Sommaire introduction présentation du contexte et objectif du stage
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- 1.2 Techniques de Traitement
- 2 Etat de l’art : acquisition de CT 4D 4 2.1 Introduction au scanner et ses modes d’acquisition
- 2.2 Protocoles 4D existant dans la littérature
- 3.3 Mesures de doses
- 4.3 Méthode avec patient
- 5.3 La résolution spatio-temporelle
- Présentation du contexte et objectif du stage 1.1 Problématique du poumon
- Les techniques de traitement
- 1.2.1 Définition des volumes cibles en radiothérapie
- 1.2.2 Le gating en respiration libre
- 1.3 L’imagerie 4D (ou 4D CT)
- 1.4 Intérêt et utilisation du 4D
- 2 Etat de l‘art : acquisition de CT 4D 2.1 Introduction au scanner 2.1.1 Principe
- 2.1.2 L’acquisition hélicoïdale
- 2.1.3 Les modes de reconstruction
- 2.1.4 Le scanner multicoupe
- 2.2 Protocoles 4D existants dans la littérature 2.2.1 Conditions Nécessaires et Suffisantes pour l’acquisition 4D [Pan 2005
- 2.2.2 Les Protocoles d’acquisition
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SOMMAIRE Introduction 1 1 Présentation du contexte et objectif du stage 2 1.1 Problématique du Poumon 2 1.2 Techniques de Traitement 2 1.2.1 Définition des volumes cibles en radiothérapie 2 1.2.2 Le gating en respiration libre 2 1.3 L’imagerie 4D 3 1.4 Intérêt et utilisation du 4D 3 1.5 Objectif du stage 3 2 Etat de l’art : acquisition de CT 4D 4 2.1 Introduction au scanner et ses modes d’acquisition 4 2.1.1 Principe 4 2.1.2 L’acquisition hélicoïdale 4 2.1.3 Les modes de reconstruction 5 2.1.4 Les scanners multicoupes 5
2.2.1 Conditions nécessaires et suffisantes pour le 4D 6 2.2.2 Les protocoles d’acquisition 6
3.2.1 Comparaison des protocoles de définition des marges 8 en respiration libre et bloquée 3.2.2 Comparaison des protocoles d’acquisition « scan » 9 en respiration libre et bloquée
4.1.1 Fantôme dynamique 12 4.1.2 Plaque patient 13 4.1.3 Scanner 13 4.2 Méthode sur fantôme 13 4.2.1 Protocole d’acquisition 13 a - Protocole 4D 13 b - Protocole 3D flou 14 4.2.2 Méthode d’extraction du mouvement et de tri 14 4.2.3 Méthode d’analyse : la résolution spatio-temporelle 15 a - Flou de mouvement des images 15 b - Précision et Résolution spatio-temporelle 15 4.3 Méthode avec patient 15 5 Résultats 15 5.1 Les protocoles testés 15 5.2 Le flou de mouvement 16 5.2.1 Constatation en mode hélicoïdal 16 5.2.2 Comparaison des profils du plateau 17 a - Les images 4D 17 b - Les images 3D 18
5.5.1 Comparaison des ITV 21 5.5.2 Comparaison des nombres CT 23
Cependant la dose tumorale délivrée ne suffit pas toujours à éradiquer certaines tumeurs. Pour pouvoir encore augmenter la dose, une réduction des marges de sécurité est nécessaire mais le risque d’erreurs s’en trouve alors augmenter. La radiothérapie, exclusive ou associée à une chimiothérapie, constitue le traitement habituel des tumeurs bronchiques. Il s’avère néanmoins qu’elles sont difficiles à irradier en raison des mouvements respiratoires du patient et de la faible tolérance des organes sains avoisinants. Par ailleurs la grande hétérogénéité des tissus traversés ajoute une difficulté dosimétrique. La prise en compte des mouvements respiratoires lors de la planimétrie est faite de façons différentes dans les hôpitaux ou cliniques, suivant le matériel dont ils disposent. Une première solution consiste à incorporer des marges de sécurité autour de la tumeur. La deuxième possibilité consiste à délivrer l’irradiation à un moment précis, planifié à l’avance. C’est ce que l’on nomme l’asservissement respiratoire. Actuellement au Centre Léon Bérard, la prise en compte du mouvement au cours de l’acquisition des données est faite par un scanner 3D flou : l’image est acquise pendant un temps correspondant environ à une période respiratoire de sorte à obtenir un flou représentatif du mouvement L’acquisition d’une image 4D du poumon constitue également une bonne technique d’imagerie dans l’optimisation des marges ou de l’asservissement respiratoire. Une acquisition 4D représente une séquence d’images 3D au long d’un cycle respiratoire. Les protocoles actuels synchronisent l’acquisition des coupes avec un signal respiratoire (spiromètre, RPM, ...). Les données sont ensuite triées pour reconstruire des images 3D à des instants différents du cycle respiratoire.
