Academic literature on the topic 'Dosimétrie personnalisée'

En médecine nucléaire, les radiopharmaceutiques administrées au patient déposent une fraction de l'énergie émise dans différents tissus. Une évaluation dosimétrique précise est donc indispensable afin d'assurer la radioprotection du patient. Les doses absorbées sont actuellement basées sur des modèles mathématiques standards ainsi que des approximations quant au transport des électrons. La Commission Internationale de Protection Radiologique (CIPR) a récemment choisi d'adopter des modèles voxelisés, plus réalistes pour représenter l'adulte de référence. Cette thèse avait pour premier objectif d'étudier l'influence de l'utilisation des nouveaux modèles de référence et de l'approche Monte Carlo sur les principales grandeurs dosimétriques. Par ailleurs, l'apport d'une géométrie spécifique au patient sur la dosimétrie a été comparé à une géométrie standard. Dans un deuxième temps, une dosimétrie précise de l'os pour des particules alpha a été réalisée sur la base d'images microscopiques de plusieurs régions de l'os spongieux. Les résultats ont montré des variations des fractions d'énergie absorbées en fonction de l'énergie des particules alpha, du site squelettique et de la concentration de graisse dans la moelle, trois paramètres non pris en compte dans les valeurs actuellement publiées par la CIPR. Enfin, la prise en compte de l'hétérogénéité de la répartition du radiopharmaceutique a été étudiée dans le cadre d'un traitement du carcinome hépatocellulaire par radiothérapie interne sélective à l'Yttrium-90. Les développements réalisés dans cette thèse montrent l'importance et la faisabilité de la réalisation d'une dosimétrie plus spécifique au patient en médecine nucléaire
In nuclear medicine, radiopharmaceuticals are distributed in the body and thus, each organ can deliver a fraction of emitted energy in tissues. Therefore, dose calculations must be assessed accurately and realistically to ensure the patient radiation protection. Absorbed doses were until now based on mathematical standard models and electron transport approximations. The International Commission on Radiological Protection (ICRP) has recently adopted voxel phantoms as a more realistic representation of the reference adult. The main goal of this thesis was to study the influence of the new reference models and Monte Carlo methods on the major dosimetric quantities. In addition, the contribution of patients' specific geometry to the absorbed dose was compared to a standard geometry. Particular attention was paid to the bone marrow which is characterized by a high radiosensitivity and a complex microscopic structure. An accurate alpha dosimetry was assessed for bone marrow using microscopic images of several trabecular bone sites. The results showed variations in the absorbed fractions as a function of the particles" energy, the skeletal site and the amount of fat within marrow cavities, three parameters which are not taken into account in the values published by the ICRP. Finally, the heterogeneous activity distribution of the radiopharmaceuticals was considered within the framework of the treatment of a hepatocellular carcinoma with selective internai radiotherapy using Yttrium-90 through the analysis of dose-volume histograms. The developments made in this thesis show the importance and the feasibility of performing a personalized dosimetry for nuclear medicine patients

Bien que souvent assez consommatrice en temps de calcul, la méthode Monte Carlo est l'algorithme de calcul qui modélise au plus près la physique liée aux processus de dépôts d'énergie. L'idée est d'utiliser les calculs Monte Carlo dans le traitement quotidien du cancer par rayonnement pour rivaliser avec les systèmes de planification de traitement (TPS) existants dans le but de délivrer une dose absorbée à la tumeur pour des traitements spécifiques. Pour atteindre cet objectif, deux points ont été particulièrement étudiés au cours de cette thèse : la validation de la plate-forme de simulation GATE pour des applications en dosimétrie utilisant des électrons, une étude particulière est faite concernant les traitements de curiethérapie oculaire utilisant des applicateurs ophtalmiques de 106Ru/106Rh, et le déploiement des simulations GATE dans un environnement de grille pour réduire les temps de calcul très élevés de ces simulations.
