Sommaire introduction présentation du contexte et objectif du stage

5.6 Conclusion
Finalement à la vue de ces résultats j’aurais tendance à dire que :
- l’acquisition floue hélicoïdale donne un ITV meilleur par rapport à l’axiale ;

Une image correspond à un temps de 4 secondes en mode axial et un temps compris entre 3 et 3,5 secondes en mode hélicoïdal.

Ce temps est inférieur au signal respiratoire (4,5s), il y a donc une perte d’information temporelle du mouvement dans l’image.

Ce gap temporel se retrouve bien dans la séquence d’images 3D floues du mode axial ;

Une partie du mouvement respiratoire correspondant au temps de déplacement de table entre chaque coupe est perdue ; l’impact en est un ITV diminué.

Il est à noter que le cycle respiratoire du patient est souvent de l’ordre de 4s (inférieur à celui de notre fantôme) ; dans ce cas l’ITV issu du mode axial doit être plus proche de l’ITV réel puisque le mouvement entier est compris dans l’image.

En mode hélicoïdal l’acquisition est continue (contrairement au mode axial) ; il n’y a pas de perte temporelle pendant la durée de l’acquisition ; l’interpolation entre les coupes de l’ITV permet ainsi de conserver la forme globale de l’ITV.
L’acquisition hélicoïdale floue choisie a les caractéristiques suivantes : on intègre à peu près un mouvement de 3.2s sur l’image (peut-être plus) avec une résolution spatio-temporelle :

1s correspond à 1mm de distance parcourue par la table et donc 5s à 5mm.

L’inconvénient majeur est que le scanner n’accepte pas un temps d’acquisition en mode hélicoïdal supérieur à 100s il faut donc diviser ce scan en plusieurs séries ce qui introduit une acquisition discontinue entre les séries (ici on a réalisé le scan en 2 séries).

Pour ce qui est du temps d’examen, même en découpant l’examen en plusieurs séries, il resterait du même ordre que l’axial fait en radiothérapie avec une épaisseur et un incrément de 5mm : environ 400 secondes (6 minutes) sur une longueur de 40 cm.

Par ailleurs avec un incrément plus faible (<3.2 mm) les résultats devraient être meilleurs puisque l’interpolation entre les coupes est plus faible ; le contourage est cependant plus long à faire.
L’acquisition hélicoïdale floue paraît plus adaptée que l’acquisition axiale floue lorsque le cycle respiratoire du patient n’est pas connu ou supposé être long. Dans le cas où le cycle respiratoire du patient est inférieur au temps de rotation du tube l’acquisition axiale 3D est meilleure.
- les acquisitions 4D axiales et hélicoïdales donnent de bons résultats et comparables pour les ITV, ceci par sélection des coupes pour le plateau en position haute et basse. Cependant d’après les constatations du paragraphe 5.2.2 (profil en unité hounsfield du plateau) et 5.3.2 (comparaison des valeurs CT du plateau), le mode axial permet d’obtenir des coupes avec un flou de mouvement plus bas d’où des valeurs CT plus proches de la réalité et est donc plus adapté pour le 4D « pur ».

Pour une bonne adaptation des marges, la résolution spatio-temporelle est primordiale pour avoir une interpolation des contours corrects ; le flou doit rester limité en position minimale et maximale.

Cela est vérifié pour nos 2 protocoles car le temps passé en position haute et basse par le fantôme est suffisamment long ce qui est le cas aussi pour la respiration.

En mode hélicoïdal avec des mouvements rapides et abrupts on obtiendrait un important flou de mouvement et cela serait certainement vrai aussi pour notre acquisition axiale dont le temps de rotation est de 0.75s ; il faudrait le descendre à 0.5s pour réduire le flou de mouvement engendré. Je n’ai pas choisi 0.5s pour avoir une résolution spatio-temporelle suffisante mais nous avons vu au §5.1 qu’elle se serait avérée suffisante.

