Introduction et objectif : La prescription des traitements en radiothérapie est basée sur l'analyse de la répartition de dose calculée par le TPS. Un changement d'algorithme de calcul doit être précédé d'une analyse dosimétrique complète, afin que les impacts cliniques soient maitrisés. Nous présentons une méthodologie de mise en œuvre d'un nouveau TPS. Matériel et méthodologie : Nous avons utilisé 5 algorithmes de calcul de dose. Nous avons comparé 6 plans de traitement avec des configurations identiques : patient, énergie, balistique. Nous avons comparé 12 localisations tumorales : 5 poumons, 1 œsophage, 1 sein, 3 ORL, 1 encéphales et 1 prostate. Le principe de méthodologie est basé sur deux critères d'analyse : 1.Critère d'analyse dosimétrique : nous avons classé les outils d'analyse en 3 catégories : analyse liée à la dose de traitement, analyse liée à la distribution de dose et analyse liée à la répartition de la dose 2.Critère d'analyse statistique : nous avons considéré que nous avons 5 séries de mesure liée à 5 algorithmes. Nous avons considéré les valeurs dosimétriques calculées par l'ancien algorithme comme valeurs de référence. Le test de comparaison statistique utilisé était un Wilcoxon pour série apparié avec un seuil de signification de 5% et un intervalle de confiance à 95%. Résultats et discussion : Nous avons trouvé des écarts pour tous les paramètres comparés dans cette étude. Ces écarts dépendent de la localisation de la tumeur et de l'algorithme de calcul. La maîtrise statistique des résultats nous permet, d'une part de diagnostiquer et interpréter les écarts dosimétriques observés et d'autre part, de déterminer si les écarts sont significatifs. Conclusion : Nous proposons une méthodologie qui permet de quantifier d'éventuels écarts dosimétriques lors d'un changement d'algorithme. L'analyse statistique permet de s'assurer que les résultats sont significatifs. / Background and purpose The validation of a treatment plan is based on the analysis of dose distributions. The dose distributions are calculated by algorithms implanted in TPS. So, the changing of an algorithm must be preceded by a complete dosimetric analysis in order to provide a method for controlling the clinical impact of this change. We present in this study the methodology used for implementing a new TPS in our clinic. Materials and methods We used five algorithms for dose calculation: Clarkson, PBC, Batho Power Law, modified Batho and EqTAR. We compared six treatment plans with identical configurations: 2 plans without heterogeneity correction and 4 with density correction. We have compared nine tumours locations: 5 lungs, 1 oesophagus, 1 breast, 3head and neck, 1 brain and 1 prostate. We compared the following parameters: monitors units, HDV, isodoses, covering index, index of homogeneity, conformity index, geometric index and gamma index for 2D and 3D. We analyzed the results using a statistical evaluation and the method plot box. Results and discussion The gamma index 3D and histogram gamma generated for a CT slice can be used to compare various algorithms and radiotherapy plans. We found a difference in all parameters compared when the algorithm is changed. For example, we found a 5% difference in monitors units and 7% in dose for the pulmonary cancer case, when we change from PBC to EqTAR .This may leads to an increased of 30% in the complication rate. The statistical evaluation serves as a rapid interpretation and diagnostic of dosimetric differences and allows the determination of the significance of these differences. Conclusion We proposed a methodology that allows the quantification of dosimetric variation during the change of calculation algorithm in radiotherapy. This methodology provides a valuable technique for quantitative comparison of various algorithms and radiotherapy plans

Le développement de nouvelles modalités de traitement telles que la RCMI et la radiothérapie stéréotaxique s'accompagne d'une utilisation croissante de champs d'irradiation complexes obtenus par superposition de faisceaux de petite taille ayant de multiples angles d'incidence. Ces nouvelles conditions de traitement sont très différentes des conditions de référence sur lesquelles se basent les protocoles dosimétriques internationaux. Ces travaux de thèse se proposent de réaliser des références dosimétriques pour des champs d'irradiation de dimensions inférieures à 10 x 10 cm², à savoir 4 x 4 et 2 x 2 cm². Il s'agit, dans la pratique, de comparer les coefficients d'étalonnage d'une chambre d'ionisation en termes de dose absorbée dans l'eau, pour les faisceaux de photons de 6 MV (avec et sans cône égalisateur) et de 12 MV de l'accélérateur linéaire médical du LNHB. Les références ont été déterminées à partir d'une mesure par calorimétrie graphite. Pour les mesures en champ 2 x 2 cm², un calorimètre disposant d'un absorbeur de petites dimensions a été construit. Par ailleurs, une chambre d'ionisation adaptée à cette taille de champ a été recherchée. Nous avons montré que, pour les faisceaux étudiés, le coefficient d'étalonnage de la chambre d'ionisation de référence est indépendant de la dimension du champ d'irradiation entre 10 x 10 et 2 x 2 cm², aux incertitudes près (environ 0,4 % à un écart-type).

