Réunion PAIR VADS IGR 8 décembre 2016 Radiothérapie adaptative dans les carcinomes de l’oropharynx pour diminuer la xérostomie : modélisation de la dose cumulée et modèles prédictifs de toxicité R. de Crevoisier

Context of the PAIR VADS study: Anatomic variations during head and neck RT Planning CT Beginning of RT Ending of RT W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 PET-CT MRI Displacements (under the mask and internal) Tumor and parotid gland shrinking Weight loss  planned dose = actual delivered dose

Impact of the anatomical variations at the fraction At the planning During the treatment Castelli Radiat Oncol 2015

Dosimetric Impact ? Corrective strategy ? Objectives of the PAIR VADS study: Anatomic variations during head and neck RT Planning CT Beginning of RT Ending of RT W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 Dosimetric Impact ?  Cumulative dose monitoring Corrective strategy ?  For who, when, which benefit… PET-CT MRI Displacements (under the mask and internal) Tumor and parotid gland shrinking Weight loss  planned dose = actual delivered dose

PAIR VADS study: adaptive RT in head and neck cancer Mesures de dose sur fantômes physiques déformables (CRLCC CEM ) (T2) MONITORING de la dose cumulée Calculs de dose Monte Carlo (INSERM 650) (T2) Modèles de dose cumulée (T2) Intra-patient Arc-IMRT adaptative Etude de phase III (11 centres de radiothérapie) (T1) Recalage élastique (INSERM 642) Inter-patients Modèles de toxicité dose-volume (T3) Modèles prédictifs de toxicité multiparamétriques (xérostomie) (INSERM 1099) (T4) Optimisation inverse de l’IMRT T: Tâche

PAIR VADS 2011 Mesures de dose sur fantômes physiques déformables (CRLCC CEM ) (T2) MONITORING de la dose cumulée Calculs de dose Monte Carlo (INSERM 650) (T2) PRME 2012 Coûts de production hospitaliers Coût-efficacité Coût-utilité Modèles de dose cumulée (T2) Intra-patient Arc-IMRT adaptative Etude de phase III (11 centres de radiothérapie) (T1) Recalage élastique (INSERM 642) Inter-patients Modèles de toxicité dose-volume (T3) Modèles prédictifs de toxicité multiparamétriques (xérostomie) (INSERM 1099) (T4) Optimisation inverse de l’IMRT T: Tâche

Cumulated the dose along the treatment in deformable anatomical structures Castelli Radiat Oncol 2016

Utilisation de points de référence pour évaluer la précision du recalage Point propagé Point initial Point de l’expert Volume initial Volume propagé  Mesure de la distance Euclidienne entre le point défini manuellement par l’expert et le point propagé par la méthode de recalage Rigaud Biomed Res Int 2015

Incertitude du recalage (mm) Utilisation de points de référence pour évaluer la précision du recalage: Incertitude du recalage (mm) Rigaud Biomed Res Int 2015

Treatment fractions (wekly CT) Planning Treatment fractions (wekly CT) Cumulated doses planned Cumulated the dose in the parotid glands Parotid Gland DVH Castelli Radiat Oncol 2015

Overdose in the parotid gland Planned-minus “Cumulative” doses Planning dose Parotid Hot spot Tumor Cold spot Cazoulat Cancer Radiother 2011

Dose cumulée dans les parotides (15 pts ORL)  Différences doses cumulée et planifiée ? Surdosage des parotides Castelli Radiat Oncol 2015

Dose cumulée dans les parotides (15 pts ORL)  Différences de toxicité prédite (NTCP) ? Augmentation du risque de xerostomie Castelli Radiat Oncol 2015

Adapative RT by re-planning At the planning During the treatment (without replanning) During the treatment with replanning Castelli ESTRO 2014

Impact of anatomical variations Dosimetric impact of anatomical variations in the parotid glands (15 pts) Impact of anatomical variations Cumulated mean dose (overdose) = 36 Gy NTCP = 40 % Planned mean dose= 32 Gy NTCP (xerostomia) =32% Castelli Radiat Oncol 2015

Dosimetric impact of a weekly re-planning in the parotid glands (15 pts) Cumulated mean dose (overdose) = 36 Gy NTCP = 40 % Planned mean dose= 32 Gy NTCP (xerostomia) =32% Cumulated replanned dose= 31 Gy NTCP (xerostomia) =29% Castelli Radiat Oncol 2015

étude clinique prospective Contexte étude clinique prospective Phase III ARTIX = Tumeurs localement avancées de l’oropharynx 118 pts Le ventricule gauche à la forme d’une ellipsoïde tronquée, dont l’axe de symétrie correspond au grand axe du ventricule.. Suivant ce grand axe, le mouvement de tout point du ventricule est un mouvement tridimensionnel qui peut être séparé en trois composantes: radiale, longitudinale et circonférentielle La quantification du mouvement se caractérise en terme d’amplitude de déplacement mais aussi en terme de phase temporelle de maximum de déplacement dans l’étude de l’asynchronisme cardiaque. Les descripteurs mécaniques qui peuvent être étudiées sont…. Leur représentation peut être réalisée soit de façon locale, point par point, soit par régions, ou segments anatomiques. Ceux-ci sont définis de façon à diviser le myocarde en zones basale, médiale et apicale, septale et latérale (en représentation 4 cavités) et inférieure et antérieure en représentation 2 cavités et en petit axe de la base à l’apex avec 6 segments (antérieur, antérolatéral, inféro-latéral, inférieur, inféro-septal et antéro-septal. OBJECTIF = maintenir l’épargne des parotides durant la RCMI comme prévue à la planification (et non pas diminuer le CTV) PAIR VADS

