ARTICLE
Auteur(s) : O Berges1, F Dhermain2,
F Bidault1
1Institut Gustave-Roussy, Service
de radiodiagnostic, 39, rue Camille-Desmoulins, 94805
Villejuif, France
2Institut Gustave-Roussy, Service de radiothérapie,
39, rue Camille-Desmoulins, 94805 Villejuif, France
Article reçu le 16 Octobre 2009, accepté le 19 Octobre 2009
Introduction
L’utilisation en radiothérapie des modalités d’imageries et
l’intérêt des thérapeutes pour la recherche en imagerie viennent de
la précision balistique des techniques d’irradiation qui sont
notamment : curiethérapie, radiothérapie conformationnelle,
radiothérapie de conformation avec modulation d’intensité,
tomothérapie, radiochirurgie (CyberKnife®),
hadronthérapie (protonthérapie, ions carbone).
Ces technologies offrent la possibilité de sculpter, à des
degrés divers, la dose délivrée au patient en l’adaptant à la forme
de la tumeur, à ses extensions supposées, tout en évitant autant
que faire se peut les organes sains dits à risque (vulnérables aux
rayonnements ionisants). Les critères d’agrément pour la
pratique de la radiothérapie externe recommandent déjà que les
centres de radiothérapie effectuent la préparation du traitement
par l’utilisation d’imagerie tridimensionnelle : la
tomodensitométrie (TDM) dédiée ou, à défaut, l’accès à des plages
horaires en service de radiodiagnostic [1]. D’autres sources
d’images en provenance de spécialités médicales, telles que le
radiodiagnostic avec l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et
la médecine nucléaire avec la tomographie par émission de positons
au fluoro-désoxyglucose (TEP-FDG), sont également utilisées.
Le rappel du flux de travail en radiothérapie permet de cerner
l’intérêt de ces imageries. Plusieurs exemples concrets sont
exposés afin d’illustrer l’utilisation de l’imagerie en
radiothérapie pour la préparation du traitement et pour sa
réalisation.
Flux du travail en radiothérapie
La figure 1
représente les étapes de la préparation et de la réalisation du
traitement par radiothérapie. Elle ne prétend pas couvrir avec
exhaustivité les différentes procédures disponibles dans la
discipline, mais permet d’avoir une vision globale et résumée des
étapes utilisant de l’imagerie.
La définition de ce que sont les différents volumes cibles
utilisés en radiothérapie est nécessaire à la bonne compréhension
des principes de planification du traitement [2].
Le volume tumoral macroscopique ou gross tumor volume (GTV)
correspond à la maladie visualisable par toutes données cliniques
et d’imagerie diagnostique. Le volume cible anatomoclinique ou
clinical target volume (CTV) correspond aux extensions
microscopiques de la tumeur autour du GTV. Il ne s’agit pas a
priori d’une extension automatiquement isotrope autour du GTV, mais
de l’addition d’une marge tenant compte de la topographie et de
l’histologie tumorale. Le planning target volume (PTV) est
obtenu par l’addition d’une marge autour du CTV qui prend en
considération à la fois les mouvements d’organes et l’incertitude
de repositionnement. Il est divisé en deux volumes.
Le volume interne ou internal target volume (ITV),
correspondant à la marge ajoutée autour du CTV pour prendre en
considération les mouvements des organes au cours de la réalisation
du traitement. Il s’agit, en particulier, des mouvements liés
à la respiration comme dans le traitement des tumeurs pulmonaires,
hépatiques ou mammaires. Le set-up margin (SM) correspond à
l’incertitude de repositionnement des patients à chaque séance de
radiothérapie. On obtient ainsi le volume irradié permettant la
réalisation de la balistique des faisceaux d’irradiation et de la
dosimétrie en respectant un compromis entre la dose à délivrer aux
volumes tumoraux et les doses à ne pas dépasser aux organes à
risque (OAR).
Place de l’imagerie dans la préparation
du traitement
Les centres de radiothérapie possèdent ou ont accès à un scanner
pour la préparation du traitement par radiothérapie.
Les exemples suivants illustrent l’utilisation des modalités
d’imagerie pour la radiothérapie ou pour la curiethérapie.
Cancers pulmonaires et radiothérapie asservie
à la respiration (RAR) : place de la TDM
corrélée à la respiration (4DCT)
Avec un taux de contrôle locorégional de 10 %, à deux ans, et une
probabilité de survie, à cinq ans, de 5 à 10 %, tous stades
confondus, la prise en charge des cancers du poumon représente un
défi en cancérologie. La radiothérapie, exclusive ou associée
à une chimiothérapie, constitue le traitement habituel des cancers
bronchiques non à petites cellules, localement avancés, non
métastatiques ou inopérables. L’échec de ces traitements peut au
moins, en partie, être expliqué par le fait d’un sous-dosage
tumoral en raison de la proximité d’OAR (moelle épinière,
parenchyme pulmonaire sain, cœur, œsophage) ou par l’inclusion
incomplète du volume tumoral, en raison des mouvements
respiratoires. La prise en compte de ces mouvements réside en
l’ajout d’une marge de sécurité autour du CTV, appelée ITV, décrite
précédemment. Les valeurs de ces marges sont relativement
élevées, notamment pour les tumeurs proches du diaphragme amenant à
une irradiation du parenchyme pulmonaire sain [3].