1.1 Problématique du poumon Le cancer du poumon est une des pathologies tumorales les plus difficiles à traiter. La radiothérapie exclusive ou associée à une chimiothérapie constitue le traitement habituel de ces tumeurs. Cependant les incertitudes de traitement dues aux mouvements respiratoires expliquent la difficulté de traitement. En effet, le mouvement respiratoire implique une difficulté balistique : lors des acquisitions d’images scanner destinées à la planimétrie de traitement, le mouvement induit flou et artéfacts.
L’inclusion incomplète du volume tumoral en raison des mouvements respiratoires et l’impossibilité de délivrer des doses supérieures à 60-66 Gy (proximité des Organes A Risques), et donc de délivrer des doses requises pour obtenir une probabilité de contrôle satisfaisante expliquent en partie les mauvais résultats. La radiothérapie conformationnelle, utilisant des champs d’irradiation réduits, incorpore, faute de données précises, des marges de sécurité empiriques de 1.5 à 2 cm issues de la radiothérapie conventionnelle. Pour diminuer ces marges il existe plusieurs techniques de traitements : - le traitement par blocage respiratoire grâce à l’utilisation d’un spiromètre, ou de l’Active Breathing Coordinator. - le traitement en respiration libre réalisé : * ou bien par la mesure de l’amplitude thoracique que l’on inclut dans le calcul des marges de sécurité (§1.2.1), * ou bien en délivrant l’irradiation à un moment précis, planifié à l’avance du cycle respiratoire. C’est ce que l’on appelle le gating en respiration libre. Généralement le moment respiratoire choisi se situe en expiration, phase la plus reproductible du cycle respiratoire (§1.2.2). 1.2.1 Définition des volumes cibles en radiothérapie En radiothérapie de conformation, l’amplitude des marges de sécurité conditionne la précision du traitement. Leur surestimation entraîne une exposition accrue des tissus sains avec augmentation du risque de complications. L’ICRU a spécifié les marges à appliquer : - le 1er volume, le volume macroscopique (GTV) comprend les zones tumorales visibles en imagerie - autour du GTV, le volume cible anatomoclinique (CTV) prend en compte les zones susceptibles d’être envahies - autour du CTV, l’ITV (le volume qui nous intéresse plus particulièrement) prend en compte les mouvements du CTV (s’il y en a) - autour de l’ITV (ou du CTV s’il l’on considère que le mouvement est nul), le PTV est défini par l’addition d’une marge de mise en place afin de prendre en compte les incertitudes de positionnement pendant le traitement.
