 100 %. La comparaison des valeurs medianes des paramctres utilise un test de rkgression linCaire, permettant de juger de la signification des differences observees. Une comparaison de ces parametres pour des balistiques a deux et a trois faisceaux a ttt realisce sur un exemple. L’apport d’une balistique a cinq faisceaux sur l’ensemble du traitement (technique du boast concomitant) a CtC CtudiC.

RfiSULTATS

RadiothCrapie conformationnelle des tumeurs prostatiques

Analyse des don&es des 82 patients L’analyse des donntes des 82 patients (tableau I) mon- tre une bonne couverture du volume-cible previsionnel par la dose prescrite (mediane : 94 % du volume-cible prtvisionnel) ; elle est egalement meilleure pour 95 % de la dose prescrite (mediane : 100 % du volume-cible

Tableau I. Medianes et &xrts types des facteurs d’irradiation du volume-Able previsionnel et hors volume-cible previsionnel, et facteur de conformation, a la dose prescrite (volume-cible previsionnel [70 Gy], facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel [70 Gy] et facteur de conformation 170 Gvl) et a 95 % de la dose orescrite - .- (volume-cible previsionnel [66,5 Gy], facteur d’irradiation hors volume-cible prkvisionnel [66,5 Gy] et facteur de conformation [66,5 Gy]), pour 82 patients ayant eu une radiotherapie conformation- nelle pour un cancer prostatique.

h4Ldiane .!?cart-type

Volume cible previsionnel (70 Gy) 0,949 0,057 Facteur d’irradiation (70 Gy) 0,396 0,069 Facteur de conformation (70 Gy) 0,573 0,063 Volume cible prtvisionnel(665 Gy) 0,999 0,003 Facteur d’irradiation (66,5 Gy) 0,530 0,026 Facteur de conformation (66,5 Gy) 0,469 0,026

previsionnel). L’irradiation hors volume-cible prtvi- sionnel reste importante, malgrt l’utilisation de caches focalises personnalises par les faisceaux prostatiques (mediane : 36 % du volume de l’isodose 70 Gy incluse des tissus sains ; mediane : 53 % du volume de l’iso- dose 665 Gy incluse des tissus sains). La conforma- tion reste done faible a la dose prescrite (facteur de conformation de 057 A la dose 70 Gy). Elle est encore plus faible pour 95 % de la dose prescrite car le volume de tissus sains irradies B 66,5 Gy est plus important qu’8 70 Gy (facteur de conformation de 0,47 g la dose 66,5 Gy).

Analyse comparative des balistiques ci quatre et ci sept faisceaux sur un exemple La conformation autour du volume-cible previsionnel, calculee lors du complement d’irradiation prostatique (30 Gy/15 fractions), est meilleure avec sept faisceaux pour 15 Gy et similaire g des doses superieures (figure 3). La variation des differents parametres pour les deux balistiques en fonction de la dose (figure 4) montre que le facteur d’irradiation du volume-cible previsionnel est sensiblement identique dans les deux cas, alors que le facteur d’irradiation hors volume- cible previsionnel et done le facteur de conformation varient considerablement d’une balistique B l’autre en fonction de la dose. Les differences entre la balistique a sept faisceaux et celle B quatre faisceaux en fonction de la dose (figure 5) montrent que le facteur de conformation est meilleur avec quatre faisceaux pour des doses inferieures ?I 11 Gy (la balistique B sept faisceaux rajoute des faibles doses en augmentant les portes d’entree) et pour des doses comprises entre 20 Gy et 25 Gy (+ 15 % B 7 Gy et + 3,5 % a 22 Gy) ; pour des doses comprises entre 11 Gy et 20 Gy et pour des doses superieures a 25 Gy, la balistique Zr sept faisceaux est meilleure (+ 8,8 % Zt 17 Gy et + 3,8 % & 29,5 Gy).

RadiothCrapie conformationnelle, facteur de conformation 211

a

b

Figure 3. Distributions de dose pour les deux balistiques utilisees pour le complkment d’irradiation prostatique (30 Gy115 fractions) dans le traitement d’un cancer prostatique : quatre faisceaux orthogonaux (a), sept faisceaux (b). Les diffkents niveaux de dose repr6sentCs sent 10, 15, 20, 24 et 26 Gy.

