UTILISATION DE L’IRM SEULE POUR LA

RADIOTHERAPIE CONFORMATIONNELLE

DU CANCER DE LA PROSTATE

PASQUIER D. 1,2, COULANGES M. 2, BETROUNI N. 2, BONODEAU F. 3, TAIEB S. 3,

ROUSSEAU J. 2, LARTIGAU E. 1

1 Département Universitaire de Radiothérapie, Centre O. Lambret, Université Lille II2 INSERM U 703, Institut de Technologie médicale, UPRES EA 1049, Lille

3 Département d’Imagerie Médicale, Centre O. Lambret, Lille

Le cancer de la prostate est le premier cancer chez

l’homme en terme d’incidence dans les pays industrialisés.

La radiothérapie externe fait partie de l’arsenal

thérapeutique avec la chirurgie et la curiethérapie. Les

progrès récents de l’imagerie et de l’informatique ont

permis le développement de la radiothérapie

conformationnelle avec ou sans modulation d’intensité.

L’examen le plus utilisé pour la définition des volumes est

la tomodensitométrie (TDM); l’utilisation de l’IRM seule

pourrait augmenter l’index thérapeutique de la

radiothérapie.

En radiothérapie conventionnelle la détermination des champs

d’irradiation se faisait sur des clichés orthogonaux. Les volumes

tumoraux et à risque étaient reportés manuellement. Les calculs

dosimétriques étaient réalisés sur une ou plusieurs coupes axiales.

Les résultats dosimétriques étaient connus sur une surface et pas

dans un volume.

Détermination des volumes tumoraux et des

organes à risque sur un examen de

tomodensitométrie (TDM)

Reconstruction tridimensionnelle des volumes

Radiothérapie conformationnelle

Radiothérapie conformationnelle

� Balistique d’irradiation plus complexe

� Irradiation tumorale plus homogène

� Préservation accrue des organes sains

� Connaissance précise des doses délivrées dans les volumes tumoraux et les organes à risque (histogrammes dose-volume)

� Escalade de dose (augmentation de la survie sansrécidive biologique et métastatique)

Dosimétrie et reconstructions tridimensionnelles d’après un examen de tomodensitométrie

Histogrammes dose-volume (volume cible et rectum)

L’ examen le plus utilisé pour la définition des volumes est la

tomodensitométrie en raison de sa précision géométrique (absence de

distorsion) et des informations données sur les densités électroniques des

tissus, nécessaires aux calculs dosimétriques.

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Densité électronique relative

Un

ité

Ho

un

sf.

Unité Hounsfield = µ = coefficient linéique d’atténuation (cm-1)

Courbe d’étalonnage du scanner Somatom Plus (Siemens®)

Ces caractéristiques permettent son intégration directe dans les calculs

dosimétriques; la détermination des densités électroniques se fait à partir

des UH de l’image.

( )eau

eaux

µµµ −1000

Grâce à son contraste élevé pour les tissus mous et la possibilité

d’acquisition multiplanaire, l’IRM permet une meilleure définition du

volume cible. Dans la littérature le volume prostatique défini sur IRM

est inférieur de 27 à 50 % à celui défini sur TDM. L’IRM permet

également de diminuer la variabilité intra et inter-observateur,

particulièrement au niveau de l’apex et des vésicules séminales.

A l’heure actuelle l’IRM n’est utilisée qu’après fusion avec les

images TDM. L’utilisation de l’IRM seule permettrait d’éviter

l’imprécision induite par la fusion d’images, et éviterait la

réalisation d’un examen supplémentaire, contraignant pour le

patient et difficile à coordonner avec l’IRM en pratique

quotidienne.

Fusion d’images TDM – IRM

Obstacles à l’utilisation de l’IRM seule

I) Distorsion

1) Liée au système (hétérogénéités du champ magnétique B0 et

des gradients)

2) Liée au déplacement chimique

II) Absence d’information sur les densités électroniques

III) Reconnaissance des images IRM par les systèmes de planification de

dose

IV) Reconstruction osseuse d’après les images IRM

Distorsion liée au système

La distorsion liée au système a été étudiée avec un fantôme de

taille équivalente à un pelvis (40x30x20 cm) constitué de billes

disposées selon un motif cubique de 3 cm baignant dans du 1-2

propane-diol.

La géométrie exacte du fantôme a été déterminée grâce aux

images TDM. Les mesures de distorsion ont été menées sur deux

machines à aimant supra-conducteur de 1.5 T. (séquence TSE

pondérée T2).

Matériels et méthodes

( )222 zyxzyx ∆+∆+∆=∆

Déplacement chimique

Gradient de phase

Gradient de fréquence Gradient de phase

Gradient de fréquence

Inversion des axes de codage de phase et de fréquence chez 4

volontaires; après contourage de chacune des structures, mesure

du déplacement du contour externe, de la prostate, de la vessie, et

de l’isocentre déterminé par trois marqueurs cutanés.