À ce jour, les seul dosimètres purement tridimensionnels (3D) sont basés sur la détection d’une propriété physique résultant d’une série de réactions chimiques radio-induites dans un volume de gel ou de plastique. Les études initiales ont généré beaucoup d’enthousiasme mais ces dosimètres 3D ne sont pas parvenus à une utilisation répandue dans les départements de radio-oncologie pour l’assurance-qualité 3D et la vérification de traitements complexes de radiothérapie moderne. Le temps et la complexité de la préparation de ces dosimètres 3D ne sont pas les raisons principales qui empêchent leur déploiement clinique. Ce sont plutôt leurs performances et la reproductibilité des mesures qui doivent être améliorées. Les plus étudiés et les plus utilisés parmi les différents types de dosimètres 3D sont les dosimètres à gels de polymère. De nombreuses compositions chimiques ont été proposées et testées pour la dosimétrie à gels de polymère. L’utilisation d’un antioxydant s’est révélée une découverte majeure dans le domaine puisque l’oxygène interfère avec le mécanisme de réponse des gels. Pourtant, un nombre croissant d’erreurs inexpliquées ont été rapportées dans les écrits et ont soulevé un doute sur la reproductibilité et la justesse des doses déterminées avec ces gels. Cette thèse a été entreprise pour étudier les sources radiochimiques d’erreurs dans les dosimètres à gels de polymère. Il était admis dans les écrits que l’utilisation d’un antioxydant permettait de contoumer tous les effets non-désirés de l’oxygène. Cette thèse démontre que cela était faux. Une méthodologie a été développée pour isoler l’effet de l’oxygène dans un gel de polymère contenant ou non un antioxydant. Les résultats ont révélé que la présence conjointe d’oxygène et d’antioxydant modifie la réponse du dosimètre. Indépendamment de la composition du dosimètre et de l’antioxydant, cet effet peut induire des erreurs dosimétriques significatives dans des mesures simples et dont les origines étaient difficilement appréciables en ignorant l’effet de l'oxygène et de l’antioxydant. Nos résultats nous permettent de postuler les réactions dominantes des antioxydants étudiés et leur devenir chimique au sein d’un gel de polymère sous irradiation. Puisque l’effet de l’oxygène et de l’antioxydant était négligé, plusieurs autres facteurs physico-chimiques faisaient l’objet d’hypothèse pour expliquer les erreurs observées. Ces facteurs incluent la compression des gels et des variations de propagation et de terminaison de la polymérisation reliées à la chaleur générée pendant la polymérisation. Des études détaillées de ces effets nous permettent de refuter ces hypothèses. Nos résultats nous permettent d’analyser, de catégoriser et de proposer des explications sur l’origine des erreurs dosimétriques recensées dans les écrits. Finalement, l’effet d’un antioxydant en particulier, le chlorure de tetrakis-(hydroxyméthyle) phosphonium (THPC), a été étudié en relation avec la structure du polymère formé dans un gel de polymère basé sur l’acrylamide. Le THPC est l’antioxydant le plus utilisé dans les différents dosimètres à gels de polymère. La spectroscopie FT-Raman et la microscopie électronique ont révélé que le THPC réagit avec les monomères pendant la polymérisation. Notre interprétation suggère un rôle important du THPC dans les variations de réponse à la dose dans les gels de polymère. La conclusion générale de cette thèse est que l’élimination chimique de l'oxygène par un antioxydant facilite grandement la préparation des dosimètres mais leur performance en est grandement altérée en comparaison avec des préparations dites anoxiques. L’oxygène demeure une source majeure d’erreur dans les dosimètres à gels de polymère.

