Dosimétrie in-vivo en...

Sébastien Siméon Radiophysicien

Dosimétrie in-vivo en radiothérapie

Qu’est-ce les mesures in-vivo en radiothérapie ?

En radiothérapie, la dosimétrie in-vivo consiste à réaliser des mesures de

doses pendant le traitement d’un patient.

• sur / dans le patient

• avec le patient

Objectifs

– Pour chaque patient :

» vérifier l’adéquation entre la dose délivrée et la dose prescrite => détecter et corriger les erreurs systématiques entre la préparation et la 1ère séance de traitement

» mesurer des doses en des points d’intérêt (OAR : pacemaker, gonades, cristallins…), Contrôle de la dose délivrée à un OAR par rapport au calcul, aux contraintes

– Pour une technique particulière d’irradiation ou dans unservice : évaluer la qualité globale des doses délivrées (« audit interne »)

Pourquoi des mesures in-vivo ?

o Précision de 5% souhaitable,variation de 10% au volumecible peut modifier de façonsignificative le contrôle localde la tumeur ou taux decomplication

o Pouvoir garantir précision de5% sachant que l’”Erreur esthumaine” (1à 3%)

o Programme assurance qualité

o Recommandations SFPH –SFRO

o ICRP Publication 86

o Accréditation –Certification(HAS)

o Législation

Législation

Circulaire Sécurisation de la pratique de la radiothérapie externe du 11 juin 2007 : « Recommandation souhaitée le plus promptement possible »

Critères Inca opposable depuis Mai 2011

!! Problèmes pour les faisceaux modulés en intensité !!

Mesures in-vivo

Mesures in-vivo = L’unique solution pour vérifier la dosedélivrée au patient, mesure in-fine sur le patient

Recommandée pour l’amélioration de la qualité destraitements

– En l'absence d'erreurs les mesures de routine in vivo, permettent deconfirmer que le traitement est correctement délivré (conditionsd'acceptation du centre).

– Permet la détection de plusieurs types d’erreurs

Utilité prouvée, Mesures in-vivo auraient éviter quelquesaccidents de radiothérapie

Plan

Introduction

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

Quelle mesure pour quel contrôle ?

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

Détermination de la dose à mi-épaisseur

Aspects pratiques

Conclusion

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

1. Contrôle de qualité de l'irradiation pour chaque patient : détection

d’erreur

o But détecter les erreurs systématiques provenant de l’étape de

préparation

• Première séance pour chaque champ et à chaque

changement d'un des paramètres

• Impératif avec système de contrôle de paramètres

• Lecture immédiate : patient en place

Sources d'incertitudes :

- Acquisition des données patient (contours, hétérogénéités)

- Dosimétrie des faisceaux d'irradiation

- Calcul de la répartition de dose

- Transfert des données (transcription,...)

- Mise en place du patient

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

o But détecter les erreurs aléatoires au cours des séances

(reproductibilité) erreurs de mise en place

- ~1000 paramètres géométriques et dosimétriques à mettre

en place sur un poste par jour

- Mesure à chaque séance

- Irréaliste à l'heure actuelle

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

2. Evaluation de la qualité globale d’une technique de traitement

Mesures répétées selon un protocole

- sur un nombre limité de patients (éventuellement tous les jours)

- sur un plus grand nombre de patients sur une plus grande

période

But : détection d'erreurs sytématiques liées à la technique

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

Résultats

été 2007Réalité Objectif

3. Mesures de dose dans des situations où le calcul est imprécis ou

les conditions de traitement différentes du calcul prévisionnel

ICT “Monitorage” [ Bonvalet 96 ]

Per-opératoires [Puel 96 ]

Dose en dehors du champ d’irradiation

Présence d’hétérogénéité

Dose surface cutanée

Cas d’un Stimulteur cardiaque implantable AFFSAPS Le stimulateur doit

être protégé de l'irradiation et ne doit en aucun cas recevoir une dose cumulée supérieure à 5 Gy.