Afin de contrôler les mouvements respiratoires, deux techniques
de RAR ont été développées. La première est la technique du
blocage volontaire ou actif de la respiration. Elle consiste à
délivrer la dose au cours d’apnées successives en inspiration à
l’aide d’un spiromètre. La seconde est la radiothérapie
quadridimensionnelle (4D) qui prend en considération toutes les
modifications anatomiques du thorax au cours du temps [4]. Elle
consiste à suivre en temps réel le cycle respiratoire d’un patient
en respiration libre, par l’intermédiaire de différents capteurs
externes. Elle nécessite la réalisation d’une TDM corrélée à la
respiration ou respiratory correlated tomodensitometry (4DCT)
pendant laquelle l’amplitude respiratoire est enregistrée. Deux
modalités d’acquisition du 4DCT sont possibles, soit prospective,
soit rétrospective. La première consiste à déclencher
l’acquisition des images 4DCT à une phase précise du cycle
respiratoire prédéterminée par l’oncologue-radiothérapeute. Cette
méthode est facile à réaliser, mais plus longue, car elle nécessite
de suivre un plus grand nombre de cycles respiratoires.
La seconde consiste à enregistrer les images pendant plusieurs
cycles respiratoires et à attribuer rétrospectivement à chaque
coupe sa position dans le cycle. Cette technique est plus rapide à
réaliser et permet le choix de la meilleure phase du cycle pour le
traitement ; cependant, elle nécessite l’acquisition d’un grand
nombre d’images. Une fois la planification du traitement réalisée
pour une phase optimale du cycle respiratoire, la même technique
est appliquée lors de l’irradiation, ainsi le patient sera traité
toujours à la même phase respiratoire. La RAR permet de
diminuer les doses reçues aux OAR dans le traitement des cancers du
poumon, du sein ou du foie [5, 6]. Cependant, les études cliniques
sont encore relativement rares, et des comparaisons des différents
systèmes existants sont nécessaires et seront prochainement
reportées dans les conclusions du projet de STIC RAR (Programme de
soutien aux techniques innovantes coûteuses) [7].
Cancer du col utérin et curiethérapie : intérêts
de l’IRM pelvienne
La curiethérapie joue un rôle majeur dans le traitement des cancers
du col utérin du stade I au stade IVA de la classification FIGO et
fait partie intégrante de l’arsenal thérapeutique, avec le
traitement standard de type radiochimiothérapie concomitante [8,
9]. Son efficacité repose sur le haut gradient de dose délivré par
la source radioactive au contact des volumes d’intérêts. Son
évolution a été marquée, ces dernières années, par une amélioration
des techniques pour optimiser la dose délivrée aux volumes
tumoraux, et par l’utilisation d’imageries, comme la TDM et l’IRM,
qui permettent une meilleure définition des volumes cibles. L’IRM a
montré sa supériorité sur l’examen clinique et sur la TDM dans le
bilan d’extension tumorale et constitue actuellement l’examen de
référence [10, 11]. Elle est également recommandée, dans la
planification du traitement de curiethérapie, par les experts du
Groupe de travail en gynécologie GEC-ESTRO (European Society for
Therapeutic Radiology and Oncology). Son utilisation a permis de
définir deux nouveaux volumes cibles [12]. Un CTV dit à haut risque
(HR CTV) correspondant à la maladie macroscopique à haut risque de
récidive locale, pour lequel la dose délivrée doit être la plus
importante possible, et un CTV dit à risque intermédiaire (IR CTV),
correspondant à la maladie microscopique à risque intermédiaire de
récidive locale, pour lequel la dose doit être d’au moins
60 Gy. Pour cette technique, l’IRM est le plus souvent
pratiquée en service de radiodiagnostic sur des plages horaires
dédiées à la radiothérapie. L’IRM est réalisée avec le moule
vaginal personnalisé qui servira de support aux sources
radioactives. L’oncologue-radiothérapeute détermine, sur les images
IRM, les volumes cibles tumoraux, les HR CTV et les IR CTV, ainsi
que les OAR (vessie, rectum, sigmoïde) lors de la planification du
traitement par curiethérapie (figure 2). L’utilisation
de l’IRM en curiethérapie a permis de diminuer les volumes traités,
d’augmenter les doses délivrées aux volumes tumoraux sans augmenter
les doses reçues par les OAR et, très probablement, d’améliorer le
taux de contrôle local [13, 14].
