Comparaison des différents contrôles dosimétriques effectués en IMRT statique et dynamique Swiss Congress of Radiology – Davos mai 2016 Asiye GUNEY TUNC Assistante de Recherche HES - HEdS Imrt : intensity modulated radiation therapy ( radiothérapie par modulation d’intensité)

Cadre de la recherche Travail de certification : CAS HES SO en Dosimétrie en Radio-Oncologie Moyens de réalisation : Étude d’une thèse, articles de recherche, recommandations SSRPM 2 journées d’observation sur le terrain des HUG Entretiens : dosimétriste (1) et physicien (2) - Badel, JN. (2009) Thèse, Contrôle dosimétrique des traitements de radiothérapie par simulation Monte Carlo de l’image de dose portale transmise.

Cadre de la recherche Évolution des techniques de radiothérapie efficacité de précision thérapeutique dépend de chacun des maillons de la chaîne de traitement L’efficacité du traitement repose sur la précision du calcul de dose et sur la précision de l’irradiation. Mais elle dépend surtout de chacun des maillons de la chaine thérapeutique (Figure 1), Allant du centrage jusqu’à l’irradiation Un seul dysfonctionnement peut provoquer des résultats erronés pouvant fausser et/ou détériorer la qualité du traitement. C’est pourquoi de nombreux contrôles qualité machine et dosimétrique sont en vigueur à chacune des étapes de la planification des traitements. Ces contrôles d'assurance qualité sont recommandés et détaillés par la SSRPM. Ce site est régulièrement mis à jour et est actualisé par le physicien médical responsable. Figure 1 : étapes du processus thérapeutique en radio-oncologie

Contrôle dosimétrique en radio-oncologie EPID PTW PINPOINT

Contrôle dosimétrique en radio-oncologie EPID PTW PINPOINT information sur la distribution de dose. Electronic Portal Imaging Devices

Contrôle dosimétrique par EPID Système portal EPID : Détecteur plan, fixé à l’accélérateur linéaire Génère une image numérique du champ d’irradiation Offre une carte de dose bidimensionnelle Initialement : vérification du positionnement Aux HUG, tous les plans de traitement aux HUG sont contrôlés par EPID. Figure 2 : Accélérateur linéaire de radiothérapie Varian-Clinac. Tiré de : Wikipédia, 2016 vérification du positionnement du patient par rapport aux champs d’irradiation et depuis plusieurs travaux ont mis en avant les propriétés dosimétriques de ces imageurs et leurs applications pour le contrôle dosimétrique in vivo. , l’installation est simple et rapide, et l’utilisation n’engage aucun contact physique entre le patient et le détecteur. Aujourd’hui contrôle dosimétrique in vivo, et permet d’obtenir une information sur la distribution de dose

Contrôle dosimétrique par EPID Comparaison de la dose prédite (calculée) et la dose irradiée sur le portal EPID. Préparation : Sur TPS ECLIPSE: réalisation d’un plan QA EPID à partir du plan de traitement sur le TPS Eclipse de Varian, virtuellement. A l’issue de cette préparation, la matrice de dose pour le plan calculé est définit et est transféré sur le portal À la Salle : déplier le système portale à une distance de 105 cm de la tête de l’accélérateur, puisque sur le TPS Eclipse, le calcul est effectué à une distance de 105 cm. Figure 3 : Distance Source-Epid Tiré de Journal of Medical physics, (2015)

Contrôle dosimétrique par EPID Irradiation : En IMRT statique, l’acquisition s’effectue faisceau par faisceau dans un plan obligatoirement perpendiculaire au faisceau. En VMAT, l’image est intégrée sur l’intégralité de l’arc ou par section angulaire d’arc. A l’issue de l’irradiation, la dose obtenue sur le système portal avec le ou les faisceaux de traitement planifié(s) est calculé.