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

4. Evaluation de la qualité de la dose délivrée dans un département :

sur une période donnée, en continu

Par mesure sur tous les patients, éviter erreur systématique pour

tous les patients

- Données physiques (coefficients de transmission, coins,

porte-caches,..., rendement en profondeur, RTA, RTM)

- Logiciel de calcul de la distribution de dose, du nbre d'UM

- Calibration du faisceau, erreur de calcul, choix d'un mauvais

coefficient

Les différentes philosophies des mesures in-vivo

Quelle mesure pour quel contrôle ?

Idéal : placer un dosimètre directement au point de spécification

de la dose (volume cible)

Réalité : RAREMENT POSSIBLE

En routine : “Techniquement Réalisable“

o mesure de la dose à l’entrée

o mesure de la dose à la sortie

o mesures de doses internes, intracavitaires

o ou par calcul à partir des doses mesurées à l’entrée et

sortie

1. Dose ponctuelle à l'entrée du patient (mesure)

Détecteur placé sur ou en dehors de l'axe du faisceau

o Fonction :

- des caractéristiques du faisceau émis par la machine

- du positionnement du patient

- de la présence des accessoires interposés dans le faisceau

o Contrôle :

- Temps d'irradiation / nombre d'UM

- Coin

- Caches

- Valeur UM

- Mise en place patient (DSP)

- Dimensions du champ

Quelle mesure pour quel contrôle ?

2. Dose ponctuelle à la sortie du patient (mesure)

o Détecteur placé sur ou en dehors de l'axe du faisceau

Fonction :

- Paramètres agissant sur l'entrée

- Anatomie du patient :

épaisseur, hétérogénéités des tissus traversés

o Contrôle :

- Epaisseur

- Prise en compte des hétérogénéités

- Couplée à la dose d’entrée => calcul dose au volume cible

Quelle mesure pour quel contrôle ?

3. Dose transmise (mesure)

Ne pas confondre avec la dosimétrie

portale réalisée sans patient qui est utilisée pour

la vérification des faisceaux

o Matrice de dose transmise (systèmes d'imagerie temps réel)

=> Dose sur l’axe

Distribution de dose

Profil de dose mesuré

Quelle mesure pour quel contrôle ?

4. Dose interne (cavités naturelles) (mesure)

o Dose au volume cible

o Dose aux organes à risque

Quelle mesure pour quel contrôle ?

5. Dose au point de spécification et comparaison à la dose

prescrite (calcul)

Contrôle :

1. Erreurs de dosimétrie

2. Erreurs de mise en place du patient

3. Variation de la réponse du moniteur de l'accélérateur

Quelle mesure pour quel contrôle ?

1. Définition de la stratégie et des modalités de mise en oeuvre

Quels objectifs ?

Mesure de dose / estimation de la dose / contrôle absence d’erreur

Mesure pour tous les faisceaux Photons / électrons / IMRT /

arcthérapie / minifaisceaux ?

Notion de techniquement mesurable

Photons

Electrons

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

Photons

Electrons

Juin 2011

– Quelle précision souhaitée ?

– Précision de 5% souhaitable, variation de 10% au volume ciblepeut modifier de façon significative le contrôle local de latumeur ou taux de complication

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

– Quelle technologie, quels détecteurs utiliser pour les faisceauxPhotons / électrons / IMRT ?

Diodes / Mosfet / Thermoluminescence / autre

Comment gérer les différentes énergies ?

– Quels contrôles ?

Dose d’entrée

Dose de sortie

Mesure à l’isocentre

Calcul de la dose à l’isocentre à partir

des doses d’entrée et sortie mesurées

=> La plus simple : dose d'entrée

Isocentre

– Comment intégrer les mesures in-vivo dans l’organisation existante ?

– Quelle procédure, quelle méthodologie associer?

– Quels moyens matériels et humains ? Qui fait les mesures en routineet recueille les résultats ?

» Mesure par les physiciens

» Mesure dose d’entrée en temps réel, validation par les manipulateurs

» Mesures des doses d’entrée en temps réel par manipulateurs et calcul de la dose à l’isocentre en différé par un dosimétriste ou physicien.

– Quelles responsabilités entre manipulateurs, physiciens, médecins ?Qui interprète les résultats ?