Maladie de Hodgkin et radiothérapie externe : place
de la TEP-FDG
La prise en charge des maladies de Hodgkin a considérablement
évolué ces 20 dernières années. Actuellement, le traitement
standard consiste en une association de chimiothérapie suivie d’une
irradiation. La radiothérapie reste indispensable dans le
traitement, car en l’absence d’irradiation, il persiste un risque
de rechute aux sites ganglionnaires initialement envahis [15]. En
parallèle, les travaux actuels visent à réduire toujours davantage
les doses de radiothérapie et à optimiser les champs d’irradiation
afin de diminuer les toxicités tardives. On a ainsi réduit les
doses de radiothérapie, et on est passé d’une irradiation dite du
mantelet, correspondant à de larges volumes, à une irradiation
limitée aux aires ganglionnaires envahies dite en involved field
(IF) [16]. Pour améliorer la définition des volumes cibles, le
recours à la TDM et à la TEP-FDG est proposé. Les experts du
groupe de travail de l’European Organisation for Research and
Treatment of Cancer (EORTC) et du Groupe d’études des lymphomes de
l’adulte (GELA) recommandent l’utilisation de la TEP-FDG pour la
définition des champs de radiothérapie. La technique proposée
est de réaliser l’examen TEP en position de traitement afin de
faciliter le recalage avec le scanner de radiothérapie, qui reste
le support de référence pour la planification de l’irradiation.
L’information TEP est ici réellement fonctionnelle.
La fixation de FDG renseigne sur la consommation en glucose
des tissus. Il est important de préciser l’absence d’identité
anatomique entre la maladie réelle et la fixation en TEP-FDG :
certains ganglions, prouvés comme étant envahis, ne fixent pas
fortement le FDG ou le fixent sur une partie seulement de leur
volume. Par contre, la technique permet de dépister et d’inclure,
dans les champs de radiothérapie, des ganglions ou des
infiltrations lymphomateuses difficilement repérés sur un examen
uniquement morphologique. Dans le protocole H10 de l’EORTC-GELA, il
est proposé de réaliser une TEP-FDG préchimiothérapie, et à deux
cycles de chimiothérapie, une TDM postchimiothérapie, puis de les
recaler à la TDM préchimiothérapie [17]. Les adénopathies
suspectes sont d’abord délinéées sur la TDM préchimiothérapie, puis
vérifiées avec les images de la TEP-FDG préchimiothérapie.
Les volumes sont ensuite adaptés à la TDM postchimiothérapie
qui constitue la TDM de référence pour la réalisation du traitement
(figure 3).
Gliomes cérébraux et radiothérapie externe : place
de l’IRM cérébrale
Dès 2002, la notion de signal en IRM morphologique apparaît dans
les SOR de la FNCLCC (Standards, options et recommandations de la
Fédération nationale des centres de lutte contre le cancer) pour la
définition des volumes à traiter en radiothérapie externe pour les
gliomes de l’adulte [18]. La communauté médicale réfléchit
depuis, également, à l’utilisation des techniques d’IRM avancées et
de la TEP pour la planification de la radiothérapie [19-21]. Quel
que soit l’examen utilisé, son recalage au scanner de radiothérapie
reste la règle. Les séquences d’IRM morphologique (pondération
T1, T2 Flair, T1 avec injection de chélate de gadolinium) sont
d’emploi facile avec des corrélations anatomocliniques bien
définies. Elles fournissent une information précieuse du fait du
contraste IRM supérieur à celui du scanner pour l’exploration
cérébrale. Les techniques d’imageries fonctionnelles (IRM de
perfusion, de perméabilité et de diffusion) et les méthodes
d’imageries moléculaires (spectroscopie IRM, TEP-FDG, TEP à la
tyrosine ou à la méthionine marquées) apportent des informations
supplémentaires. Cependant, comme pour la TEP-FDG dans le lymphome,
l’information n’est ni binaire, ni spécifique de la tumeur. Comme
pour les autres champs de la cancérologie (caractérisation
diagnostique, évaluation thérapeutique), une première difficulté
est de comprendre la valeur de l’information fournie par chaque
technique, pour la corréler avec un intérêt en radiothérapie
(prédiction du site de rechute en spectroscopie IRM dans les
glioblastomes, valeur pronostique de l’IRM de perméabilité dans les
gliomes de bas grade) [21, 22]. Certaines revues de la littérature
peuvent éclairer le lecteur à ce sujet [23-27]. Une deuxième
difficulté tient à la disparité des méthodes d’imagerie en
recherche, notamment en imagerie de perfusion, rendant les
méta-analyses et la diffusion des techniques difficiles dans le
cadre d’études prospectives multicentriques. Une troisième
difficulté, technologique, tient aux difficultés d’obtention des
radiotraceurs pour la TEP.