118 pts 84 pts au 6/12/16

Communications scientifiques - Optimal adaptive radiotherapy strategy in head and neck to spare the parotid glands ESTRO 35th, Turin, Italie, Avril 2016. Castelli, P. Zhang, A. Simon, B. Rigaud, J.D. Ospina Arango, M. Nassef, C. Lafond, O. Henry, P. Haigron, B. Li, H. Shu, R. de Crevoisier - Evaluation of deformable image registration methods for dose monitoring in head and neck adaptive radiotherapy ESTRO 3rd Forum, Barcelone, Espagne, Avril 2015 B. Rigaud; A. Simon, J. Castelli, M. Gobeli, J.D. Ospina Arango, G. Cazoulat, O. Henry, P. Haigron, R. De Crevoisier - Impact of weekly re-planning to spare the parotid glands in head and neck cancer radiotherapy ASTRO 56th, San Francisco, USA, Septembre 2014 J.Castelli; A.Simon; O.Henry; E.Chajon; M.Nassef; G.Louvel; G.Cazoulat; F.Jegoux; B.Laguerre and R. de Crevoisier - Anatomical markers of parotid overdosage within the course of locally advanced head and neck IMRT guiding an adaptive RT strategy ESTRO 33th, Vienne, Autriche, Avril 2014 J.Castelli; A.Simon; O.Henry; E.Chajon; M.Nassef; G.Louvel; G.Cazoulat; F.Jegoux; B.Laguerre and R. de Crevoisier - Does adaptive radiotherapy in head and neck cancer decrease xerostomia? ESMO - ECCO – ESTRO, Amsterdam, Hollande, Septembre 2013 J.Castelli; A.Simon; O.Henry; E.Chajon; M.Nassef; G.Louvel; G.Cazoula; F.Jegoux; B.Laguerre and R. de Crevoisier - Nomogramme pour prédire le surdosage parotidien au cours d’une RCMI pour cancers ORL 26 éme congrès de la SFRO, Paris, France, Octobre 2015 J.Castelli; A.Simon; O.Henry; B.Rigaud; E.Chajon; J.D. Ospina Arango; C.Lafond ; B.laguerre ; K.Benezery and R. de Crevoisier - Stratégie optimale de radiothérapie adaptative dans les cancers ORL localement avancés 26 éme congrès de la SFRO, Paris, France, Octobre 2015 (oral) - Une radiothérapie adaptative permet-elle de diminuer la xérostomie lors d’une irradiation ORL ? 25 éme congrès de la SFRO, Paris, France, Octobre 2014

Publications - Optimal adaptive radiotherapy strategy in head and neck to spare the parotid gland P.Zhang, A.Simon, B.Rigaud, J.Castelli, JD.Ospina, M.Nassef, O.Henry, P.Haigron, B.Li, H.Shu, R. de Crevoisier Radiother Oncol. 2016 Jun Jul;120(1):41-7 - Nomogram to predict parotid gland overdose in Head & Neck IMRT Castelli J, A.Simon; B.Rigaud, C.Lafond; E.Chajon; J.D. Ospina, P.Haigron; B.Laguerre, K.Benezery and R. de Crevoisier Radiat. Oncol 2016 Jun 8;11(1):79 - Roles of Deformable Image Registration in adaptive RT: From Contour propagation to dose monitoring A.Simon, M.Nassef, B.Rigaud, G.Cazoulat, J.Castelli, C.Lafond, O.Acosta, P.Haigron, R.de Crevoisier Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2015 Aug;2015:5215-8 - Evaluation of deformable image registration methods for dose monitoring in head and neck radiotherapy B.Rigaud, A.Simon, J.Castelli, M.Gobeli, J.D. Ospina, G.Cazoulat, O.Henry, P.Haigron, R. de Crevoisier BioMed Research International, vol. 2015, Article ID 726268, 16 pages, 2015 - Impact of head and neck cancer adaptive radiotherapy to spare the parotid glands and decrease the risk of xerostomia J.Castelli, A.Simon, G.Louvel, O.Henry, E.Chajon, M.Nassef, P.Haigron, G.Cazoulat, J.D. Ospina, F.Jegoux, K.Benezery, R. de Crevoisier Radiat Oncol 2015 Jan 9;10(1):6. - The role of imaging in adaptive radiotherapy for head and neck cancer J. Castelli, A. Simon, O. Acosta, P. Haigron, M. Nassef, O. Henry, E. Chajon, R. de Crevoisier Innovation et technologie en biologie et médecine, 2014; 35, Issue 1:33-40