…

– Plusieurs procédures peuvent être utilisées dans un même service =>toujours un compromis

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

– Quel seuil d’acceptation des résultats ? Quel seuild’intervention et pour quelles actions ? Que faire des résultats endehors des tolérances ?

– Comment et où sont enregistrés les résultats ? Existe-t-il unlogiciel associé aux dosimètres ? Logiciel commercialisé, logicielmaison ? Résultats dans le dossier informatisé du patient ?

Gauducheau,

Nantes

IGR, Villejuif

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

2. Quels dosimètres ?

Dosimètres thermoluminescents

Lecture différée

- Equipement :

*Lecteur : manuel, automatique 45 à 75 K €

*Four, balance,

*Dosimètres 10 à 15 € le dosimètre

- Travail :

* mise en route, calibration, formation, interprétation des résultats

* calibration périodique, régénération, mesures, lectures

- Consommables : fluides, dosimètres,...

Pastilles thermoluminescentes

Lecteur automatique

2. Quels dosimètres ?

Dosimètres OSL (luminescence stimulée optiquement)

Lecture différée

Matériau : le plus courant Oxyde d’aluminium dopé

au carbone (Al2O3 :C)

Forme : pastilles

Avantage par rapport à la thermoluminescence :

signal non perdu après lecture

Etude en cours : réalisation de détecteurs 2D

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

2. Quels dosimètres ?

Diodes / mosfet

- Equipement par machine de traitement :

*Diodes, mosfet 750 € la diode

*Electronique 4500 €

- Travail :

* mise en route, calibration initiale, formation, interprétation

des résultats

* calibration périodique, mesures, lectures

- Consommables : diodes,...

DIODE

Mesure en un point (axe de chaque faisceau)

– A lecture immédiate / temps réel

» Diodes semi-conducteur

Type de diodes

Possibilité de rajouter un « bolus » pour obtenir le point

de mesure à la profondeur z max de l’énergie

Haute énergie (23MV, 25MV)

Moyenne énergie (10MV,15MV)

Basse énergie (4MV, 6MV)

Mesure en un point

– A lecture immédiate après lafin d’irradiation

» Détecteur Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field effect Transistor)

Système

BEST MEDICAL CANADA (BMC)

Technologie récente

Moins de facteurs de

variation que les diodes mais

à renouveler plus

fréquemment que les diodes

Système One Dose Sicel Technologies

Détecteur Mosfet à usage unique, livrés calibrés

Détecteur Mosfet implantable

Int.J.radiation Oncology Biol Phys Vol69, N°3, P925-935

DVS Sicel Technologies, Inc, Morrisville, NC)

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

2. Quels dosimètres ?

Système d'imagerie de contrôle temps réel

- Equipement par machine de traitement :

*Imageur 240 K € Silicium amorphe

*Logiciel de calcul de la dose à partir de la matrice de

l'image 50 K €

- Travail :

* mise en route, calibration initiale, formation, interprétation

des résultats

* préparation des fichiers, calibration périodique, mesures,

analyse, comparaison avec calcul

3. Quels types de mesure?

o Mesures systématiques ( 400 Patients / an / machine )

- Matériels : moniteurs de dose, diodes

Amortissement 5 ans (1 système/appareil de traitement) 3 €

- Consommables (diodes) : 2 par an 4 €

- Personnels : manipulateurs, technicien, physicien : 1h 25 €

Coût par patient : 32 € / Coût d’un traitement : 2200 €

o Mesures particulières (RTL) : 200 Mesures par an

- Matériels : lecteur RTL 9 €

Amortissement 10 ans

- Consommables (dosimètres) 1 €

- Personnels : 1h 25 €

Coût par traitement : 35 €

3. Quels types de mesure?

Mesures in vivo < 2% coût du traitement

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4. Tests des dosimètres

- Déterminer, analyser et vérifier les performances des dosimètres

en fonction des paramètres susceptibles de les influer, dans des

conditions les plus proches de leur utilisation

- Définir leurs limites, les précautions à prendre

Précision des mesures

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4.1. Calibration des diodes : relier le signal du détecteur à la dose dans

des conditions de référence

Etalonnage des diodes de telle sorte que placée à la surface d’un fantome, en

équilibre électronique, elles indiquent la valeur de la dose d'entrée mesurée

par la chambre d'ionisation placée à la profondeur du maximum.