La résolution spatio-temporelle pour le mode axial et hélicoïdal est respectivement de 1,8s sur 1mm et de 0,8s sur 1,38mm soit un cycle respiratoire (4,5s) sur 2,5mm en axial et 6,75 mm (on ne peut pas descendre plus bas).
Dans les 2 cas on a fait en sorte d’avoir une valeur de CTDI indiquée par le constructeur comparable à l’acquisition 3D floue axiale (de référence). Cependant les mAs se trouvent du coup diminuées par rapport cette dernière. Il faudrait alors vérifier la qualité des images sur un fantôme de qualité corps d’autant plus que nos épaisseurs de coupe sont faibles.

En acquisition axiale la chauffe du tube est montée à plus de 90% et a atteint les limites maximales.

Enfin étant donné la discontinuité de l’acquisition axiale il faut faire peut être attention de ne pas avoir un cycle respiratoire multiple du temps entre couple afin d’être sur d’acquérir des instants du cycle respiratoire différents.
Pour ce qui est du temps d’acquisition sur une longueur de 40 cm on obtiendrait par le mode hélicoïdal un temps d’environ 400 secondes (environ 6,5 minutes) équivalent aux protocoles flous ; une découpe de l’acquisition en 4 ou 5 séries (pour ne pas dépasser les 100 secondes d’acquisition) est alors nécessaire. Par le mode axial on aurait un temps d’acquisition de 720 secondes (12 minutes) avec le temps de rotation de 0,75 secondes et 600 secondes (10 minutes) avec un temps de rotation de 0,5 secondes ; en fait on aurait un temps probablement bien supérieur en raison de la chauffe du tube qu’il faudrait laisser refroidir ce qui en ferait un examen trop long. Ce protocole s’appliquerait mieux pour des petites zones à imager.
- Finalement le protocole 4D axial pourrait permettre d’obtenir un ITV correct mais il faudrait qu’il soit appliqué sur de longueur maximale 10 cm. L’idéal serait également de pouvoir synchroniser automatiquement le scan au signal respiratoire.
- Pour vérifier la reproductibilité de ces résultats d’autres essais sont à faire avec notamment un mouvement de période différente. La qualité des images est également à vérifier.

- Enfin il serait intéressant par la suite de réaliser des acquisitions scanner avec les protocoles décrits ci-dessus en utilisant le fantôme mobile avec, posé dessus, un fantôme « anthropomorphique » de densités proches à celles de la zone du thorax. Il serait alors intéressant de réaliser des planimétries sur les différents ITV et de superposer ensuite ces plans de traitements à l’ITV réel déduit de l’ensemble « fantôme mobile – fantôme anthropomorphique » FIXE (sans mouvement) auquel on ajoute les 2 cm d’amplitude du mouvement. La comparaison des HDV (histogramme dose-volume) permettrait d’évaluer le meilleur protocole en fonction des écarts observés et des paramètres comme la dose reçue parle patient au cours du scanner ou encore le temps d’examen scanner. L’utilisation du logiciel libre et commun CERR réalisé sous Matlab pour la recherche et le développement en radiothérapie à l’université St Louis de Washington nous permettrait la superposition des plans de dose d’une étude avec les contours d’une autre étude (cf annexe 4) et nous permettrait d’obtenir les HDV.

6 Essai avec le patient
Un test avec un patient atteint d’un cancer bronchique (carcinome épidermoïde de stade IV) a été réalisé avec le scanner 4 barrettes MX8000 (scanner diagnostique) avec la plaque patient posée sur le sternum (2 points d’appui au bas des mamelons et un en haut de l’abdomen) et le protocole suivant :
Mode hélicoïdal

Temps rotation  0.5s

Pitch  0.5

Collimation nominale  4mm

Incrément 1.3mm

Epaisseur 1.3mm

mAs  250

kV  120

CTDI 21,3 mGy

Temps 97,92s

Le patient présentait une respiration abdominale ce qui nous a permis de récupérer un mouvement convenable à partir des images (fig 25). Le mouvement est extrait par la position du fil de cuivre de chaque coupe. Le logiciel Focal nous donne la position de ce marqueur en prenant comme origine des axes le centre de l’image.