Contrôle dosimétrique par EPID La comparaison consiste en la mise en coïncidence de la matrice de dose calculée (image prédite) et mesurée (image portale). L’analyse est directement effectuée sur l’ordinateur après l’irradiation. Elle consiste en la vérification de la dose du ou des faisceaux de traitement, à l’aide d’un logiciel qui permet de comparer la dose calculée en dosimétrie et la dose effective lors du contrôle. En règle générale le gamma index est déterminé à ± 3% de tolérance de dose (ΔD max) sur ± 3 mm de distance (Δr max). La tolérance de dose peut varier jusqu`’à ± 4 à 5 % de la dose calculée. Selon la zone de gradiant du point de mesure, ou de la localisation, la tolérance peut même aller jusqu’à ± 10 % de la dose calculée. La tolérance est fixée en fonction des résultats et du détecteur, mais également en fonction de l’expérience acquise sur le système. En effet, il est possible de modifier les tolérances et d'alléger les contrôles (ex : suppression de la mesure de la dose en un point) une fois que l’équipe familiarisée à la technique. Figure 4 : Comparaison pour les contrôles dosimétriques EPID des matrices de dose calculées et mesurées Figure 5 : Quantification point par point de l’accord entre la matrice de référence et la matrice acquise « EPID »

Contrôle dosimétrique par EPID Indices d’évaluation : - La différence de dose : Evalue quantitativement la différence de dose observée dans un pixel donné entre la dose calculée et la dose mesurée. Adaptée aux régions de faible gradients de dose : δ (rm, rc) = Dc – Dm - La distance to agreement : (DTA ou r) : Évalue quantitativement la distance minimale entre un pixel donné dans la matrice mesurée et le pixel de même dose dans la matrice calculée. Adaptée aux régions de forts gradients de dose r = rc – rm avec rc la coordonnée du point de la matrice calculée et rm la coordonnée du point de la matrice mesurés. - L’index gamma (γ) : Combine les 2 indices précédents. Donne une image représentant les écarts physiques entre la distribution de dose calculée et mesurée : Avec ΔD max la tolérance sur la différence de dose, et Δr max la tolérance sur la DTA DTA : distance toléré

Contrôle dosimétrique - radio-oncologie EPID PTW PINPOINT Contrôle dosimétrique sur fantôme, mesuré à l’aide d’un détecteur PTW.

Contrôle dosimétrique par PTW 2D Array et Octavius fantôme Fourni une carte de flux, obtenue en irradiant le fantôme par les faisceaux de traitement que l’on compare ensuite avec la cartographie du plan mesuré La totalité du plan de traitement est calculée Fréquence : 1 fois par mois pour tous les plans de traitement.

Contrôle dosimétrique par PTW 2D Array et Octavius fantôme Caractéristiques physiques : - Détecteur PTW : 729 chambres d’ionisation Matrice de 27 cm x 27cm, offrant une taille maximale de 27 cm x 27 cm. Les chambres d'ionisations sont à faces planes et parallèles, et sont ventilés de 5 mm x 5 mm x 3 mm, et l'espacement de centre à centre est de 1 cm. Ce système de contrôle permet un usage multiple, il est très polyvalent (assurance qualité des plans de traitement en IMRT statique et dynamique, et les contrôles qualité machine sur les LINAC). Les chambres d’ionisations vont détecter la dose et la transférer à l’interface qui va transférer les données sur le système. Composée de 729 chambres d’ionisation dans une matrice de 27 cm x 27cm, offrant une taille maximale de 27 cm x 27 cm. Les chambres d'ionisations à faces planes et parallèles sont ventilés de 5 mm x 5 mm x 3 mm, et l'espacement de centre à centre est de 1 cm. Ce système de contrôle permet un multi-usage, il est très polyvalent. Combiné a des outils dédiés spécifiques à l'application, il offre une flexibilité incomparable de test. Plaque de chambre d’ionisation utilisée pour effectuer l’assurance qualité des plans de traitement en IMRT statique et dynamique, et les contrôles qualité machine sur les LINAC. Figure 6 : Matrice PTW 2D Array Tirée de PTW , 2016

