[PDF] Risques de complications associés à la radiothérapie externe

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Risquesdecomplica tionsassoc iésàla

radiothérapieexterne:é tudecomparative techniquesavancéesderadiothérapie

Écoledoctoralen°576:

Imagerie,CosmosetSimulation

JulieCOLNOT

CompositionduJury:

EliasKHAN

XavierFRANCERIES

LoïcLENOIRdeCARLAN

JocelyneMAZURIER

ChristelleHUET

RégineGSCHWIND

Directricedethèse

CédricLOISEAU

NNT : 2019SACLS299

-NelsonMandela-

TABLEDESMATIERES

1. INTRODUCTION..........................................................................................................................................................43

2. DEVELOPPEMENTETVALIDATIOND'UNPROTOCOLEDEDOSIMETRIE3DPARGEL................................................43

3. DEVELOPPEMENTETVALIDATIOND'UNOUTILNUMERIQUEDERECONSTRUCTIONEN3DIMENSIONSDELADOSEA

4. CONCLUSION..............................................................................................................................................................86

a. PrincipeetfonctionnementducodeMonte-CarloPENELOPE ................................................ 101

b. ModélisationMonte-CarloduCyberknife1000UM/mindeCaenpourladéterminationdela

dosehors-champ .......................................................................................................................... 106

111

a. ParamètresdelasimulationMonte-CarloPENELOPE ............................................................ 111

b. Pseudo-parallélisationducode ............................................................................................. 112

c. Mesuresdesdoseshorschamp ............................................................................................. 113

a. LesalgorithmesduTPSMultiplan ......................................................................................... 115

b. ÉvaluationdesdoseshorschampavecleTPSMultiplan ........................................................ 115

a. Approchepréliminaire .......................................................................................................... 116

b. Étudedescontributionsàladosehorschamp ....................................................................... 119

c. AjustementetvalidationdelasimulationMonte-Carlo .......................................................... 121

d. Spectresenénergiedeladosepériphérique .......................................................................... 128

e. ÉvaluationdeladiodeE60017pourladéterminationdeladosehorschamp ....................... 129 |i

REMERCIEMENTS

Jetiens àadressermes reme rciementsauxmembresdujur yquiontac ceptéd'évaluermon Christelle,jesuis émueàl'idéed emettreparécr ittoutce pourquoije tesuisinf iniment grandementcontribuéàm onépano uissementetàme donnerconfianceenm oi.Jesuis sincèrement scientifiquementquepersonnellement. J en'auraispuespérermeilleurencadrement:mercipournos m'avoiraccompagnéepen dantlesmesures,pourm'avoirlue (etrelue...)etcorrigé e,pourm'av oir responsableduCyberknife. detravaillerensembledenouveau! ii biomédicauxpourm'avoirsouventdépannée.Un grandme rciauxétudiants DQPRMpourlabonn e Pourfinir, jesouhaiteégaleme ntremerci erM.GrégoryDelpon,res ponsableduservicede

PhysiqueMédicaledel 'InstitutdeCancérologiedel'Ouest(Nan tes)pour avoirétéàl'origined 'une

collaborationpassionnante.Cetteoppo rtunitéaétéparticulièrementenrichissanteetm 'apermisde

prendredureculs ur l'utilisationdes gelsdosimét riques.Mercipourvotreaccueil,pourvotre LDRIdansune ambiance bienveilla nteetstudieusemaispas seulement...Cestroisannéeson tété

ponctuéesdemul tiples rencontresmémorablesquionttout esparti cipéesàmonépanouis sement.Je

voudraisremercierchacunpour avoirjouéunrôled eprèsoudel oind ansmonbien-êtreetdans l'aboutissementdemestravaux. (oupas!)ontg randement contribuéàmefairegarder lesouriremêmedansl esmomen tslesplus amitiénefaitquedecommencer. terevoirtrèsvite! |iii etdebonsm omentségalement !Enfin,jetiensà adresser dechaleureuxremerc iementsà toutesles

MyriamDulorpourlesveillesscientifiques.

