La radiothérapie fait partie des traitements à visée curative des tumeurs malignes. Les techniques de radiothérapie ont considérablement évolué ces dernières années avec l' intégration croissante de l'imagerie en radiothérapie conformationnelle. Cette technique permet d'élaborer une balistique complexe se conformant le mieux possible au volume cible en préservant les tissus sains. L'examen utilisé pour la définition des volumes d'intérêt est actuellement la tomodensitométrie ou « scanner » en raison de son exactitude géométrique et de l'information donnée sur les densités électroniques utilisées pour les calculs dosimétriques. L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet cependant une définition plus précise des volumes cibles dans les localisations pelviennes et cérébrales. Dans le cadre des localisations pelviennes, l'utilisation de l'IRM passe à l'heure actuelle par la fusion d'images, ce qui complexifie la phase de préparation du traitement et pose le problème de l'absence de méthode « standard » de validation in vivo de cette fusion d'images. Nous avons évalué les contraintes posées par l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. Nos résultats montrent que ni la distorsion liée au système et au patient ni l'absence d'informations sur les densités électroniques ne représentent des obstacles rédhibitoires à l'utilisation de l'IRM seule dans ce contexte. La distorsion reste contenue y compris en bordure de grands champs de vue sur des machines modernes. Nous avons montré que l'assignation de densités aux structures osseuses et aux tissus mous permettait d'obtenir une dosimétrie équivalente à celle réalisée sur le scanner original avec une bonne reproductibilité et une répartition de dose homogène au sein du volume cible. L'assignation de densités électroniques pourrait même ne pas être réalisée avec des photons de 20 MV et une balistique appropriée. Le développement de la radiothérapie guidée par l'image pourrait faciliter l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. La délinéation des volumes d'intérêt est une tâche nécessitant de plus en plus de temps. Nous avons participé au développement et évalué une méthode de segmentation automatique et semi automatique des volumes d'intérêt d'après des images IRM pour la radiothérapie du cancer prostatique. La délinéation automatique de la prostate repose sur un modèle d'organe déformable; une méthode par extension de régions a été utilisée pour la délinéation du rectum et de la vessie. Nos résultats sont reproductibles et le retentissement dosimétrique de la délinéation automatique est minime.

Dans une démarche d'évaluation rigoureuse des innovations technologiques de la radiothérapie, notre travail de thèse a été construit autours de 2 thématiques : 1) Evaluation clinique des résultats de la radiothérapie conformationnelle avec modulation d'intensité (RCMI) appliquée au traitement des cancers ORL. La première étude rapporte les conclusions d'un enregistrement prospectif monocentrique du devenir au long cours des patients ORL traités par RCMI. Le contrôle locorégional est excellent et les niveaux de toxicité faibles. Des recommandations dosimétriques (dose aux parotides) adaptées à nos pratiques ont été établies. La deuxième étude rapporte les résultats d'une comparaison nationale multicentrique de la qualité de vie des patients traités pour un cancer ORL, soit par radiothérapie conventionnelle, soit par RCMI. Le bénéfice de la RCMI est remarquable dans les domaines du confort de la sphère buccale et de la prise alimentaire orale. 2) Evaluation de l'apport de l'imagerie embarquée (Cone Beam CT ou CBCT) dans la prise en charge des patients traités par RCMI pour un cancer ORL. Un premier projet propose, sur un panel de patients ORL traités par RCMI, le contrôle qualité de la distribution de la dose réellement délivrée. Le retentissement dosimétrique des variations anatomiques est discuté. L'apport d'outils dosimétriques spécifiques est étudié. Le second projet a pour objectif de quantifier la mobilité relative des régions anatomiques qui composent la sphère ORL et d'étudier l'impact dosimétrique lié au choix de différentes procédures de recalage. Une recommandation sur les modalités d'utilisation des images CBCT a pu être proposée. / Numerous and exciting technological innovations were recently developed in radiotherapy. We aimed to assess benefits in two specific fields. 1) Clinical results of Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT) applied to the treatment of Head and Neck (H&N) patients. The first study was a long-term monocentric prospective registration of all H&N patients treated with IMRT in our institution. Locoregional control was excellent and toxicities limited. Recurrences were in-field. Dosimetric recommendations (parotids mean dose) were established. The second study assessed the impact of IMRT on health-related quality of life for H&N patients through a multicentric matched-pair comparison with conventional radiotherapy. Outstanding benefits were observed particularly in the fields of salivary dysfunction and oral discomfort. 2) Contribution of Image Guided Radiotherapy (IGRT) in the management of H&N patients treated with IMRT. The first study was a monitoring of delivered dose, using 3D dose recalculation from Megavoltage Cone-Beam CT (CBCT), as a quality assurance measure of a panel of H&N IMRT patients aligned with IGRT. Dosimetric consequences of anatomical changes were assessed. Contribution of color-coded MVCBCT dose-difference maps was studied. The aim of the second study was to quantify the inherent relative mobility between anatomic regions of the H&N area and to assess the dosimetric impact of several different matching procedures. Recommendations for the use of CBCT images in a daily practice were established.