Détermination des densités électroniques à assigner

Mesure des densités électroniques relatives sur les images TDM

chez 10 patients (muscle, graisse, os)

Comparaison de ces données avec les données de la littérature

Calculs dosimétriques

Comparaison chez 10 patients des plans de traitement obtenus:

- avec densités électroniques (images TDM natives)

- sans densités électroniques

- après assignation de densités électroniques aux tissus mous et à l’os

Les plans de traitement ont été calculés avec des photons de 10 et 25 MV (4 puis 5 champs). Le flux obtenu pour chaque champ a été assigné au champ correspondant du plan de traitement réalisé sur les images TDM natives.

Les plans de traitement ont été comparés en terme de dose (histogrammes dose-volume); la répartition spatiale des écarts dosimétriques a également été évaluée en soustrayant les matrices de doses obtenues.

RESULTATS

Distorsion liée au système

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25Distance du centre du champ de vue (cm)

Dis

tors

ion

(mm

)

Magnetom Vision Gyroscan Intera

Sur des machines correctement calibrées, la distorsion moyenne

reste modérée même pour des champs de vue de 40 à 50 cm.

Déplacement chimique

0.6

0.3

2.9

1.2

2.6

1.8

0.8

1

1.6

2.5

1.6

0.2

0.6

0.4

3.5

1.9

d y (mm)

d x (mm)

d y (mm)

dx (mm)

0.631.33.5d y (mm)

d x (mm)

63 613 54063 613 53063 613 56063 613 500Fréquence de

résonance (Hz)

0.10.71.8

0.11.30.5Isocentre

1.80.31.50.3

0.21.10.41.5Vessie

2.43.53.41.8Contour

externe

512 x 512256 x 256256 x 256256 x 256Résolution (pixel)

Volontaire 4

15

Volontaire 3

15 23

Volontaire 2

15 23

Volontaire 1

15 23Bande passante

(Hz/pixel)

Le déplacement chimique reste inférieur aux valeurs

théoriques, en raison de l’adaptation de la fréquence de

résonance au patient étudié. Le déplacement chimique de

la prostate est trop faible pour pouvoir être mesuré.

Valeurs théoriques pour la graisse:

2.1 cm avec: bande passante de 15 Hz/pixel et résolution de 256 x 256 pixels

1.4 cm 23 Hz/pixel 256 x 256 pixels

1.05 cm 15 Hz/pixel 512 x 512 pixels

Détermination des densités électroniques

* Adultes de 30 ans ** Adultes de 90 ans

1.2 ± 0.03Sacrum

1.303 ± 0.04

(partie inférieure)

1.347

(os entier)

Os iliaque

1.251 ± 0.041.284 Tête fémorale

1.271 ± 0.03

(extrémité supérieure)

1.278 *

1.182 **

(os entier)

Fémur

0.986 ± 0.007

(pelvis)

1.024

(corps entier)

Tissus mous

0.946 ± 0.0030.952 ± 0.018Graisse

1.039 ± 0.0091.042Muscle

Densité électronique relative

mesurée

Densité électronique relative

(données de la littérature)

Les densités électroniques mesurées sont comparables à celles retrouvées

dans la littérature. Il existe cependant peu de données dans la littérature

concernant les densités électroniques des structures pelviennes.

Calculs dosimétriques

L’absence de prise en compte des hétérogénéités induit un sous dosage

du volume cible de 2.7 % et 1.5 % avec des photons de 20 et 10 MV. Après

assignation de densités électroniques aux tissus mous et à l’os, l’écart

dosimétrique est de l’ordre de 0.5 %.

0

20

40

60

80

100

120

60 65 70 75 80

PTV 2 heterog

PTV 2 Homog

PTV 2 T mous os

0

20

40

60

80

100

120

20 30 40 50 60 70 80

Rectum Heterog

Rectum Homog

Rectum T mous os

Histogrammes dose-volume (volume cible et rectum) pour chacun des trois plans

de traitement chez un patient

Calculs dosimétriques

La répartition des écarts dosimétriques est homogène au sein du

volume cible. Chez les 10 patients étudiés, l’écart type de la différence

de dose est compris entre 0.01 % et 0.22 %.

Soustraction des matrices de dose sans puis

avec assignation de densités électroniques

Reconnaissance des images IRM par les systèmes de

planification de dose

Après modification des entêtes des fichiers DICOM, il a été

possible de réaliser une planification dosimétrique directement sur

IRM après assignation de densités électroniques. De la même manière

la réalisation de «Digitally Reconstruction Radiographs» (DRR)

nécessaire à la vérification de la position du patient est possible.

CONCLUSION – PERSPECTIVES

• La distorsion liée au système est acceptable (1-3 mm) dans un volume suffisant pour des localisations extra-cérébrales. L’application d’une méthode de correction pour obtenir une valeur millimétrique est possible.

•Le déplacement chimique est compatible avec la précision requisepour la radiothérapie externe. Des séquences avec des gradients élevés doivent être privilégiées.

•L’assignation de densités électroniques à seulement 2 structures(tissus mous et os) permet d’obtenir une dosimétrie équivalente à la dosimétrie originale.

• Après modification de leur entête les images IRM peuvent être utilisées seules dans les systèmes de planification de dose.

Au total l’utilisation de l’IRM seule

pour la planification dosimétrique du

cancer de la prostate pourrait être

envisagée dans un avenir proche.

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