* e max (bolus si capuchon insuffisant)

* Réglage des diodes pour avoir

directement l’affichage de la dose

d’entrée ( e max) : la lecture 100

correspondra alors à 100 cGy.

DSP 100 Chp 10*10

e max

Chambre

Diode

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4.2. Diodes : Réponse des diodes lors d’irradiation postérieure

Après calibration des diodes, pour utilisation des diodes en

sortie de faisceau

DSP 100

e

0.9 < Fcor < 1.1 e max (bolus si capuchon insuffisant)

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4.3. Diodes : Réponse des diodes en présence d’un coin physique

ou intégré

( Lcoin / coefficient de transmission ) / L

Exemples Coin physique Coin dynamique

X6 0.945 1

X10 1 1

X25 1 1

L Lcoin

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4.4. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la taille de champ

EFFET DE LA TAILLE DE CHAMP

0,94

0,96

0,98

1

1,02

1,04

1,06

0 10 20 30 40

Dimensions (cm)

X 6 MV,

X 10 MV, EDP 10

X25 MV, EDP 20

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4.5. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la distance

source-diode

DSDiode

EFFET DE LA DSP SUR LA REPONSE

DES DIODES EDP20

0,99

1

1,01

70 90 110 130 150

DSP (cm)

X 6 MV

4.6. Diodes : Réponse des diodes en fonction de l’obliquité du

faisceau

4.7. Diodes : Réponse des diodes en fonction du débit de dose

4.8. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la dose

• Température ambiante

- t° salle : 22° à 25°C : conditions d’ étalonnage,

diode sur contention (masque), diode sur table de traitement

- t° peau patient : 32°C après 4 minutes (en pratique

28°C pris en compte supposant une durée de présence de la diodeau contact de la peau du patient de 1 à 2 minutes (Grusell andRikner-1993)

Correction : 0,3% / °C *

* Données Institut Gustave Roussy, Villejuif

4.9. Diodes : Réponse des diodes en fonction de la température

Mise en route des mesures in-vivo dans un service

4.9. Diodes : Influence des diodes sur les profils de dose

=> Mesures quotidiennes exclues

-10

10

30

50

70

90

110

-100 -50 0 50 100

Profil à 50 mm sans

diode

Profil à 50 mm avec

diode

X6 MV

Effet des diodes sur un profil de dose X25 MV

-10

10

30

50

70

90

110

-100 -50 0 50 100

Profil à 50 mm

sans diode

Profil à 50 mm

avec diode

Profil à 50 mm

avec diode et

bolus

=> Mesures quotidiennes exclues

D 1 / 2

D S M

D E M

e

e / 2

e / 2

e m a x

D S P

D S T

e m a x

DTM (D12 )ii1

n

coincal CCFCDSMDEMD 2/21

Détermination la dose à mi-épaisseur

[NOEL 95]

Méthodologie : Reconstitution de la dose à mi-

épaisseur (D1/2) sur l'axe du faisceau en

multipliant la moyenne des doses d'entrée et de

sortie corrigées * par un facteur de correction

(FC) #

*Corrigées des paramètres susceptibles

d'affecter la réponse des détecteurs utilisés :

coin, température, débit de dose

# Fonction de l’énergie du faisceau, dimensions

du champ, distance de traitement, épaisseur du

patient

)²( maxDSPcal

eDSPcalFCcal

* Facteur Ccal : facteur introduit pour prendre en compte

les conditions de calibration (diode placée à la peau, dose

à la profondeur emax ) :

* DEM : Dose d'entrée mesurée corrigée des facteurs

coin, taille de champ

* DSM est la dose de sortie mesurée corrigée du facteur de

réponse de la diode pour une irradiation postérieure, du

facteur coin et de la taille du champ

Définition de la procédure associée aux mesures :

Exemple des mesures in vivo

- Mesures de la dose, recherche d’erreur systématique de manière

systématique pour tous les faisceaux photons à la première séance et à

chaque changement d’une des caractéristiques d’un faisceau.