Des points kernels de dose d'électrons mono-énergétiques et poly-énergétiques ont été simulés en utilisant la plate-forme GATE et comparés à d'autres codes Monte Carlo. Trois versions des packages de librairies ont été utilisées pour les comparaisons (5.2, 6.2 et 7.0). Les résultats montrent que l'implémentation de la diffusion multiple est responsable des différences observées entre les codes. Les simulations de traitements de curiethérapie oculaire comparées avec d'autres Monte Carlo et des mesures montrent un bon accord. La transcription des unités Hounsfield, à partir des données scanner sur l'anatomie du patient, en paramètres tissulaires est l'autre étude présentée pour une utilisation prochaine de GATE sur des images voxélisées pour la dosimétrie personnalisée. Les infrastructures des projets DataGrid puis d'EGEE ont été utilisées pour déployer les simulations GATE afin de réduire leur temps de calcul dans le but de les utiliser en routine clinique.
La méthode utilisée pour paralléliser les simulations GATE est la division du générateur de nombres aléatoires (RNG) en séquences indépendantes. Des tests de temps de calcul réalisés sur des bancs tests de grille montrent qu'un gain significatif est obtenu. Les fonctionnalités pour diviser, lancer et contrôler les simulations GATE sur une infrastructure de grille ont été implémentées sur le portail web GENIUS. Un premier prototype de ce portail est accessible à partir d'un centre hospitalier pour l'utilisation de la précision des algorithmes Monte Carlo de manière transparente et sécurisée pour des traitements de cancer de l'œil.

Techniques médicales en plein essor suscitant d’importants espoirs thérapeutiques, les radiothérapies internes vectorisées (RIV) consistent à administrer un radiopharmaceutique pour traiter sélectivement les tumeurs. A l’heure actuelle, l’activité injectée au patient est généralement standardisée. Cependant, afin d’établir des relations dose-effet robustes et d’optimiser le traitement en préservant au mieux les tissus sains, une dosimétrie personnalisée doit être réalisée, à l’image des pratiques cliniques existant en radiothérapie externe. Dans ce cadre, l’objectif de la thèse était de développer, à l’aide du logiciel OEDIPE, une méthode de dosimétrie personnalisée reposant sur des calculs Monte Carlo directs. La méthode mise au point permet de calculer la distribution tridimensionnelle des doses absorbées en fonction de l’anatomie du patient, définie à l’aide d’images TDM ou IRM, ainsi que de la biodistribution de l’activité spécifique au patient, définie à partir de données d’émission TEMP ou TEP. Des aspects radiobiologiques, tels que les différences de radiosensibilité et de vitesse de réparation entre les tissus sains et les lésions tumorales, ont également été intégrés par l’intermédiaire du modèle linéaire-quadratique. Cette méthode a été appliquée à la radiothérapie interne sélective (SIRT) qui consiste à injecter des 90Y-microsphères pour traiter sélectivement les cancers hépatiques inopérables. Les distributions des doses absorbées et doses biologiques efficaces (BED) ainsi que les doses biologiques efficaces équivalentes uniformes (EUD) aux lésions hépatiques ont été calculées à partir des distributions d’activité de l’étape d’évaluation aux 99mTc-MAA pour 18 patients traités à l’hôpital européen Georges Pompidou. Ces résultats ont été comparés aux méthodes classiques utilisées en clinique et l’intérêt d’une dosimétrie précise et personnalisée pour la planification de traitement a été étudié. D’une part, la possibilité d’augmenter l’activité de manière personnalisée a été mise en évidence par le calcul de l’activité maximale injectable au patient en fonction de critères de tolérance donnés aux organes à risque. D’autre part, l’utilisation des grandeurs radiobiologiques a également permis d’évaluer l’apport potentiel de protocoles fractionnés en SIRT. L’outil développé peut donc être utilisé comme aide à l’optimisation des plans de traitement. En outre, une étude a été initiée en vue d’améliorer la reconstruction des données post-traitement de la TEMP-90Y. L’évaluation à partir de ces données des doses délivrées lors du traitement pourra permettre, d’une part, de prédire le contrôle tumoral et d’anticiper le risque de toxicité aux tissus sains et, d’autre part, d’établir des relations dose-effet précises pour ces traitements