RadiothCrapie conformationnelle des tumeurs bronchiques

Analyse des donnkes des 82 patients Sur l’ensemble du traitement (40 Gy + 26 Gy) le facteur d’irradiation du volume<ible prtvisionnel B la dose prescrite est faible (mCdiane de volume-Able prdvision- nel de 0,65 B la dose 66 Gy), en raison du manque d’kquilibre Clectronique aux interfaces tumeurs-poumon et la nCcessitC de protkger la moelle tpinikre au-de& de 45 Gy au dktriment de l’irradiation du volume-cible prkvisionnel. Le facteur d’irradiation est meilleur pour 90 % de la dose prescrite (mkdiane de volume-cible prkvisionnel de 0,97 B la dose de 59,4 Gy) car l’isodose 90 % couvre mieux le volume-cible prkvisionnel V (tableau ZZJ. L’irradiation hors volume-cible pkvisionnel B la dose prescrite et B 90 % de la dose prescrite reste

importante malgri l’utilisation de caches focalis& per- sonnalisks sur les champs obliques (mkdiane de facteur d’irradiation hors volumexible prkvisionnel de 0,41 B la dose de 66 Gy ; mkdiane de facteur d’irradiation hors volume-cible prkvisionnel de 0,59 B la dose de 59,4 Gy). Le facteur de conformation est done faible (mkdiane de facteur de conformation de 0,35 B la dose de 66 Gy ; mkdiane de facteur de conformation de 0,40 g la dose de 59,4 Gy).

Sur la deuxikme partie du traitement (26 Gy par des faisceaux obliques), il existe une diffirence significative @ = 0,004) entre les tumeurs pkriphtriques (volume- cible prkvisionnel de 0,85 & la dose de 26 Gy) pour lesquelles le phCnombne de manque d’dquilibre Clectroni- que est important, et les tumeurs centrales (volume-cible prkisionnel de 0,74 k la dose de 26 Gy) pour lesquelles la moelle tpinikre doit &tre protCgCe. La protection de la

212 R. Oozeer et al.

0.800

0,600

0,400

0,200

0,000

0 5 10 15 20 25 30 35

D-e (GY)

Figure 4. Facteur d’irradiation du volumekble previsionnel (PTV4 et PTV8), hors volume-cible previsionnel (TS4 et TS8) et facteur de conformation (FC4 et FC8) pour les balistiques a quatre et a sept faisceaux utilisees dans le traitement d’un cancer de la prostate.

0,100

0,080

0,060

0,040

0,020

0,000

-0,020

-0,040

-0,060

-0,080

-0,100

D-e (GY)

Figure 5. Differences entre les facteurs d’irradiation du volume-cible previsionnel (dPTV), hors volume<ible previsionnel (dTS) et le facteur de conformation (dFC) des balistiques a sept faisceaux par rapport a quatre faisceaux, en fonction de la dose, dans le traitement d’un cancer de la prostate.

moelle tpiniere est done plus penalisante pour l’irradia- tion du volume<ible previsionnel que le manque d’equi- libre electronique. Cette difference n’est pas significative sur l’ensemble du traitement, car lors des 40 Gy initiaux (faisceaux anteroposterieurs), la moelle Cpiniere n’est pas protegee. Aucune difference significative n’a tte montree dans la couverture du volume-cible previsionnel entre les

Tableau II. Mtdianes et &arts-types des facteurs d’irradiation du volume-cible previsionnel et hors volume-cible previsionnel, et facteur de conformation, a la dose prescrite [volume-cible previsionnel (66 Gy), facteur d’irradiation hors volumekble previsionnel(66 Gy) et facteur de conformation (66 Cy)] et a 90 % de la dose prescrite [volume-cible previsionnel (59,4 Gy), facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel (59.4 Gy) et facteur de conformation (59,4 Gy)], pour 82 patients ayant eu une radiotherapie conformation- nelle pour un cancer bronchique inoperable.