Contrôle dosimétrique par PTW 2D Array et Octavius fantôme Préparation : Console : Préparation du plan QA PTW à partir du plan de traitement, sur un TPS Eclipse de Varian. A l’issue de cette préparation, la matrice de dose pour le plan calculé est définit. Calibration : Ouverture du champs : 10cm*10cm 152 UM 6 MV Le Fantôme calibré sur la machine en question sinon cela influencera la dosimétrie 9 Attention, l’une des bases est utilisée pour le PTW et l’autre pour la sonde PIN POINT 10 Laisser chauffer environs 10 minutes avant d’irradier, car variation possible de la dose à froid

Contrôle dosimétrique par PTW 2D Array et Octavius fantôme Salle : Positionnent de l’Octavius fantôme sur la table de traitement. Centrage sur les repères définis. La plaque PTW est glissée dans le fantôme et branchée à l’interface connecté au dosimètre. Il est impératif pour la précision de la mesure de relever la température et la pression de la salle avant l'irradiation. Une fois la préparation terminée, le programme est lancé sur l’ordinateur PTW, et le passage à la phase d’irradiation est rendu possible. Figure 7: Octavius Phantom Tiré de PTW, 2014 est optimisé pour la dosimétrie de rotation Une fois la préparation terminée, le programme est lancé sur l’ordinateur PTW, et le passage à la phase d’irradiation est rendu possible.

Contrôle dosimétrique par PTW 2D Array et Octavius fantôme Irradiation : Figure 8 : Octavius fantôme avec le détecteur PTW, positionné sur la table du Linac. Irradiation du système de contrôle avec le ou les faisceaux de traitement. L’acquisition de la dose s’effectue à l’isocentre sur le plan frontal (coronal) du plan de traitement.

Contrôle dosimétrique par PTW 2D Array et Octavius fantôme Analyse : PTW VeriSoft®, logiciel sophistiqué conçu pour la vérification complète du plan d'IMRT avec les systèmes PTW Octave. Gamma index avec ± 3% de tolérance de dose (ΔDmax) sur une distance de ± 3 mm (Δr max). Tolérance peut varier en fonction des résultats et du détecteur mais également en fonction de l’expérience acquise sur le système. En effet, il est possible de modifier les tolérances et alléger les contrôles (ex : suppression de la mesure de la dose en un point) une fois que l’équipe est familiarisé à la technique. Figure 9 : Interaface VerySoft : Comparaison des plans IMRT mesurés et calculés. (Orange –rouge : non-respect des contraintes / vert : respect des contraintes)

Contrôle dosimétrique - radio-oncologie EPID PTW PINPOINT Contrôle dosimétrique sur fantôme, mesuré à l’aide d’une sonde par une chambre d’ionisation « PinPoint »

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Mesure la dose en un point (à l’isocentre). Utilisé pour un grand nombre de contrôle qualité tel que: mesure du rendement en profondeur des faisceaux, mesure des profils de dose, mesure des outputs factor (ouverture des collimateurs). Figure 10 : Sonde PinPoint – Tiré de PTW, 2014

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Selon la taille du champ, la position des gradients et d’autres facteurs différents type de détection peuvent être utilisés, (cf schéma ci-dessous). (Pour la suite du travail, seul la sonde PinPoint à chambre d’ionisation, étant en vigueur dans le services de radio-oncologie des HUG, sera détaillée). Figure 11 : Types de détecteurs utilisables pour la mesure de dose en un point et ses caractéristiques respectives