Introduction et objectif : La prescription des traitements en radiothérapie est basée sur l'analyse de la répartition de dose calculée par le TPS. Un changement d'algorithme de calcul doit être précédé d'une analyse dosimétrique complète, afin que les impacts cliniques soient maitrisés. Nous présentons une méthodologie de mise en œuvre d'un nouveau TPS. Matériel et méthodologie : Nous avons utilisé 5 algorithmes de calcul de dose. Nous avons comparé 6 plans de traitement avec des configurations identiques : patient, énergie, balistique. Nous avons comparé 12 localisations tumorales : 5 poumons, 1 œsophage, 1 sein, 3 ORL, 1 encéphales et 1 prostate. Le principe de méthodologie est basé sur deux critères d'analyse : 1.Critère d'analyse dosimétrique : nous avons classé les outils d'analyse en 3 catégories : analyse liée à la dose de traitement, analyse liée à la distribution de dose et analyse liée à la répartition de la dose 2.Critère d'analyse statistique : nous avons considéré que nous avons 5 séries de mesure liée à 5 algorithmes. Nous avons considéré les valeurs dosimétriques calculées par l'ancien algorithme comme valeurs de référence. Le test de comparaison statistique utilisé était un Wilcoxon pour série apparié avec un seuil de signification de 5% et un intervalle de confiance à 95%. Résultats et discussion : Nous avons trouvé des écarts pour tous les paramètres comparés dans cette étude. Ces écarts dépendent de la localisation de la tumeur et de l'algorithme de calcul. La maîtrise statistique des résultats nous permet, d'une part de diagnostiquer et interpréter les écarts dosimétriques observés et d'autre part, de déterminer si les écarts sont significatifs. Conclusion : Nous proposons une méthodologie qui permet de quantifier d'éventuels écarts dosimétriques lors d'un changement d'algorithme. L'analyse statistique permet de s'assurer que les résultats sont significatifs.

L’objectif principal de notre travail était d’évaluer deux nouvelles technologies, l’arcthérapie par la technique Rapid’Arc de chez Varian Medical System® et l’irradiation hélicoïdale avec Tomotherapy Hi-Art de chez Accuray® dans les tumeurs des Voies Aéro-Digestives Supérieures. Dans un premier temps, nous avons montré que ces 2 techniques étaient équivalentes du point de vue de la délivrance de la dose à partir de cas théoriques (30 cas) mais également in vivo à partir d’une population de patients analysée de façon prospective dans le cadre de l’étude nationale ARTORL (115 cas). Puis, nous avons cherché à augmenter le ratio thérapeutique en combinant l’une de ces 2 techniques avec des nouvelles techniques d’irradiation en conditions stéréotaxiques (Cyberknife d’Accuray® et Vero de Brainlab®). Nous avons étudié ensuite la toxicité radio-induite la plus fréquente dans notre population, à savoir la xérostomie. Aucun facteur prédictif de toxicités n’a pu être mis en évidence. Toutefois, nous avons pu créer un modèle prédictif de la fonction de récupération de la glande sous maxillaire, celles-ci étant souvent moins bien protégées. L’ensemble de ces résultats confirme les capacités « conformationnelles » de ces 2 nouvelles techniques innovantes et de leurs équivalences d’un point de vue dosimétrique et surtout clinique. Par ailleurs, cette équivalence dosimétrique de ces deux machines a également été retrouvée dans l’irradiation de tumeur pelvienne, dans le cadre de l’étude prospective ARTPELVIS. Le suivi ultérieur de ces populations permettra de confirmer l’équivalence clinique de ces 2 techniques d’un point de vue carcinologique. / The main objectif of our work was to assess two new technologies, arctherapy by Rapid'Arc technology from Varian Medical System® and helical irradiation with Tomotherapy Hi-Art, Accuray® in Head and Neck cancer. First, we showed that these 2 techniques were equivalent in terms of dose delivery from theoretical cases (30 cases), but also in vivo from a population of patients analyzed prospectively included in the national study ARTORL (115 cases). Then, we tried to increase the therapeutic ratio by combining one of these 2 techniques with new techniques for stereotactic irradiation (Cyberknife of Accuray® and Vero Brainlab®). We then studied the most common toxicity in our population, ie xerostomia. No predictif factor could be highlighted. However, we were able to create a predictive model of the recovery function of the sub-mandibular gland, they tend to be less well protected. All these results confirm the "conformational" capacity of these two new innovative techniques, their equivalences dosimetric and especially clinically. These results were confirmed in an another location in the prospective study ARTPELVIS. Subsequent monitoring of these populations will confirm the clinical equivalence of these new technologies.