Medical techniques in full expansion arousing high therapeutic expectations, targeted radionuclide therapies (TRT) consist of administering a radiopharmaceutical to selectively treat tumors. Nowadays, the activity injected to the patient is generally standardized. However, in order to establish robust dose-effect relationships and to optimize treatments while sparing healthy tissues at best, a personalized dosimetry must be performed, just like actual clinical practice in external beam radiotherapy. In that context, this PhD main objective was to develop, using the OEDIPE software, a methodology for personalized dosimetry based on direct Monte Carlo calculations. The developed method enables to calculate the tridimensional distribution of absorbed doses depending on the patient anatomy, defined from CT or MRI data, and on the patient-specific activity biodistribution, defined from SPECT or PET data. Radiobiological aspects, such as differences in radiosensitivities and repair time constants between tumoral and healthy tissues, have also been integrated through the linear-quadratic model. This methodology has been applied to the selective internal radiation therapy (SIRT) which consists in the injection of 90Y-microspheres to selectively treat unresectable hepatic cancers. Distributions of absorbed doses and biologically effective doses (BED) along with the equivalent uniform biologically effective doses (EUD) to hepatic lesions have been calculated from 99mTc-MAA activity distributions obtained during the evaluation step for 18 patients treated at hôpital européen Georges Pompidou. Those results have been compared to classical methods used in clinics and the interest of accurate and personalized dosimetry for treatment planning has been investigated. On the one hand, the possibility to increase the activity in a personalized way has been highlighted with the calculation of the maximal activity that could be injected to the patient while meeting tolerance criteria on organs at risk. On the other hand, the use of radiobiological quantities has also enabled to evaluate the potential added value of fractionated protocols in SIRT. The developed tool can thus be used as a help for the optimization of treatment plans. Moreover, a study has been initiated to improve the reconstruction of post-treatment data from 90Y-SPECT. The estimation from those data of doses delivered during treatment could allow to predict tumoral control and to anticipate healthy tissues toxicity as well as to establish precise dose-effect relationships for those treatments

Rationnel : la radioimmunothérapie (RIT) par 90Y-ibritumomab tiuxetan (Zevalin) est une option thérapeutique innovante dans le lymphome malin non hodgkinien de phénotype B de type folliculaire (LF) en rechute ou réfractaire. Certaines données suggèrent que cette efficacité est d'autant plus marquée que Zevalin est utilisé précocement dans l'histoire de la maladie. Actuellement, en routine clinique, la dose administrée est fonction du poids du patient et non basé sur une étude dosimétrique préalable ce qui peut résulter en une variation significative des doses délivrées aux principaux organes et à la tumeur et par conséquent retentir sur l'efficacité et la toxicité. L'optimisation de la RIT par Zevalin nécessite son évaluation dans le cadre du traitement de première ligne et l'implémentation progressive d'une dosimétrie clinique personnalisée.
Objectifs et méthodes : nous avons successivement évalué 2 nouvelles modalités d'utilisation du Zevalin dans le cadre du traitement de première ligne du LF. Une première approche a consisté à évaluer l'efficacité et la tolérance de Zevalin (15MBq/Kg) en consolidation après obtention d'une réponse au moins partielle au traitement d'induction dans le cadre d'un essai multicentrique international randomisé. Une deuxième approche, cette fois en traitement inaugural du LF, a consisté à évaluer une RIT fractionnée en 2 doses de Zevalin(11.1 MBq/kg chacune) à 9-13 semaines d'intervalle chez des patients avec forte masse tumorale dans un essai de phase 2. Cette deuxième approche a été mise à profit pour établir et tester en multicentrique un protocole d'étude dosimétrique clinique personnalisé avec imagerie quantitative (planaire et tridimensionnelle) et dosimétrie sanguine afin d'analyser la relation dose-effet (efficacité et toxicité) après chacune des 2 fractions de Zevalin. L'acquisition des images a été effectuée sur 3 centres (Lille, Nantes, Manchester) et le traitement des images avec calcul dosimétrique au niveau des organes majeurs, des principales cibles tumorales et de la moelle osseuse a été centralisé.
Conclusion : dans le traitement de première ligne du LF, la consolidation par Zevalin permet l'obtention d'une réponse complète chez 77% des répondeurs partiels après l'induction et améliore la survie sans progression d'au moins 2 ans sans toxicité surajoutée. La RIT fractionnée par Zevalin en traitement inaugural est faisable et le protocole standardisé d'acquisition d'imagerie quantitative applicable en multicentrique. Les résultats préliminaires de dosimétrie obtenus pour 6 patients après imagerie quantitative planaire personnalisée sont présentés.