Fig 25 - Signal Respiratoire du patient par coupes

Pour trier les coupes du patient inspiration et expiration, on procède à la normalisation de ce signal :

z0

n.∆t

zn

yn_théorique = y0 + s(n.∆t)




y_s

y_max

y_min

y_n

Fig 26 – Principe de normalisation du signal extrait de la plaque

On normalise le mouvement de la plaque par rapport aux 2 droites joignant les minima et maxima du signal (fig XXX) : yn = (y_s - y_min)/(ymax – ymin).

Ce qui conduit à un signal de la forme :


Fig 27 - Représentation du signal respiratoire normalisé du patient en fonction des images

La plaque n’est pas assez longue : 26,5 cm et n’englobe donc pas tout le poumon ; en outre le signal au niveau du sternum n’est pas exploitable car le mouvement est pratiquement nul. Finalement une seule partie des données peut être traitée et après division du signal en 4 bins, on obtient seulement en inspiration et expiration 33 coupes par phase.

Le contourage donne :

structures	EXPI	INSPI	LIBRE
Poumon Droit	1788.6 cc	2053.2 cc	1958.8 cc
Poumon Gauche	1669.9 cc	2031.3 cc	1884.4 cc
GTV	19.7 cc	21 cc	26.6 cc

Le GTV_inspiration interpolé a un volume plus petit que le GTV lors d’une respiration libre. L’échantillonnage n’est pas suffisant.

L’espace entre les piles de coupes est de 2 cm environ ce qui engendre des incertitudes sur les volumes de traitement et donc sur les marges et les champs de traitement. Le déplacement de table est trop rapide : 2mm sur 0.5s ; les résultats auraient été probablement légèrement meilleurs avec le scanner MX8000 à 2 barrettes car le déplacement de table aurait été 2 fois plus faible.

On acquiert un signal de période 6,5s ; la période respiratoire du patient est d’environ 3,25 s.

Concernant la réalisation d’une planimétrie à la phase expiratoire et à la phase inspiratoire, l’incertitude sur les volumes est trop importante pour avoir une validité des distributions de doses.

Il en est de même pour la détermination de la part de poumon sain sur-irradiée pendant une certaine phase (voir les images en annexe 6).

On a malgré tout évalué le déplacement des bronches et de la trachée entre la phase inspiratoire et expiratoire. On trouve un déplacement maximal de 1 cm pour les bronches en droite-gauche et un déplacement maximal de 5 mm en antéro-postérieur. La trachée elle ne bouge pratiquement pas. Ces données sont très approximatives vu le manque de données dont nous disposons.(les interpolations sont très larges).
Lors d’une prochaine acquisition il serait mieux d’appliquer un des 2 protocoles 4D décrits ci-dessus avec le fantôme sur le scanner MX8000 2 barrettes (toutefois les 2 protocoles risquent de nécessiter plusieurs séries, l’un à cause de la chauffe du tube, l’autre à cause du temps d’acquisition) et d’utiliser comme outil de repérage du cycle respiratoire ou bien l’ABC ou bien une tige rigide posée via une ventouse d’ECG sur l’abdomen du patient afin d’avoir un signal exploitable tout le long du poumon ; ceci d’autant plus si l’on fait une acquisition 4D axiale : le signal obtenu est discontinu et une normalisation est alors difficile. Il vaut mieux dans ce cas avoir un mouvement de base représentant le mouvement respiratoire de forme sinusoïdale plutôt que sinusoïdale amortie.

