Les règles de l’ICRU E.F. Lartigau Avec l’aimable participation de : C Dejean, JL Dumas, V Grégoire, Th Lacornerie & Th Sarrazin

Pourquoi l’ICRU ? (International commission on radiation units and measurements) > Nécessité d’un langage commun > dans le département de radiothérapie > dans l’hôpital entre professionnels de santé > entre établissements, sur le plan national, sur le plan international > Utilité d’homogénéiser la prescription et le rapport > Le volume de prescription est-il le même pour tout les prescripteurs? > La dose prescrite est-elle délivrée de façon homogène et identique d’une équipe à l’autre? Que veut dire homogène? Comment la décrire ?

PRESCRIBING, RECORDING & REPORTING PRESCRIRE, ENREGISTRER & DECRIRE

Les protocoles ICRU : recommandations > La prescription > Du traitement > Volume cible et dose > Doses limites aux organes à risque > La réalisation : enregistrement quotidien des données dans le dossier technique (RV) > Doit être clair et complet, améliore la précision dans un environnement complexe > Cas d’interruption du traitement, reprise, nouvelle prise en charge du patient > Le compte-rendu de fin de traitement > Doit être compréhensible après un long délai > Doit être interprétable par une équipe différente

La délinéation/contourage Définir les cibles y' Étape importante de la radiothérapie moderne y' challenge technique et intellectuel y' chronophage y' Nécessité d’une spécification précise de la localisation tumorale d’une bonne connaissance des processus d’infiltration et de dissémination y' Support : imagerie 3D, multimodalités et imagerie fonctionnelle (spectroscopie RMN, TEP), logiciel de contourage automatique y' Caractérisation des tissus normaux en IRM y' Imagerie 4D y' poumon, abdomen, etc... y' fréquence / rythme des modifications y' marges vs technique utilisée

Target volumes in Radiation Oncology: ICRU 50 and 62: Gross Tumor Volume: GTV Clinical Target Volume: CTV Internal Target Volume: ITV Planning Target Volume: PTV Organ at Risk: OAR Planning Organ at Risk Volume: PRV ICRU report 62, 1999

Les Volumes y' Gross tumor volume (GTV) macroscopique y' Clinical target volume (CTV) anatomo clinique y' Planning target volume (PTV) planification y' Organ at risk (OAR) y' Planning organ at risk (PRV) y' Internal target volume (ITV) y' Treated volume (TV) y' Remaining volume at risk (RVR)

GTV Tumeur primitive + extensions locales (ou distales) Inexistant après opération Utilité : définition du stade d’avancement, prédiction du contrôle local, évaluation en cours de traitement GTV : stade tumoral (TNM), imagerie: utilisée (CT, IRM, TEP),modifications en cours de traitement

CTV la diffusion microscopique tumorale à la périphérie du GTV V' Volume de tissu contenant le GTV et/ou la maladie infra – clinique V' Probabilité > 5 ou 10%, jugement clinique V' Maladie infra – clinique : inclus la diffusion microscopique tumorale à la périphérie du GTV la possible diffusion vers d’autres organes. évaluation médicale : connaissance l’histoire naturelle de la maladie, de l’anatomie environnante +++, de l’expérience clinique V‘ Un CTV peut exister sans GTV (post opération)

Marges et incertitudes y' Rapports ICRU 50, 62, 71, 78 de 1993 à 2007 y' Prise compte d’incertitudes y' extension microscopique de la tumeur y' mouvements d’organes (modification de forme, rythmes biologiques) y' positionnement y' Concerne volumes cible (CTV, PTV) et organes à risque

PTV 1 Concept géométrique, support pour la prescription de dose et l’évaluation des plans de traitement 1 Inclus CTV + marge interne (ITV) + marge de positionnement / repositionnement 1 Nécessite la connaissance des incertitudes liées à la localisation tumorale et à l’équipement 1 Le compromis sur la marge par rapport à la proximité d’un OAR est maintenant déconseillé par l’ICRU (ex : prostate)

Marges et incertitudes V' Marge du volume cible de planification (PTV): ne se dessine pas !!!!!!!! V' Incertitude de positionnement V' Incertitudes mécaniques de l’équipement (bras, collimateur, etc...) V' Incertitudes dosimétriques V' Utilisation de techniques d’asservissement respiratoire V' Erreurs de transfert depuis l’étape de simulation V' Erreurs humaines V' Écart entre scanner de simulation et patient en traitement (ex : système digestif : œsophage, rectum, vessie)

ITV et surtout de position du CTV (mouvements). 1‘ = CTV + marges prenant en compte les incertitudes de taille, de forme et surtout de position du CTV (mouvements). 1' Set-up margin : incertitudes de mise en place sous l’appareil de traitement 1' Aide à la définition du PTV

OAR y' Tous les organes et / ou tissus sains y' Structure en série : y' moelle épinière, nerfs optique, chiasma optique, tronc cérébral, hypophyse y' chaine d’unités fonctionnelles devant toutes être préservées pour garantir la fonctionnalité du tissu sain y' Structure en parallèle : y' poumons, reins, parotides ' ensemble d’unités fonctionnelles indépendantes les unes des autres; la destruction d’une faible partie des alvéoles pulmonaires affectera peu la fonction respiratoire y' Structure mixte série / parallèle : foie, œsophage