Le présent travail de thèse décrit le développement d'un protocole d'irradiation stéréotaxique combinée à une radiothérapie conformationnelle avec modulation d'intensité. Ce projet a été initiée dans le service de radiothérapie-oncologie du Centre Hospitalier Lyon Sud. La première partie de ce travail fait état d'une revue de littérature sur les techniques d'irradiation du cancer de la prostate. Trois grands thèmes de recherche ont été identifiés et developpés : un premier thèse de recherche portant sur la définition optimale des volumes à irradier lors d'une irradiation stéréotaxique de la prostate et la fiabilité d'uin repérage de l'oragane par des marqueurs intra-prostatiques. La deuxième thématique de recherche était dédiée à la planification du traitement stéréotaxique de la prostate avec pour principal objectif une protection optimale de la paroi rectale avec deux approches différentes : a) une augmentation focalisée de la dose d'irradiation uniquement sur la tumeur macroscopiquement visible, ou b) l'utilisation d'un gel injecté entre la paroi du rectum et la prostate. Le nombre optimal de faisceaux à utiliser ainsi que l'énergie la mieux adaptée ont été évalués dans le cadre de la première approche avec uin boost intégré.. La trosième thématique portait sur les contrôles qualité à réaliser dans le cadre de la mise en route de cette technique d'irradiation. Trois détecteur dédiés aux contrôles de la distribution de dose sous l'accélarateur ont été évalués. L'ensemble de ces travaux serviront de supports à la réalisation d'une étude de phase II intégrant une irradiation stéréotaxique des cancers de la prostate avec injection de gel d'acide hyaluronique entre le rectum et la prostate / The current work decribes the implementation of a protocol for stereotactic body radiotherapy (SBRT) combined with an intensity-modulated radiation therapy technique (IMRT). the project was initiated in the Department of Radiation-Oncology from Lyon Sud Hospital. The first part summarizes the state of the art of prostate cancer with a literature review on irradiation techniques. Three research themes were described and developped : The first theme discusses the optimal definition of the volumes to be irradiated during a prostate SBRT and the accuracy of the target localization using intraprostatic markers. The second theme of research describes the treatment planning for prostate SBRT having as main purpose an optimal protection of the rectal-wall with two different approaches: a) an augmentation of the dose with simultaneous integrated boost only into visible macroscopic tumor, or b) the use of a gel injected between the rectal-wall and the prostate. The optimal number of fields, as well as the most favorable energy, was evaluated in the context of the first approach with a simultaneous integrated boost. The third theme discusses the quality assurance (QA) that needs to be performed for an IMRT-SBRT technique. Three detectors that ara dedicated to the QA of dose distribution under accelerator were evaluated. The results of all these studies will be used for the implementation of a phase II study for prostate SBRT with an injection of hyaluronic acid between the rectum and the prostate.

Le traitement des cancers par radiothérapie externe met en .uvre un environnement complexe. L'irradiation doit être le plus possible limitée au volume tumoral, en évitant au maximum les tissus et organes sains avoisinants. L'utilisation de logiciels dosimétriques en trois dimensions permet d'adapter exactement la balistique d'irradiation à la forme de la tumeur. Le patient est replacé à chaque séance de son traitement dans la même position pour permettre de reproduire avec précision la balistique d'irradiation. Un système de contention assure son immobilisation, un appareil de contrôle permet de vérifier sa position, et un collimateur multi-lames adapte la forme du faisceau d'irradiation au profil de la tumeur. La radiothérapie externe traditionnelle devient la radiothérapie conformationnelle Cette étude présente une procédure de repositionnement du patient par mise en correspondance d'informations issues de différentes sources d'imagerie médicale. En début de séance, des images de contrôle sont acquises par un système adapté au type et à la localisation de la tumeur. Les informations fournies par les images de contrôle sont fusionnées avec des informations de référence corrrespondant à la position attendue du patient. Le décalage entre les deux informations donne l'erreur d'installation en translation et en rotation. Une correction est calculée et appliquée à l'environnement de traitement (position et orientation du patient, position et orientation de la source d'irradiation). Le système de contrôle permet de déterminer directement ou indirectement la position précise du volume tumoral. L'échographie, associé à un localisateur optique tridimensionnel, permet de déterminer la position d'un organe comme la prostate, qui peut changer de place en fonction des réplétions vésicale et rectale. Le capteur de surface est utilisé pour localiser les tumeurs de la face ou du cerveau, par rapport à la position du visage, l'acquisition et le traitement de l'information ne prennent que quelques minutes. L'imageur par rayons X s'applique à la localisation de structures osseuses.