Conclusion
La prise en compte de la respiration pour les cancers pulmonaires est essentielle : le mouvement de certains organes au cours du traitement, oblige l'oncologue radiothérapeute à agrandir la zone irradiée jusqu'aux limites des mouvements envisageables. Ceci fait perdre une partie du bénéfice de la technique acquise avec la radiothérapie de conformation car certains tissus sains sont ainsi inévitablement exposés.
L’intérêt d’acquisitions 4D lors de tumeurs et d’organes en mouvement au cours du temps est multiple ; l’imagerie 4D permet :

• 
  la distinction entre les tumeurs mobiles et non mobiles d’où le choix de la modalité de traitement la plus adaptée pour le patient (blocage respiratoire ou non)  ;
  
• 
  la comparaison des plans dosimétriques réalisés à des temps respiratoires différents d’où le choix de la phase respiratoire optimale pour le patient en cas de gating ;
  
• 
  la connaissance des mouvements des organes et de la tumeur au cours du cycle respiratoire d’où l’adaptation des marges de traitement pour le patient en cas de respiration libre.
  

L’imagerie 4D requiert 2 éléments :

• 
  une acquisition suréchantillonnée, fine et donc longue pour avoir un maximum d’images représentant le volume à des instants respiratoires différents.
  
• 
  la connaissance du mouvement respiratoire au cours de l’acquisition qui permet le tri des images correspondant aux mêmes instants respiratoires.
  

Des scans dédiés 4D présentent des caractéristiques spécifiques : temps de rotation et pitch bas, système de synchronisation. Les protocoles « 4D » proposés présentent donc des valeurs basses limites pour le temps de rotation, pitch ou épaisseur de coupe.

A partir de l’étude réalisée sur les protocoles possibles avec le matériel disponible au Centre Léon Bérard, il me paraît difficile d’arriver à une « réelle » acquisition 4D. On a tenté de s’en rapprocher pour obtenir les images avec un flou de mouvement minimum. Les temps de rotation, les épaisseurs de coupe, incréments et pitch ont été déterminés pour avoir un compromis entre la résolution spatiale (flou bas) et la résolution temporelle. Ceux-ci ont été en général fixés à leurs valeurs limites minimums.
Le tri des coupes issues de l’expiration et de l’inspiration (qui comportent un profil CT proche de l’image fixe) et la superposition du GTV_inspiration et du GTV_expiration interpolés pour en extraire l’ITV pourrait permettre une meilleure personnalisation des marges par rapport à l’acquisition 3D floue.
Avec les essais réalisés sur le scanner MX8000, 2 barrettes de Philips, on aboutit à des ITV proches de l’ITV réel que ce soit en mode axial ou hélicoïdal.

Le mode axial donne une meilleure résolution temporelle et spatiales (les images comportent moins de flou de mouvement) cependant le temps d’acquisition est plus long et la chauffe du tube importante risque d’augmenter encore le temps. En outre son acquisition non continue comporte le risque de se retrouver avec seulement qu’une partie des moments respiratoires du patient dans le cas où le cycle respiratoire est multiple de la période d’acquisition. Cette discontinuité d’acquisition peut provoquer une perte de résolution temporelle.

Les résultats des acquisitions 4D sont meilleurs comparés à ceux du 3D flou.

En ce qui concerne la récupération du signal respiratoire, une tige rigide posée sur l’abdomen du patient pourrait convenir ou alors l’ABC (Active Breath Control) si le système de la tige s’avère ne pas correspondre. La synchronisation serait alors faite manuellement par l’utilisateur.

Pour compléter cette étude, il faudrait :
- vérifier la reproductibilité des résultats avec des périodes respiratoires différentes

- vérifier la qualité des images obtenues sur un fantôme qualité (les épaisseurs des protocoles 4D étant faibles)

- réaliser des acquisitions avec les protocoles 4D et 3D flous en utilisant le fantôme mobile et, posé dessus, un fantôme « anthropomorphique » de densités proches à celles de la zone du thorax ; ensuite il faudrait superposer des différents plans de traitement (dûs aux ITV différents) avec l’ITV réel et comparer les HDV (histogramme dose-volume) afin d’évaluer le meilleur protocole en fonction des écarts observés et des paramètres d’examen scanner comme la dose reçue par le patient au cours du scanner ou encore le temps d’examen scanner.