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PHASE INSPIRATION INSPIRATION MOYENNE EXPIRATION MOYENNE PHASE EXPIRATION e principe consiste en une acquisition suréchantillonnée d’un certain volume patient, synchronisée avec le cycle respiratoire de ce dernier. L’intérêt est de reconstruire un examen complet pour chaque phase du cycle respiratoire : à chaque coupe TDM correspond une information indiquant sa situation dans le cycle respiratoire. Il est alors possible d’attribuer à chaque coupe sa position dans le cycle respiratoire, et de sélectionner les coupes correspondant à même moment respiratoire (fig 1). Fig 1 – Représentation schématique du principe du tri des images sur 4 instants du signal respiratoire (en haut) 1.4 Intérêt et utilisation du 4D Une image 4D CT permet ainsi la quantification du mouvement de la tumeur entre chaque phase. Cette information permet : - le choix de la modalité de traitement ; selon l’importance du mouvement on s’oriente vers le blocage ou la respiration libre ; - le choix de la phase optimale où les mouvements sont les plus petits pour l’utilisation du gating ; - la comparaison des plans dosimétriques réalisés à des temps respiratoires différents ; - la mise en place de marges personnalisées pour aboutir à l’ITV ;
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es scanners les plus couramment utilisés sont des scanners de 3ème génération (fig 2). Le faisceau de RX est en éventail et le nombre de détecteurs est au nombre de 500 à 1000. L’acquisition consiste en plusieurs centaines de projections par rotation de l’ensemble tube-détecteurs sur 360°. La mesure des détecteurs représente la somme des coefficients d’atténuation linéique traversés par les RX. Le processus de reconstruction permet de calculer le coefficient d’atténuation du tissu de chaque voxel. Le nombre CT (nombre d’Hounsfield) relié au coefficient d’atténuation du voxel est attribué à chaque pixel correspondant. NCT = 1000 x (μtissus – μeau)/μeau Le processus de reconstruction est la rétroprojection filtrée : un filtre mathématique est appliqué à chaque projection. Les projections filtrées sont ensuite étalées dans l’image en respectant l’angle d’acquisition ; l’image obtenue est ainsi la superposition de toutes les rétroprojections des projections filtrées. 2.1.2 L’acquisition hélicoïdale Les scanners les plus récents ont un mode d’acquisition axial ou hélicoïdal (fig3). Ce dernier correspond à la possibilité de combiner une rotation continue du couple tube-détecteurs autour d'un lit d'examen, se déplaçant à vitesse constante durant l'acquisition. Le tube à rayons X réalise ainsi un déplacement en hélice, décrivant un cylindre, si on se place dans un repère lié à la table. Le déplacement de la table pendant un tour de rotation du tube à rayons X est déterminé par le facteur d’acquisition « pitch ». Le déplacement de table sur 1 tour est égal au pitch multiplié par la collimation nominale du faisceau ou épaisseur couverte par le faisceau selon l’axe de la table (sens tête-pied du patient). Les coupes sont jointives lorsque le pitch est égal à 1 : la distance parcourue est égale à l’épaisseur balayée. Il y a superposition d’information lorsque le pitch est inférieur à 1 et perte d’information lorsqu’il est supérieur à 1.
Fig 3 – Acquisition hélicoïdale en tomodensitométrie Chaque projection est indexée à l’axe Oz en raison du déplacement du lit et correspond à un angle de rotation précis. Si l’on considère un plan de reconstruction à une position précise dans l’axe Oz, un seul point de l’hélice croise le plan de reconstruction : une seule projection est réellement mesurée. Il faut calculer par interpolation toutes les autres projections du plan de coupe d’angle 0° à 360° (Fig 4). 
Fig 4 – Principe de reconstruction en spiralé 2.1.3 Les modes de reconstruction Les deux algorithmes d’interpolation les plus fréquemment utilisés sont : · l’algorithme 360° linéaire : il interpole les données mesurées à deux positions angulaires identiques avant et après la position du plan de reconstruction. Il utilise donc les données « distantes » de 360° puis pondère les projections selon leur distance au plan de reconstruction. · l’algorithme 180° linéaire : il est similaire à celui utilisé en 360° linéaire mais n’emploie que les données acquises durant une rotation de 360°. Les projections manquantes sont considérées comme similaires à celles mesurées avec l’angle symétrique. Par exemple les données obtenues à 270 (90° + 180°) sont similaires à celles recueillies à 90°. L’incrément correspondant à l’espacement des coupes est un ainsi un paramètre de reconstruction en mode hélicoïdal ; en mode axial c’est un paramètre d’acquisition.