Volume cible prtvisionnel(66 Gy) Facteur d’irradiation (66 Gy) Facteur de conformation (66 Gy) Volume cible previsionnel(59,4 Gy) Facteur d’irradiation (59.4 Gy) Facteur de conformation (59,4 Gy)

Mkdiane hart-type

0,653 0,170 0,405 0,183 0,346 0,151 0,972 0,126 0,589 0,110 0,397 0,113

balistiques a deux ou a trois faisceaux obliques. En revanche, l’irradiation hors volume-cible previsionnel est significativement plus importante (p < 0,001) avec une balistique a deux faisceaux (mediane de facteur d’irradia- tion hors volume-cible previsionnel de 0,70 a la dose de 26 Gy), par rapport a une balistique a trois faisceaux (mediane de facteur d’irradiation hors volume-cible pre- visionnel de 0,29 a la dose de 26 Gy) (‘gure 3). Le fait d’introduire un troisieme faisceau entraine une meilleure conformation (mediane de facteur de conformation de 0,52 a la dose de 26 Gy pour trois faisceaux ; mediane de facteur de conformation de 0,25 a la dose de 26 Gy pour deux faisceaux).

Analyse comparative des balistiques 6 deux et ci trois faisceaux sur un exemple La conformation autour du volume-cible previsionnel, realisee lors de la surimpression (26 Gy/lO fractions), est meilleure avec trois faisceaux pour les niveaux de dose eleves (26 Gy, 24 Gy et 20 Gy) (figure 6). Les donnees des differents parambtres pour les deux balistiques en fonction de la dose (figure 7) montre que le facteur d’irradiation du volume-cible previsionnel est sensible- ment identique dans les deux cas, alors que le facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel est nette- ment meilleur avec trois faisceaux. Les differences pour chacun des parametres entre la balistique a trois faisceaux et celle a deux faisceaux en fonction de la dose (figure 8) montre que le facteur d’irradiation du volume-cible previsionnel est legerement meilleur (+ 3 % a 25 Gy) dans la balistique a trois faisceaux, alors que le facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel est nette- ment meilleur (+ 40 % a 26 Gy) avec trois faisceaux. Le facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel est une fonction decroissante de la dose. En effet, le volume irradie est de plus en plus faible lorsque la dose aug- mente, et done la proportion de tissus sains inclus dans ce

RadiothCrapie conformationnelle, facteur de conformation 213

a

b

Figure 6. Distributions de dose pour les deux balistiques utiliskes pour le complement d’irradiation (26 Gy/lO fractions) dans le traitement d’un cancer bronchique : deux faisceaux obliques (a), trois faisceaux obliques (b). Les diffkrents niveaux de dose reprtsentts sont 10, 15, 20, 24 et 26 Gy.

volume. Cependant, on peut noter une augmentation du facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel pour les doses suptrieures a la dose prescrite, notamment lorsque les isodoses correspondantes ne sont pas incluses dans le volume-cible previsionnel. Ainsi, le facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel (a la dose de 285 Gy) est de 1 car l’isodose 285 Gy est a l’exterieur du volume-cible previsionnel dans le cas de la balistique a deux faisceaux.

Comparaison des facteurs FC, RCI et CN

Dans l’dtude de Van’t Riet et al. portant sur dix patients, le facteur de conformation, obtenu avec une technique conformationnelle prostatique a trois faisceaux (antt- rieur et lateraux filtres avec caches plombes), presente une valeur moyenne de conformation number Cgale

a 0165 pour l’isodose 95 % (66,5 Gy). Dans l’ttude de Knobs, les etudes prostatiques conduisent a une valeur mediane de radiation conformity index de 0,56 (techni- que a trois faisceaux, anterieur et lateraux) contre une valeur mediane de facteur de conformation de 0,47 a la dose de 66,5 Gy dans notre etude (technique a quatre faisceaux).

Les etudes dosimetriques thoraciques de Knobs con- duisent a une valeur mediane de radiation conformity index de 0,29 (technique non sptcifiee) contre une valeur mediane de facteur de conformation de 0,40 a la dose de 59,4 Gy pour 90 % de la dose prescrite dans notre etude.

Les differences entre etudes s’expliquent par les balis- tiques de traitement differentes utilisees, par la qualite des faisceaux d’irradiation, ainsi que par les effectifs limit& des etudes de Knijijs et de Van’t Riet.

214 R. Oozeer et al.

Figure 7. Facteur d’irradiation du volume-cible previsionnel (F’TV2 et RTV3), hors volume<ible previsionnel (TS2 et TS3) et facteur de conformation (FC2 et FC3) pour les balistiques B deux et a trois faisceaux obliques utilistes dans le traitement d’un cancer bronchique.