Objectifs : Etablir des corrélations dose-volume effet entre les paramètres dosimétriques proposés par le GEC-ESTRO et la probabilité de survenue d’événements tels que le contrôle tumoral ou une toxicité radio-induite.Matériel et méthodes : Les données cliniques et dosimétriques de cohortes de patientes traitées à Gustave Roussy et dans différents centres ont été confrontées. Dans un premier temps les paramètres dosimétriques de la curiethérapie 3D ont été comparés à ceux de la curiethérapie classique. Dans un second temps, la topographie des zones les plus exposées des organes à risque, ainsi que l’impact des mouvements de la vessie, du rectum, et du colon sigmoïde sur l’évaluation de la dose délivrée, ont été étudiés. Enfin, des analyses dose-volume effets ont été réalisées.Résultats : Les valeurs des paramètres dosimétriques volumétriques (D2cm3) de la vessie et du rectum se sont révélées faiblement corrélées et significativement supérieures aux doses évaluées aux points de l’ICRU ou à un point vésical alternatif. Les zones les plus exposées de la vessie et du rectum sont apparues situées au-dessus des points de l’ICRU. Les mouvements des organes autour de l’implant pendant la délivrance du traitement sont apparus marginaux pour la vessie et sigmoïde, en dehors de variations individuelles. En revanche, la dose délivrée au rectum étaient en moyenne plus élevée que le dose planifiée. Les analyses dose-volume effets ont montré des corrélations significatives entre D0.1cm3 et D2cm3 et la probabilité de survenue d’une morbidité tardive urinaire ou rectale. De la même manière, des corrélations significatives ont été établies entre la D90 des CTV à haut risque et à risque intermédiaire et la probabilité d’obtention du contrôle local. Divers caractéristiques tumorales (largeur au diagnostic, volume du CTV-HR, stade FIGO), impactent ces relations, de même que l’étalement total du traitement.Conclusion : Des corrélations dose-volume effets ont été établies entre les paramètres dosimétriques modernes et la probabilité d’obtenir le contrôle local ou d’entraîner une morbidité tardive. En ce qui concerne le contrôle tumoral, les objectifs de prescription doivent être personnalisés en fonction de critères carcinologiques. Pour les organes à risque, de contraintes de dose basées sur l’expérience de la curiethérapie 3D peuvent être établies, mais doivent être affinées dans de futures études en fonction de cofacteurs tels que les comorbidités. Les points gardent un intérêt en recherche clinique, pour l’étude de la morbidité vésicale ou vaginale.Ce travail a l'objet de 6 publications dans des revues internationales à comité de lecture. La septième est présentée sous forme de manuscrit. / Objectives: To establish dose-volume effects correlations between volumetric dosimetric parameters proposed by the GEC-ESTRO and the probability of occurrence of events such as tumor control or radiation-induced toxicity.Methods: Clinical and dosimetric data of patients treated at Gustave Roussy and in different centers have been reviewed. At first step, dosimetric parameters of image-guided brachytherapy were compared with those of conventional brachytherapy. Secondly, the topography of the most exposed areas of the organs at risk, and the impact of the movements of the bladder, rectum, and sigmoid colon on the assessment of the delivered dose, were studied. Finally, analyzes dose-volume effects were performed.Results: The values of volumetric dosimetric parameters (D2cm3) of the bladder and rectum appeared weakly correlated and significantly higher than the doses evaluated at ICRU points of bladder and rectum , an even in an alternative bladder point. The most exposed areas of the bladder and rectum appeared located above the points of the ICRU. The movements of the organs around the implant during the delivery of the treatment appeared marginal for the bladder and sigmoid, apart from individual variations. However, the mean delivered dose to the rectum was higher than the planned dose. Dose-volume effects correlations showed significant correlations between D0.1cm3 and D2cm3 and the probability of occurrence of urinary or rectal late morbidity. Similarly, significant correlations have been established between the D90 of the high risk, intermediate risk-CTV and the probability of achieving local control. Various tumor characteristics (width, HR-CTV volume, FIGO stage) impact these relationships, as well as the treatment time.Conclusion: Dose-volume effects correlations have been established between modern dosimetric parameters and the probability of achieving local control or cause late morbidity. Regarding tumor control, prescription aims must be customized according to oncologic criteria. For organs at risk, new dose constraints based on 3D brachytherapy experience can be established but should be refined in future studies based on cofactors such as comorbidities. The points retain an interest in clinical research for the study of bladder or vaginal morbidity.