Lathèse aétépourmoisou rcede multiplesapprentissages.Ainsi ,jesouhaiteremercier M2deP hysiqueMé dicale.Mercidem'avoirfa itconfianceetdem'avoir donnécetteop portunit é voirprésenter! dédistoutnaturellementcetravail. Etpourfi nir,lemeilleurpourlafin!MonClément,tuesdéfinitivementcequelathèsem'a apportédemeilleur.Lesmotsne serontjamais suffi santspourtedire àquelpointjetesuis l'obsessionetdem' avoiraccompagnéej usqu'àladernièrelignede cemanuscrit!Tonamour etton affectionontnourri moncoeurunpeupl usc haquejouretont sum'apporter réconfortet douceur. iv v

SIGLESETACRONYMES

1DunedimensionMLC

Multi-LeafCollimator(collimateur

multi-lames)

2DdeuxdimensionsMTBMethylThymolBlue

3DtroisdimensionsNSCLC

Non-Small-CellLungCancer

(cancerpulmonairenonàpetites cellules)

Probability

AAPMAmericanAssociationofPhysicistsin

Medicine

OAROrganeàRisque

ADN acidedésoxyribonucléiqueOD

OpticalDensity(densitéoptique)

BDFBruitdeFondPENELOPE

PENetrationandEnergyLOssof

PositionandElectrons

CBCT

Cone-BeamComputerizedTomographyPTV

PlanningTargetVolume(volume

cibledutraitement) CCC

CollapsedConeConvolutionRC3D

RadiothérapieConformationnelle

3D CFB

CentreFrançoisBaclesse(Caen)RCMI

RadiothérapieConformationnelle

parModulationd'Intensité CT structures

CTVClinicalTargetVolumeROI

RegionOfInterest(région

d'intérêt) DICOM

DigitalImagingandCommunicationsin

Medicine

RVRRemainingVolumeatRisk

Therapy(stéréotaxieextra-

crânienne)

DSADistanceSource-AxeSFPM

SociétéFrançaisedePhysique

Médicale

DSPDistanceSource-PeauSFRO

Oncologie

GTVGrossTumourVolumeTEP

TomographieparEmissionde

Positons

IAEA

InternationalAtomicEnergyAgencyTPS

TreatmentPlanningSystem

(systèmedeplanificationde traitement)

ICRUInternationalCommissiononRadiation

UnitsandMeasurements

UMUnitéMoniteur

VoluMetricArcTherapy

(arcthérapievolumétrique) IRSN

Nucléaire

ITVInternalTargetVolume

LECTLecturedesfilmsaprèsirradiation

LED

Light-EmittingDiode(diode

électroluminescente)

LINACLINearparticleACcelerator

MCMonte-Carlo

viSiglesetAcronymes 1

INTRODUCTION

techniquesdetraitementetdesstr atégiesthé rapeutiquesapermisune augm entationdusuc cèsdes ontrendupossiblelavisu alisationen3Ddesorganesetdelatum eurcequi estparticulièrement importantenradiothérapie .Le savancées informatiquesettechniques ontégalementpermisle radiothérapieréaliséeavecdesfaisceaux dephotonssetrad uitalorspardestraite mentshautement ensall edetraitement grâceàl'im agerieembarquée.Cependant,cestech niquesmodernesexposent dosesélevées,les effetss tochastiquestelsque lesseconds cancersoulesmal adiescardiovasculaires peuventappara îtredèslesfaiblesdoses.Devantl'am éliorationdelasurv iedes patientsetla préoccupationd'autantplusimport antepourlapriseencharg edespatients. Laréductiondeseffets

2014-2019.

volumecibleainsi qu'enraisondumanque dereculdansle suivi despatients.Af ind'établirune nepeuvent êtreuti liséspourdéter minerlesdosesendeh orsdesfaisceaux.Desdéterminations

modèlesderisqueadap tésaux nouvellestechniques deradiothérapie.Al' échelleinternationale,

pouvoirlesréduire.

2Introduction

Ainsi,danscecont exte, cettethèseap ourobjectifd 'améliorerladéterminationdesdose s

délivréesauxtissussains.Lafinal itédecetravailest,d 'unepart,une étudecompara tivedesdo ses

Lepremi erchapitredecettethè seprésentelecontextede l'étudeet laproblématique.Une secondepartierappo rteleseffetssecondai resobservésaprèsirradiationd estissusàd esfins thérapeutiquesoudiagnostiquesetlesfacte ursderis queidentifiés.Pourfinir,lesenjeuxet ledéfi - Lapremièreaconsistéàmettreenplaceetàvaliderexpérimentalementunprotocolede - Lasecondereposesurunoutilexpérimental basésurdesmesuresparfilms

doseshorschampévaluéesàl'ai ded ecemodèlesontconfrontéesàcellescalculéesàl'aided uT PS