DISCUSSION

lhdes cliniques

Le facteur de conformation donne une evaluation volumi- que quantitative de la conformation d’une isodose par rapport au volume-Able previsionnel. Si la couverture du volumekble previsionnel par une isodose peut Ctre veri- free visuellement dans une representation tridimension- nelle (l’isodose couvre ou ne couvre pas le volume-cible previsionnel), le facteur d’irradiation du volume-cible previsionnel permet de quantifier cette couverture. Dans les tumeurs bronchiques, il n’est pas toujours possible de couvrir completement le volume-cible previsionnel par la dose prescrite sans augmenter la toxicite du traitement (moelle Cpinibre, msophage, poumon sain). Le facteur d’irradiation du volumekble previsionnel reste done fai- ble (mediane de volumeAble previsionnel de 0,65 a la dose de 66 Gy). Dans les tumeurs prostatiques, une irradia- tion correcte du volume-cible previsionnel a la dose pres- trite de 70 Gy est possible car les problemes de toxicite rectale et vtsicale se posent de faGon moins critique.

L’irradiation hors volume-cible previsionnel a la dose prescrite reste importante dans les deux localisa- tions de notre etude en raison de la forme complexe des volumes cibles previsionnels (mediane de facteur d’irradiation hors volume-cible previsionnel (dose prescrite) proche de 0,40). En effet, la mise en place de caches focalises autour du volume-cible previsionnel est rtalisee sur les projections de ces formes complexes selon des axes de faisceaux privilegies (vue de la source, beam eye view), conduisant a irradier inutilement des

0,400

0,300

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-0,400

-0,500

Figure 8. Differences entre les facteurs d’irradiation du volume-cible previsionnel (dFTV), hors volume-cible previsionnel (dTS) et le facteur de conformation (dFC) des balistiques a trois faisceaux par rapport 1 deux faisceaux, en fonction de la dose, dans le traitement d’un cancer bronchique.

zones avoisinant le volume-cible previsionnel. La multiplication des faisceaux permet de reduire cette irradiation inutile en multipliant les projections du volume-cible previsionnel.

Dans le traitement des cancers bronchiques, le pas- sage a une balistique a cinq faisceaux obliques trait& le meme jour, en remplacement de la technique standard utilisee pour notre etude (anterieur et posttrieur jusqu’a 40 Gy, puis deux ou trois faisceaux obliques jusqu’a 66 Gy), reprtsente un gain important en termes de conformation et d’irradiation des tissus sains, grace a l’optimisation des angulations et ponderations des fais- ceaux. Les valeurs du facteur de conformation pour les patients trait& avec cette nouvelle technique sont supe- rieures a 0,5 pour la dose prescrite (contre une mediane de 0,315 pour les patients de l’etude). Nous n’avons pas reali& d’etude comparative pour juger de la signifi- cation de cette difference. Le gain potentiel amene par la technique des cinq faisceaux obliques vient essentiel- lement du fait que, dans la technique standard, la prescription des 40 Gy initiaux se faisait a l’isocentre des champs anterieur et posterieur et imposait une protection de la moelle sur deux au moins des trois faisceaux obliques du complement d’irradiation. L’opti- misation des ponderations et angulations des faisceaux obliques permet Cgalement de reduire les contraintes de dose a la moelle, en choisissant pour la proteger les faisceaux les moins penalisant pour l’irradiation du

RadiothCrapie conformationnelle, facteur de conformation 215

volume-cible prhisionnel. On augmente ainsi la qualite de la couverture du volume-cible previsionnel, avec en plus une reduction des doses par fraction aux tissus sains.

Le facteur d’irradiation hors volume-cible previ- sionnel ne differencie pas les tissus irradies. Ainsi, pour un mCme niveau d’irradiation hors volume-cible previ- sionnel, des organes a risques (rectum, vessie, poumon sain, esophage, moelle Cpinibre) peuvent se trouver ou ne pas se trouver dans le volume de tissus irradies, condui- sant a des niveaux de toxicite differents. C’est une des raisons pour lesquelles il est important de continuer a prendre en considerations nos cridres habituels de toxi- cite sur les organes a risque (doses maximales, histogram- mes dose-volume, longueur traitee), en considerant les facteurs de conformation comme des parametres d’eva- luation purement geometriques de conformation des iso- doses autour du volume-cible previsionnel, facilitant la comparaison de balistiques de traitement differentes.