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Ce système de contrôle inséré dans Octave et combiné à des outils dédiés, offre une flexibilité incomparable de test. Caractéristiques physiques «PinPoint à chambre d’ionisation» : Cavité d’air comprise entre deux électrodes entre lesquelles une différence de potentiel est appliquée afin de créer un champ électrique dans le volume. Le faisceau incident de rayonnement ionisant crée des paires d'électron-ion dans le volume d’air. Ces électrons et ions vont migrer vers les électrodes sous l’effet du champ électrique. Le déplacement des charges induit un courant qui est mesuré par un électromètre. Ce courant est donc directement relié à la dose absorbée dans la chambre d’ionisation Figure 12 : Schéma d’une chambre d’ionisation 12 PTW Detector for Small Field Dosimetry. 2014 La sonde PinPoint, est une chambre d’ionisation de petite taille, cylindrique avec des volumes sensibles ventilés de seulement 0,015 cm ³ / 0,03 cm ³ et 2 mm / 2,9 mm de diamètre. Elle est idéale pour mesurer la dose dans les petits champs comme par exemple dans la radiothérapie per-opératoire, l'IMRT et les poutres stéréotaxiques. La résolution spatiale est très élevée, notamment lorsque ce contrôle est utilisé pour des analyses perpendiculaire à l'axe de la chambre. Le positionnement de la sonde doit donc faire l’objet d’une grande rigueur. Néanmoins, leur faible sensibilité peut être une limitation dans l’approche faisceau par faisceau et dans les zones de faibles doses. Ce contrôle convient pour les tailles de champs de 2 cm x 2 cm à 30 cm x 30 cm.

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Aux HUG, ce contrôle est effectué en complément du contrôle EPID de manière hebdomadaire. Préparation : - Console : Préparation du plan QA PinPoint sur un TPS Eclipse de Varian à partir du plan de traitement. A l’issue de cette préparation, la mesure de la dose en un point (isocentre) est relevé ainsi que la valeur de la calibration du jours.

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Salle : Positionner le fantôme Octave (Figure 8) sur la table de traitement et le centrer sur ses repères. La sonde PinPoint (Figure 10) est glissé délicatement dans l’insert (Figure 9), qui est lui-même introduit dans le fantôme La sonde PinPoint est branché à l’interface qui est lui-même connecté au dosimètre. Il est impératif pour la précision de la mesure de relever la température et la pression de la salle avant l'irradiation.

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Irradiation : Irradiation du système de contrôle PinPoint avec le ou les faisceaux de traitement(s). L’acquisition de la dose s’effectue en un point à l’isocentre du plan de traitement. Analyse : L’analyse consiste en la vérification de la dose délivrée à l’isocentre. Dès que l’irradiation est terminée la dose reçue à l’isocentre est immédiatement relevée sur le dosimètre puis elle est comparée par rapport à la dose calculée en dosimétrie lors de la préparation. Il faut prendre en compte la valeur de la calibration du jours dans l’analyse des données. Figure 13 : Dosimètre 14 La référence est également effectuée pour le contrôle par PinPoint

Contrôle dosimétrique par PinPoint et Octavius fantôme Ce contrôle ne présente aucune différence par rapport à la procédure du PTW. Au lieu d’avoir une plaque PTW, nous avons une chambre d’ionisation PinPoint qui va jusqu’à l’isocentre du plan de traitement.