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a technologie multicoupe repose sur la succession de barrettes (2 à 64 en général) de détecteurs dans l’axe z : en mode axial (ou séquentiel), cela permet d’obtenir plusieurs coupes par rotation de tube ; en mode hélicoïdal (ou spiralé), une coupe peut être obtenue par l’association des données de plusieurs barrettes contiguës. L’information provenant des détecteurs est récupérée par un système d’acquisition des données appelé canal. Le nombre de canaux définit le type de scanner multibarrette car il correspond au nombre maximal de barrettes que peut traiter le système par rotation. La largeur de chaque détecteur peut être identique sur l’ensemble de la couronne ou hybride. La largeur et le nombre des détecteurs conditionnent : - l’épaisseur minimale de la coupe (0.5mm minimum en mode axial et 0,6mm en mode hélicoïdal si la taille du détecteur est de 0,5mm) - le nombre de coupes en mode axial.
En mode axial, le temps de cycle ou le temps à une position donnée doit être supérieur ou égal au temps respiratoire du patient additionné au temps de reconstruction d’une image. Ce dernier est égal au temps de rotation avec un algorithme d’interpolation de 360° et au 2/3 du temps de rotation du tube avec un algorithme d’interpolation de 180° (240° en comptant l’angle du faisceau de 60°). En mode hélicoïdal l’avancée de la table pendant le cycle respiratoire doit être inférieure ou égale à la largeur de détection (correspondant à l’épaisseur de coupe) . Ceci se traduit par la relation : Pitch ≤ Temps rotation/ (Cycle respiratoire+Temps rotation) pour une interpolation de 360°
pour une interpolation de 180° 2.2.2 Les Protocoles d’acquisition En pratique un grand nombre de coupes TDM fines et jointives sont acquises en continu ; le patient respire librement pendant que son cycle respiratoire est enregistré. Le tableau ci-dessous résume les différents protocoles d’acquisition 4D CT utilisés d’après la littérature. Quel que soit les paramètres programmés, il a fallu utiliser dans tous les cas un système de synchronisation entre le cycle respiratoire du patient et l’acquisition des images. C’est ce système qui permet de relier à postériori l’instant respiratoire du cycle à chaque image et de trier rétrospectivement les coupes obtenues. La plupart utilisent le RPM (Real-Time Position Management). Par ailleurs, en mode hélicoïdal le tri des données se fait avant la reconstruction, au niveau du sinogramme.
Si l’on compare le mode axial et le mode hélicoïdal, avec des conditions d’acquisition de données suffisantes pour le 4D-CT, le mode axial s’avère être le mieux adapté pour l’acquisition 4D [Pan 2005] ; son inconvénient reste le temps d’acquisition relativement lent mais qui peut être amélioré lorsque le nombre de canaux du scanner augmente. Les inconvénients principaux du mode spiralé sont le rendement de dose et le profil de coupe ; le rendement de dose est défini comme le rapport entre le temps utilisé pour la reconstruction des images et durant lequel le patient est soumis aux RX sur le temps total durant lequel le patient est « irradié ». En mode axial le rendement est de 100% : toutes les données collectées sont utilisées pour la reconstruction d’images. En mode hélicoïdal il est compris entre 90 et 100%. On constate également un élargissement du profil de coupe du à l’interpolation des données à la reconstruction en mode hélicoïdal alors qu’en mode axial le profil de coupe correspond à la collimation de la coupe de l’acquisition. Yüklə 328,56 Kb. Dostları ilə paylaş:
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