Lequatr ièmechapitresecon centresurlamise enapplication dumodèle Monte-Carlodu modèle.Pourcela, lesdistribut ionsdedose calculéesdansunfantômesimpleprésentantdes Lecinqui èmechapitreprésenteuneét udecomparativedesdoses délivréesauxtissus sains, desdosesdél ivréesentomothérapie,VMAT etRC3Dpourdeuxfa ntômespédia triquestandisquela lestroistraitements. 3

Chapitre1

ETATDEL'ART

SOMMAIRE

4Etatdel'art

5

1. Laradiothérapieexterne

1.1. Principe

a. Cancersetstatistiques

Lecance rsecaractérise paruneproli férationcellulaireincontrôléeetincessa nteenvahiss antet

cellulesmigrantdel alocalisationpremière delatum eurpeuventserépan dredansl'organi smepar

êtreattribuée àdes facteursderi squequisontpr incipalement letabac,l'alcool,certainesinf ections,

Lenombre depersonnesattei ntesde cancerestenconstant eaugmentation:1,7mi llionset Bienquerar e,l ecancertoucheégalement lesenfa ntsetreprésenteladeuxi èmecausede website)et1780nouv eauxdiagnosticsparane nFrancesurlapéri ode2010-2014.L'i ncidencedes cancerspédi atriques,rapportéeenaugment ationauRo yaume-Uniavec29%d'augmentationdepuis

Curie[Internet]].

b. Efficacitédestraitementsetsurvie[RapportINCa,2018] traitementetdesprotocol esutilisésainsiqu'un diagnosticpréco ceontpermis unedi minutiondela etatteint4%p aranenFrance pourlapr ostate.EnFra nce,uneaméliorationdel a survieà5 ans l'âgevariant entre9%(pancréas)et 93% (prostat e)chezl'hommeetde10% (pancréas )à97% plupartdescancers,lasurv ieestmeilleurechez lafemmeque chezl'homme.Cestendancessont

6Etatdel'art

diagnostic[DeMooretal.,2013] et80ans[RapportGR21,2013]. c. Principedelaradiothérapieexterne rayonnementsdephotonsoud'él ectronsafindetuerlescel lulescancéreuses.Uneautre technique ionisantsinduisentdesdom magesappelés"directs»àl 'AD Nlorsqu'ilsaffectentdirectement les auxrayon nementsionisants.Danslecasd elaradiothérapieexternecommunémentuti lisée,les 7 induitesàlasuitedutraitement. [RapportSFRO,2007]. d. Ledérouléd'untraitementderadiothérapie

1) Diagnosticcliniqueetdécisionthérapeutiqueparuneéquipepluridisciplinaire

2) Acquisitiondesimages3Ddeplanificationdupatient:IRM,scannerCT,TEP...

3) Planificationdutraitementàl'aided'unsystèmedeplanificationdetraitement(TPS)

4) Contrôlesprétraitementsvé rifiantqueladosepeutêtredélivréeenacco rdavecleplande

traitement

5) Traitementdupatientenaccordavecleplanvérifié

6) Évaluationdel'évolutiontumoralependantletraitement

7) Évaluationfinaleaprèsletraitement

8) Suividupatient

Avantdeplanifi erle traitement,desimagessontré aliséess urlepatientenpositionallongée et réalisées.Desimagesfon ctionnel lespartomo graphied'émissiondepositons(TEP)sontp arfois

surles imagesdup atientréalisées auscannerCT quipeuventavoirétéfusion néesaveclesautres

modalitésselonlescas.

8Etatdel'art

radiothérapie Ensuite,levolumecible (cellulestumorales)etlesorganesà risquesontsegm entéssur ces images.Lesdosessont finalementcal culéesetoptimi séesavecle TPSafin desatisfairel esobjectifs

1.2. Lesgrandeursetconceptsutilisésenradiothérapie

a. Principesphysiques interactionsdesphotonsproven antdel'accélérateurmédicaldanslestissusd upatientetdansles 9 l'ADNetdela radiolyse del'eauresponsablesdeseffetssurles tissusbiol ogiques.Laprobab ilitéde L'effetphotoélectriqueconcernelesphot onsdefaibleénergie(énergieinférieureà100keV).

positronàpartird'un uniquephotonénerg étique.Cetteréactionsepr oduitpourdes photonsd' une

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