Implication type de structure / délinéation: OAR Implication type de structure / délinéation: y' Structure tubulaire (rétine, rectum) : seul le contour de la paroi est tracé y' Structure en série : la limite de dose est la dose maximale à l’organe. Le contour tracé est celui correspondant à la zone irradiée y' Structure en parallèle : les limites de dose sont des critères dose /volume. Le tracé implique la totalité de l’organe

Normal tissues in Radiation Oncology Organ At Risk (OAR) PTV Rectum Rectal wall Covered up the patient’s name

Calcul des marges Σ: Déviation standard des incertitudes systématiques σ : déviation standard des incertitudes aléatoires

Le volume traité y' Volume de tissu compris à l’intérieur d’une isodose enveloppe spécifique, correspondant à la dose spécifiée comme curative par leradiothérapeute y ICRU 2007 : isodose 98%

EVALUATION ~ L’évaluation des plans commence par un approche géométrique avec des définitions précises des volumes d’intérêt; intérêt d’une imagerie performante et d’une évaluation clinique des variations inter et intra –séance ~ L’évaluation des plans de traitement est fondée sur 3 niveaux de complexité technique, du point de prescription à l’analyse de la répartition de dose 3D et 4D ~ Le 3° niveau doit être composé de plusieurs indicateurs complémentaires, caractérisant l’homogénéité d’une irradiation, la répartition et le niveau de dose L’évaluation peut être complétée par une analyse radiobiologique sur deux niveaux : celui du protocole (dose prescrite en un point) et celui de la synthèse de la distribution de dose en un indicateur clinique du résultat potentiel de l’irradiation (TCP/NTCP)

Absorbed dose in Radiation Oncology: Dose recording in 3D-CRT and IMRT Level of reporting Level 1: not adequate for 3D-CRT – IMRT, Level 2: standard level for dose reporting, Level 3: homogeneity, conformity and biological metrics (TCP, NTCP, EUD, …) and confidence intervals.

Prescription et représentation de la dose Niveau 1 : point de référence ICRU (ICRU 50) y' Conditions de détermination y' La dose absorbée en ce point doit être cliniquement significative y' Le point doit être défini sans ambiguïté y' La dose en ce point doit pouvoir être défini précisémént y' Le point doit être dans une distribution de dose homogène y' Localisation y' Au centre du PTV y' Si possible à l’intersection des axes des faisceaux

Prescription et représentation de la dose Niveau 1 : point de référence ICRU (ICRU 50) Apport des TPS 3D et RCMI y' Distributions de dose inhomogènes : point ICRU de prescription peu représentatif y' Calculs par méthode de Monte Carlo : caractère statistique du point de prescription, moins représentatif y' Gradients de dose importants : 10%/mm : augmente l’effet d’une imprécision de traitement sur le point de dose y' Nouvelles méthodes de représentation adaptées à la 3D, niveau 2

Prescription et représentation de la dose Niveau 2 : informations dose – volume HDV : histogramme dose – volume 1' Utilisation en RTC 3D, RCMI, électrons, particules lourdes y' HDV : représentation dose – volume pour un volume d’intérêt obtenu par contourage sur le TPS v Présence de sur ou de sous – dosages (sans la localisation), hétérogénéités dans la distribution de dose

Prescription et représentation de la dose Niveau 2 : informations dose – volume HDV cumulatif Y, Histogramme des éléments de volume recevant au moins une dose absorbée définie Y, Exprimés soit en fonction du volume absolu, soit en fonction du volume relatif au volume total de la structure d’intérêt où V est le volume de la structure, et Dmax le maximum de dose reçu dans le volume d’intérêt

Prescription et représentation de la dose Niveau 2 : informations dose – volume HDV différentiel y' Défini par dV(D)/dD : incrément de volume par dose absorbée à la dose absorbée D v Exemple de DVH différentiel et son DVH cumulatif. Dose médiane = dose reçue par 50% du volume

Prescription et représentation de la dose Niveau 2 : informations dose – volume Modes de prescription courant y' Dose médiane D50%: représentatif pour une distribution de dose homogène y" Dose moyenne Y D98% et D95%

Prescription et représentation de la dose Niveau 2 : informations dose – volume Organes à risque (OAR) à structure en parallèle 1 Caractérisés par distribution de dose hétérogène 1 Dose absorbée moyenne (statistiquement et cliniquement significative pour le poumon). 1 Dose-volume VD. Ex: pneumopathie corrélée à V20Gy dans le cas du poumon; spécification : V20Gy < 30% du volume total

Prescription et représentation de la dose Niveau 2 : informations dose – volume 1' Organes à risque (OAR) à structure en série : D2%, parfois D1% ou D0% suivant les gradients à proximité 1' Organes intermédiaires : Dose absorbée moyenne, D2%, VD Important : l’organe ou le volume dont la dose reçue est évaluée doit être tracé entièrement

Prescription et représentation de la dose La dose par séance prescrite doit être spécifiée Tout les faisceaux devraient être traités le même jour +++