Synthèse A travers ce tableau de synthese nous pouvons voir que le controle EPID, bien qufil soit pratique et rapide a realiser, et qufil nous offre une cartographie de la distribution de dose, il ne peut constituer en aucun cas une garantie absolue a lui seul. Il ne fournit pas dfinformations sur la dose absolue mais une unite á CU â qui correspond a lfunite caracteristique de l’intensite du signal reçu par un pixel en un point á p â. Même s’il ne fournit pas d’information directe sur la dose, ce controle permet dfapprecier la repartition spatiale de la distribution de dose du plan de traitement. Cette cartographie de flux dfintensite de rayonnement renseigne aisement via lfusage de l'index gamma en cas de discordance entre la matrice de dose mesuree et calculee. L'index gamma permet dfinterpreter la difference tant en terme de notion spatial r ou de difference dfintensite du signal ƒÂ (rm, rc). La tolerance est fixee a } 3% de variation de dose sur une distance de } 3 millimetre, dans le service de radio-oncologie des HUG. Bien entendu, ces valeurs ne sont en aucun cas fixes et invariables. La tolérance de dose peut varier de } 3% sur une distance de } 1mm pour les traitements stereotaxique ou le depot de dose a lieu sur un tout petit volume. Mais on peut egalement rencontrer des situation ou il est toléré d’aller jusqu'à’à même } 4% de variation de dose sur une distance de } 10 mm sfil lfon irradie une zone de fort gradiant de dose. Cet index gamma est egalement utilise pour comparer les matrices des plans PTW. Le controle dosimetrique par le PTW fournit quant a lui une information sur la dose absolue sur une coupe frontale a lfisocentre, contrairement au controle EPID. Il permet de plus, de verifier la dose a la jonction des faisceaux ce qui nfest pas possible avec le controle EPID ou meme PinPoint. Tout comme le systeme de controle PinPoint, le controle dosimetrique par PTW, requiert une installation complexe du matériel qui est lourd, fragile et couteux. Il nécessite dfeffectuer une calibration avant son usage. Le controle PTW, est limite a des tailles de champs inferieures a 23 cm x 23 cm bien que sa surface de detection soit de 27 cm x 27 cm, car la qualite de la reponse des chambres dfionisations est deterioree sur les bords. Pour controler des grands champs avec le systeme PTW, il faut proceder par un decalage des matrices. Pour ce faire, on irradie la partie inferieure dfun cote puis on tourne le detecteur PTW pour la partie superieure. Lfanalyse des matrices pour le systeme PTW ne peut sfeffectuer directement comme cfest le cas pour le controle EPID ou la matrice est directement chargee dans lfordinateur des lfirradiation, et PinPoint ou lfanalyse consiste a comparer la valeur mesuree par la valeur calculee

Conclusion Approfondissement des caractéristiques de ces contrôles dosimétriques Acquisition d’un œil critique et objectif sur ces différents contrôles Ouvertures : - Créer un système EPID, permettant de fournir une information sur la dose absolue, ce qui faciliterait et enrichirait ce système de contrôles dosimétriques. - Effectuer une étude sur la précision de contrôles dosimétriques et de leur impact sur la qualité du traitement.

Bibliographie - Badel, JN. (2009) Thèse, Contrôle dosimétrique des traitements de radiothérapie par simulation Monte Carlo de l’image de dose portale transmise. Lien : http://www.creatis.insa-lyon.fr/~dsarrut/phd/JeanNoelBadel_PHD_2009.pdf - Barada, M . (2013-2014) Cours, Contrôle qualité sur Linac - Confédération Suisse. Statistique Suisse - Santé. 2014 Lien : http://www.bfs.admin.ch/bfs/portal/fr/index/themen/14/02/05/key/01/01.html - Dubouloz, A . (2013-2014) Cours, IMRT VMAT partie 2 - Ordres des technologues en imagerie médicales et en radio-oncologie du Quebec. Lien : https://www.otimroepmq.ca/News/2011/04/~/media/MembresEtEtudiants/__normes/RO_gen.ashx - PTW Detector for Small Field Dosimetry. 2014 Lien : http://www.ptw.de/2311.html?&no_cache=1&cId=245 -Société Suisse de Radiobiologie et de physique Médicale. Avril 2014 Lien : http://www.sgsmp.ch/sgsmp-f.htm - Wikipédia. 2014. Contrôle qualité Lien : http://fr.wikipedia.org/wiki/Contr%C3%B4le_qualit%C3%A9 - Wikipédia, 2016. accélérateur linéaire de radiothérapie Varian-Clinac Lien : https://fr.wikipedia.org/wiki/Radioth%C3%A9rapie#/media/File:Radiotherapie.JPG Journal of Medical physics, (2015)http://www.jmp.org.in/viewimage.asp?img=JMedPhys_2015_40_3_129_165072_f3.jpg

Le fruit du travail est le plus doux des plaisirs Vauvenargues