Rationnel : la radioimmunothérapie (RIT) par 90Y-ibritumomab tiuxetan (Zevalin) est une option thérapeutique innovante dans le lymphome malin non hodgkinien de phénotype B de type folliculaire (LF) en rechute ou réfractaire. Certaines données suggèrent que cette efficacité est d'autant plus marquée que Zevalin est utilisé précocement dans l'histoire de la maladie. Actuellement, en routine clinique, la dose administrée est fonction du poids du patient et non basé sur une étude dosimétrique préalable ce qui peut résulter en une variation significative des doses délivrées aux principaux organes et à la tumeur et par conséquent retentir sur l'efficacité et la toxicité. L'optimisation de la RIT par Zevalin nécessite son évaluation dans le cadre du traitement de première ligne et l'implémentation progressive d'une dosimétrie clinique personnalisée. Objectifs et méthodes : nous avons successivement évalué 2 nouvelles modalités d'utilisation du Zevalin dans le cadre du traitement de première ligne du LF. Une première approche a consisté à évaluer l'efficacité et la tolérance de Zevalin (15MBq/Kg) en consolidation après obtention d'une réponse au moins partielle au traitement d'induction dans le cadre d'un essai multicentrique international randomisé. Une deuxième approche, cette fois en traitement inaugural du LF, a consisté à évaluer une RIT fractionnée en 2 doses de Zevalin(11. 1 MBq/kg chacune) à 9-13 semaines d'intervalle chez des patients avec forte masse tumorale dans un essai de phase 2. Cette deuxième approche a été mise à profit pour établir et tester en multicentrique un protocole d'étude dosimétrique clinique personnalisé avec imagerie quantitative (planaire et tridimensionnelle) et dosimétrie sanguine afin d'analyser la relation dose-effet (efficacité et toxicité) après chacune des 2 fractions de Zevalin. L'acquisition des images a été effectuée sur 3 centres (Lille, Nantes, Manchester) et le traitement des images avec calcul dosimétrique au niveau des organes majeurs, des principales cibles tumorales et de la moelle osseuse a été centralisé. Conclusion : dans le traitement de première ligne du LF, la consolidation par Zevalin permet l'obtention d'une réponse complète chez 77% des répondeurs partiels après l'induction et améliore la survie sans progression d'au moins 2 ans sans toxicité surajoutée. La RIT fractionnée par Zevalin en traitement inaugural est faisable et le protocole standardisé d'acquisition d'imagerie quantitative applicable en multicentrique. Les résultats préliminaires de dosimétrie obtenus pour 6 patients après imagerie quantitative planaire personnalisée sont présentés

Lors d'irradiations internes, les méthodes dosimétriques actuellement utilisées sont basées sur le formalisme du MIRD et l'utilisation de modèles mathématiques standard. Ces modèles sont plus ou moins représentatifs du patient et ne permettent pas, de fait, de réaliser une dosimétrie personnalisée. Cette thèse avait pour objectif le développement d'un outil dosimétrique personnalisé, i. E. Tenant compte de la morphologie de chaque patient ainsi que de la composition et densité des tissus. Cet outil, baptisé OEDIPE, acronyme d'Outil d'Evaluation de la Dose Interne Personnalisée, est une interface graphique qui permet de créer une géométrie voxélisée spécifique d'un patient et de l'associer au code de calcul Monte-Carlo MCNPX. La définition de la distribution du radioélément et le calcul des doses absorbées peuvent être réalisés à l'échelle des organes ou à l'échelle tissulaire (i. E. Du voxel). Le logiciel OEDIPE peut aussi bien être utilisé en radiothérapie vectorisée que dans les cas de contaminations internes
Current internal dosimetric estimations are based on the MIRD formalism and used standard mathematical models. These standard models are often far from a given patient morphology and do not allow to perform patient-specific dosimetry. The aim of this study was to develop a personalised dosimetric tool, which takes into account real patient morphology, composition and densities. This tool, called OEDIPE, a French acronym of Tool for the Evaluation of Personalised Internal Dose, is a user-friendly graphical interface. OEDIPE allows to create voxel-based patient-specific geometries and associates them with the MCNPX Monte Carlo code. Radionuclide distribution and absorbed dose calculation can be performed at the organ and voxel scale. OEDIPE can be used in nuclear medicine for targeted radiotherapy and in radiation protection in case of internal contamination