Place de l’imagerie pendant la réalisation
du traitement : radiothérapie guidée par l’image
(IGRT)
Depuis une décennie, les progrès technologiques des accélérateurs
et de l’informatique ont permis le développement des techniques
d’irradiation dites conformationnelles avec, dans certains cas,
l’utilisation de la modulation d’intensité, de techniques de
radiochirurgie crânienne et extracrânienne et de particules à haut
dépôt d’énergie, comme les protons et les ions carbone.
Ces techniques modernes de haute précision permettent un
important différentiel de dose délivrée entre la tumeur et les OAR.
Toutes ces techniques se basent sur la TDM de planification qui
donne une représentation initiale de la situation. Cependant, des
déplacements ou des variations de volumes et de formes peuvent
survenir au décours dans les cinq à huit semaines de traitement
(incertitude interfractions) ou pendant les séances d’irradiation
(incertitude intrafraction). La vérification du bon
positionnement du patient (et non de la tumeur) au cours du
traitement est de longue date, assurée par la réalisation d’une
imagerie portale montrant les structures osseuses, à la façon d’une
radiographie. Cette imagerie est peu adaptée à la vérification de
positionnement d’organes mous, tels que la prostate. Or, la
mobilité de ces organes peut impliquer des sous-dosages
d’irradiation, responsables d’une diminution du contrôle local ou,
au contraire, des surdosages aux OAR (vessie, rectum). L’IGRT a été
développée pour répondre à ces problèmes. Elle propose un large
spectre de techniques qui restent coûteuses et chronophages et qui
nécessitent d’être évaluées, mais leur impact thérapeutique semble
non négligeable [28]. Le principe de l’IGRT est de localiser
la cible tumorale par visualisation directe des tissus mous ou
indirecte, à l’aide des reliefs osseux ou de marqueurs
radio-opaques implantés. Les images obtenues sont comparées à
la TDM de planification, et, en cas de déplacements significatifs,
des recalages sont réalisés. Différentes modalités d’IGRT ont été
développées. Certaines techniques se basent sur une imagerie
planaire avec pour principe de visualiser des marqueurs
radio-opaques implantés dans la tumeur. Elles permettent de
localiser la cible en temps réel et de prendre en compte les
mouvements pendant la séance de radiothérapie. C’est la modalité
d’IGRT utilisée dans les traitements de radiochirurgie par
CyberKnife® [29]. D’autres techniques se basent sur une
imagerie volumique. La tomographie conique (CBCT) est la plus
employée. Elle utilise la technologie des détecteurs 2D embarquée
sur les accélérateurs. Deux types d’acquisition sont possibles soit
en kilovoltage (kV CBCT), soit en mégavoltage (MV CBCT), permettant
de visualiser les tissus mous. Une autre modalité est la
tomothérapie hélicoïdale qui a pour particularité d’embarquer, sur
un statif de scanner, un accélérateur de 6 MV fonctionnant en
mode hélicoïdal. Une image proche de celle d’un scanner peut être
réalisée à chaque séance [30]. D’autres techniques d’IGRT, non
irradiantes, comme l’échographie, sont utilisées quotidiennement
dans certains centres avant chaque séance d’irradiation prostatique
[31]. Outre le fait de contrôler le repositionnement, l’IGRT permet
de détecter une variation significative de volume tumoral,
nécessitant alors la réalisation d’une nouvelle planification.
Toutes ces techniques constituent donc un enjeu thérapeutique
majeur, car elles pourraient conduire à l’amélioration du contrôle
local sans augmentation des toxicités, mais les indications
consensuelles, la fréquence d’utilisation et le contrôle qualité
pour chaque technique restent encore à définir.
Conclusion
L’observation du flux de travail en radiothérapie place l’imagerie
comme un enjeu majeur tant pour la préparation du traitement que
pour sa réalisation à chaque séance. Toutes les étapes du
traitement bénéficient des avancées technologiques de l’imagerie.
Cependant, c’est probablement la préparation du traitement qui
fédère le plus oncoradiothérapeutes, radiologues et médecins
nucléaires. Cette coopération se base historiquement sur
l’interprétation d’imageries anatomiques, mais évolue, avec
l’imagerie fonctionnelle (TEP et techniques IRM avancées), vers un
questionnement sur le sens des images et les conséquences
thérapeutiques potentielles. Ce questionnement judicieux et le
traitement qui en découle justifient une démarche scientifique
commune des spécialistes de radiothérapie et d’imagerie.
Remerciements
Remerciements aux Drs Christine Haie-Meder et Théodore Girinsky
pour l’iconographie (Département de radiothérapie, Institut
Gustave-Roussy, Villejuif, France).
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