4D radiotherapy and treatment optimization : accounting for inter and intra fraction motions

Radiothérapie 4D et optimisation des traitements : prise en compte des mouvements inter- et intrafractions

Marlène Gilles (1)

1 LaTIM - Laboratoire de Traitement de l'Information Medicale

Radiation therapy is one of the principal cancer treatments which uses radiations to kill cancerous cells. It is delivered over several days and requires an increasing tumor location accuracy in order irradiate well the tumor while protecting the surrounding healthy tissues. Therefore, we have to deal with two major issues: daily patient positioning and tumor motion management. As a first step, we propose an accurate non irradiant system for patient positioning. This system is composed of two times of flight cameras which acquire the patient surface at a frequency of 50 Hz. Then, we suggest a new treatment method that accounts for tumor and healthy tissue motion without increasing treatment duration. For this purpose, we combine an intensity modulated radiation therapy to the gating technique that delivers radiations on a unique respiratory phase. Our contribution consists on reproducing this scheme on several phases while increasing irradiation time efficiency. Finally, we evaluate a breathing model created and validated on our clinical datasets. This model, if coupled with our previous developments, could improve their accuracy by offering a real-time anatomical motion tracking.

La radiothérapie, qui représente un des traitements principaux des cancers, consiste à détruire les cellules tumorales par des radiations. Elle est délivrée sur plusieurs séances et nécessite une précision de plus en plus importante dans la localisation de la tumeur pour ne pas endommager les tissus sains avoisinants par des doses toujours plus élevées. Deux enjeux sont alors cruciaux : le positionnement quotidien du patient et le suivi de sa tumeur si celle-ci est mobile. Dans ce travail, nous abordons ces deux points en proposant tout d'abord un système de repositionnement précis et non irradiant. Ce système est composé de deux caméras temps de vol qui permettent une acquisition surfacique du patient à une fréquence pouvant atteindre les 50 Hz. Nous proposons ensuite une nouvelle approche de traitement prenant en compte les mouvements de la tumeur et des tissus sains tout en gardant à l'esprit que le temps de délivrance de traitement ne doit pas être trop augmenté. Nous combinons alors une irradiation par modulation d'intensité qui protège les tissus non tumoraux avec une irradiation délivrée sur une seule phase respiratoire. La nouveauté consiste ici à reproduire ce schéma sur plusieurs phases afin de stopper l'irradiation un minimum de temps par cycle respiratoire et donc d'achever la délivrance du traitement plus rapidement. Nous terminons par l'évaluation d'un modèle respiratoire créé et appliqué à nos données cliniques qui pourrait, couplé au système et au traitement proposés dans cette thèse, augmenter leurs performances en fournissant des informations anatomiques en temps réel.

Mots clés: Radiotherapy; Patient motion; Breathing motion; Patient positioning; Time of flight; Registrations; ICP; Breathing model; Treatment plans; Dosimetry; Image processing

Mots clés: Mouvements du patient; Mouvements respiratoires; Repositionnement; Temps de vol; Recalages; Modèle respiratoire; Plans de traitement; Dosimétrie; Traitement de l'image; Radiothérapie

Domaines: Médecine humaine et pathologie

Marlène Gilles. Radiothérapie 4D et optimisation des traitements : prise en compte des mouvements inter- et intrafractions. Médecine humaine et pathologie. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2016. Français. ⟨NNT : 2016BRES0034⟩. ⟨tel-01448756⟩