L’optimisation des traitements en radiothérapie vise à améliorer la précision de l’irradiation des cellules cancéreuses pour épargner le plus possible les organes environnants. Or la dose périphérique déposée dans les tissus les plus éloignés de la tumeur n’est actuellement pas calculée par les logiciels de planification de traitement, alors qu’elle peut être responsable de l’induction de cancers secondaires radio-induits. Parmi les différentes composantes, les neutrons produits par processus photo-nucléaires sont les particules secondaires pour lesquelles il y a un manque important de données dosimétriques. Une étude expérimentale et par simulation Monte Carlo de la production des neutrons secondaires en radiothérapie nous a conduit à développer un algorithme qui utilise la précision du calcul Monte Carlo pour l’estimation de la distribution 3D de la dose neutron délivrée au patient. Un tel outil permettra la création de bases de données dosimétriques pouvant être utilisées pour l’amélioration des modèles mathématiques « dose-risque » spécifiques à l’irradiation des organes périphériques à de faibles doses en radiothérapie
Treatment optimization in radiotherapy aims at increasing the accuracy of cancer cell irradiation while saving the surrounding healthy organs. However, the peripheral dose deposited in healthy tissues far away from the tumour are currently not calculated by the treatment planning systems even if it can be responsible for radiation induced secondary cancers. Among the different components, neutrons produced through photo-nuclear processes are suffering from an important lack of dosimetric data. An experimental and Monte Carlo simulation study of the secondary neutron production in radiotherapy led us to develop an algorithm using the Monte Carlo calculation precision to estimate the 3D neutron dose delivered to the patient. Such a tool will allow the generation of dosimetric data bases ready to be used for the improvement of “dose-risk” mathematical models specific to the low dose irradiation to peripheral organs occurring in radiotherapy

L’utilisation de marges personnalisées dans le traitement du cancer du poumon en radiothérapie : analyse des mouvements physiologiques et des impacts dosimétriques OBJECTIFS : Le but de cette étude est d’analyser les mouvements physiologiques et leurs impacts dosimétriques lors de la planification de traitements en radiothérapie par tomodensitométrie thoracique (TDM). MÉTHODES : Il s’agit d’une étude de 15 patients. Des plans de radiothérapie conforme tridimensionnelle (3D-CRT) ont été utilisés. Un plan de référence a été fait et comparé à des plans utilisant des marges personnalisées (obtenue par 5 TDM). Des analyses volumétriques et dosimétriques ont été faites. RÉSULTATS : Les volumes obtenus progressent rapidement avec la fusion de TDM. Lorsqu’une couverture semblable est obtenue, le volume cible est moindre et l’irradiation pulmonaire est discrètement réduite. CONCLUSION : Malgré les avantages d’une marge personnalisée, elle ne produit qu’un avantage clinique limité. Toutes les techniques augmentant le volume total pour inclure les mouvements devraient en venir à des conclusions semblables.
Individualized margins in radiotherapy planning of lung cancer: analysis of physiological movements and their dosimetric impacts OBJECTIVE: This study is an analysis of physiological movements and their dosimetric impacts when a single thoracic CT-scan is used for treatment planning purposes in radiation oncology. METHODS: This is a study of 15 patients. Three-dimensional conformal radiation therapy was (3D-CRT) was used. A reference clinical plan was constructed and compared with plans using individualized margins (obtained by using five CT-scans). Volumetric and dosimetric analyses were made for each. RESULTS: The total volume occupied by GTV progressed quickly with the fusion of CT-scans. For a similar coverage, target volume was smaller and lung irradiation was slightly decreased. CONCLUSIONS: Even if the individualized margin was used, it produced a limited clinical advantage. All techniques that increase total volume with an aim to include more movements should come to similar conclusions.