Absorbed dose in Radiation Oncology: Examples of metrics for level 3 reporting of PTV Homogeneity: - Standard deviation in dose to the PTV. Conformity: - Conformity Index: CI = TV/PTV, Dice Similarity Coefficient (DSC): DSC = TV  PTV / TV  PTV . Added definition to DSC

Les index de conformation ~ Objectif : quantification du taux de couverture du volume cible par l’isodose de prescription ~ Origine : application en stéréotaxie (haute précision : faibles volumes, faisceaux < 1 cm de diamètre, pénombre dégradée) ~ RTOG : Radiation Therapy Oncology Group, index de couverture > Index de couverture RTOG = Imin / IR , isodose minimale entourant la tumeur et isodose de référence > Index d’homogénéité RTOG = Imax/IR, isodose maximale dans la tumeur et isodose de référence > Index de conformation RTOG = VIR/VT, volume de l’isodose de référence et volume tumoral

Niveau 3 : évaluation de la conformation du volume cible et des OAR

Index RTOG de conformation

Plan du rapport Introduction 3D vers RCMI, présentation générale, problèmes communs Planification optimisée des traitements pour RCMI Présentation des différents algorithmes d’optimisation Considérations particulières concernant la dose absorbée, la prescription de dose volumique et le compte rendu de fin de traitement en RCMI Point ICRU, prescription, compte-rendu, niveaux de cr Définition des volumes GTV, CTV, ITV, PTV, PTV, OAR, PRV, TV, RVR Buts de la planification, prescription et données techniques Buts, situations particulières, plan de traitement Annexes et Références Aspects physiques, exemples cliniques

Considérations particulières (dose absorbée, prescription, cr) Point ICRU La dose absorbée est spécifiée aux volumes anatomiques, elle doit être rapportée de même. RCMI : à l’intérieur du PTV, il est possible d’avoir moins d’homogénéité (parfois variations significatives), un point n’est plus représentatif de la distribution de dose Monte-Carlo : les fluctuations statistiques entraînent une incertitude sur les calculs ponctuels Gradient 20%/cm, un décalage minime affecterait la précision si on utilisait un point pour décrire la dose Pas d’utilisation du point ICRU en RCMI

Considérations particulières (dose absorbée, prescription, cr) D100% dose absorbée minimale, D0% dose absorbée maximale 1 voxel ou peu de voxels, risque de perte de précision, (région de fort gradient, sensible à la précision du contourage) Exemple : rayon d’une sphère de volume 0.5l = 49.2mm; majoration du volume de 1% implique un changement de moins de 0.2mm sur le rayon (0.41%). Near minimum absorbed dose : D98% Near maximum absorbed dose : D2% Indépendant de la capacité de calcul en un point

Définition des volumes OAR Plus d’organes qu’en 3D conformationnel car plus de faisceaux, répartition de dose différente Nécessité pour l’optimisation ET pour l’évaluation Parallèle Délinéation de l’organe en totalité, Série Délinéer l’organe toujours selon les mêmes limites anatomiques Tubulaire Délinéation de la paroi, S’assurer que le volume complet de l’organe en cc ou litre est rapporté et pas uniquement en relatif Impact de la dose par fraction?

Définition des volumes PTV Discussion recoupe PTV/OAR; PTV/PRV ICRU Report 62 : possibilité de compromis ICRU Report 83 : NON Les possibilités accrues des TPS (notamment les priorisations) diminuent la nécessité de « jouer » sur les marges Alors que va t on faire ? Sous volumes : prescription étagée Evaluation sur volume PTV complet Pas de compromis sur les marges mais des sous-divisions du PTV associées à différents niveaux de prescription Evaluation sur le PTV complet

Considérations particulières (dose absorbée, prescription, cr) Niveau 3 : en développement, poursuivre les investigations Homogénéité Moyenne et son écart-type associé , D50% dose de prescription, valeur optimale 0 EUD (equivalent uniform dose) Conformité du volume traité Indice de conformité : volume traité/volume du PTV

Clinical example Dose prescription 30 x 2.3 Gy HiArt unit (Tomotherapy Inc., Madison, WI, USA) collimator width of 2.5 cm, a pitch of 0.215 and a modulation factor of 2 Compared it to the old ICRU and changed slightly the Low gradient case definition

Clinical example Dose prescription Compared it to the old ICRU and changed slightly the Low gradient case definition

Clinical example Dose reporting Compared it to the old ICRU and changed slightly the Low gradient case definition

Contrôle qualité : TPS Le logiciel de planification des traitements 2 grandes familles d’algorithmes : Type A : Méthodes globales basées sur la correction de mesures Type B : Découpage en éléments finis (méthodes différentielles, superposition), Monte-Carlo, déterministes

CONCLUSION Ce rapport est indispensable Pour appréhender la RCMI Pour continuer à formaliser la prescription, l’évaluation et le compte-rendu spécifique Tout en étant la continuité des autres rapports ICRU Le niveau d’évaluation 3 ouvre une perspective intéressante De développement d’indices complexes Une évaluation à plus grande échelle de leur impact APPLIQUEZ-LE !!