Prescription de la dose

La representation des facteurs de conformation en fonc- tion de la dose peut servir de base au choix de l’isodose de prescription. Les figures 4 et 7 peuvent &tre represen- tees en dose relative par rapport a la dose a l’isocentre. Le maximum de la courbe de facteur de conformation (iso- dose) definit une isodose particulibre pouvant &tre utilisee pour dtlivrer la dose prescrite, realisant ainsi le meilleur compromis entre l’irradiation du volume-cible prevision- nel et hors volume&ble previsionnel. Le facteur de conformation est maximal pour l’isodose 98 % dans l’etude dosimetrique prostatique et 91 % dans l’etude dosimetrique bronchique (figure 9). Le choix d’utiliser ces isodoses << optimales >> pour prescrire la dose ne peut &tre fait sans considtrer les implications au niveau de la couverture du volume&ble previsionnel et de l’irradia- tion des organes B risque. Dans l’ttude dosimetrique prostatique, les criteres de toxicites rectale et vesicale (histogrammes dose-volume) &ant acceptables pour la prescription habituelle (isodose 93 %), on ne choisira pas l’isodose 98 % (pour laquelle uniquement 90 % du volume-cible previsionnel recoit la dose prescrite, au lieu de 100 % si l’on choisit l’isodose 93 %). Dans ce cas, nous avons choisi de maximiser le facteur d’irradiation du volume-cible prtvisionnel. Dans l’etude dosimetrique bronchique, la prescription sur l’isodose 91 % ameliore- rait la couverture du volume-cible prCvisionnel(95 % du volume+zible previsionnel recevant alors la dose pres- trite, au lieu de 78 % dans cet exemple). Le passage de l’isodose 95 % a l’isodose 91 % pour la prescription des 26 Gy implique une escalade de dose de 1,2 Gy, ce qui dans cet exemple n’a pas de consequence majeure dans l’irradiation du poumon sain, de l’msophage et de la moelle Cpiniere. Dans ce cas nous avons choisi de maximiser le facteur de conformation.

0,700

0,600

0,500

0,400

0,300

0,200

0,100

0,000

0 20 40 60 60 100 120

isodose (X)

Figure 9. Facteurs de conformation en fonction de la dose relative par rapport B l’isocentre pour la balistique B trois faisceaux dans le traitement d’un cancer bronchique (FC TH 3Fx) et la balistique A quatre faisceaux dans le traitement d’un cancer de la prostate (FC P 4Fx).

CONCLUSION

Les facteurs d’irradiation et de conformation donnent une appreciation quantitative de l’adequation entre une isodose et le volume-cible previsionnel, plus precise que l’evalua- tion visuelle en trois dimensions des isodoses par rapport au volume-cible previsionnel. Dam le cas de la radiothera- pie conformationnelle des tumeurs bronchiques, ces fac- teurs nous ont montre les limites dosimetriques de la technique utilisee, tant au niveau de l’irradiation du volume-cible previsionnel (65 % du volume+ible previ- sionnel trait6 a 66 Gy) que de l’irradiation hors volume- cible previsionnel (35 % du volume de l’isodose 66 Gy incluse des tissus sains), et l’intekt d’utiliser des techni- ques plus tlaborees (multifaisceaux, modulation d’inten- site). Dans le cas de la radiotherapie conformationnelle des tumeurs prostatiques, nous avons pu apprecier la qualitt de l’irradiation du volume-cible previsionnel (94 % du volume-cible previsionnel traite B 70 Gy), mais nous avons mis en evidence une irradiation non ntgligeable en volume en dehors du volume-cible previsionnel (36 % de l’isodose 70 Gy traite les tissus sains). Ces facteurs peu- vent Ctre appliques a tous les traitements conformationnels. 11s definissent le niveau de conformation et permettent de comparer differentes balistiques de traitement, ainsi que le choix optimal de l’isodose de prescription. Ces facteurs doivent completer les parametres habituels d’evaluation (homogeneite de dose dans le volume-cible previsionnel, doses maximales, histogrammes dose-volume).

216 R. Oozeer et al.

RkFltRENCES

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