- Validation de la dose si l’écart entre la dose mesurée et la dose calculée

est inférieur à ± 5%. Différents niveaux d’actions.

Aspects pratiques

Mesures in vivo

Aspects pratiques

1er niveau : - déclenché par les manipulatrices d’après affichage

direct des diodes en dose d ’entrée

- vérification que l ’écart entre la dose d’entrée

mesurée et la dose calculée est inférieur à 10%

si écart supérieur : contrôle de tous les paramètres,

recherche immédiate d ’une éventuelle erreur

commise dans la phase de réalisation du

traitement. Appel éventuel d ’un physicien.

Mesures in vivo

Aspects pratiques

2eme niveau : - réalisé par les physiciens

- reconstitution de la dose au point de spécification

* si 5% < écart < 10%, mesures in vivo

demandé le lendemain

* si écart > 10%, étude approfondie du dossier

(dosimétrie, calcul du temps de traitement) +

mesures in vivo le lendemain + présence du

physicien

Saisie des données dans le dossier informatisé

Mesures in vivo [Noel 95]:

- Etude réalisée sur 5 ans, 7519 patients

-79 erreurs ont été détectées (écart ≥ 5 %), dont plus de la

moitié aurait entraîné une variation sur la dose délivrée

supérieure à 10 %.

- Erreur entre la dose réalisée et la dose prescrite est

inférieure à 5% dans 91.3% des cas, compris entre 5% et 10%

dans 8% des cas et 3/4 des seconds contrôles reviennent

dans la fourchette des ±5%.

EXEMPLES

Au poste de traitement :

Lat g : De mes : 118 Ds mes : 83

Lat d : De mes : 122 Ds mes : 82

Exemple : ORL 2 faisceaux latéraux X6

De calculée par le logiciel de calcul

de dose : 120 cGy

Epaisseur : 12 cm

E=12 cm

COEFFICIENTS DE CORRECTION

X25 X10 X6 60Co

ISO DSP ISO DSP ISO DSP ISO DSP

5

8

12

16

20

24

30

35

40

1,020

1,045

1,045

1,045

1,013

0,970

0,906

0,852

0,779

1,020

1,045

1,045

1,045

1,035

0,999

0,945

0,900

0,855

1,030

1,030

1,030

1,020

0,964

0,921

0,857

0,803

0,750

1,030

1,030

1,030

1,020

0,989

0,950

0,893

0,845

0,797

1,040

1,040

1,020

0,997

0,945

0,893

0,815

0,750

0,685

1,040

1,040

1,020

1,020

0,972

0,924

0,852

0,792

0,732

1,029

1,029

1,025

0,944

0,862

0,781

0,658

1,029

1,029

1,026

0,953

0,880

0,808

0,699

Coefficient de correction Fc : 1.02

Coefficient de correction Fc : 1.02

Lat g : De mes : 118 Ds mes : 83

Lat d : De mes : 122 Ds mes : 82

Correction irradiation diode en post X6 : 0.915Fcal = (100+1.4)2 / 100 2 = 1.028

Exemple : ORL 2 faisceaux latéraux X6

D1/2 = [(DEM + DSMCor)/2] x FC x Fcal

=>>Dlatg = [(118 + 83*0.915)/2] x 1.02 * 1.028 =101.7 cGy

Dlat = [(122 + 82*0.915)/2] x 1.02* 1.028 =103.3 cGy

Dose totale mesurée =205 cGy

Prescription médicale = 200 cGy D = +2.5%

CONCLUSIONS

Pendant très longtemps, malgré recommandations SFPH / SFRO (Mesures

systématiques à la première ou deuxième séance), peu de mesures in vivo

(à part techniques particulières ICT,..) ou ICRP Publication 86

Enquête CNAM de 1999 (178 centres sur 179 enquêtés), moins de 10% des

centres pratiquent la dosimétrie in-vivo,

pour 90% des centres (98% des patients, soit plus de 150.000 patients par

an ?) dose distribuée non connue car non mesurée

Pourquoi ? Coût, travail, "à priori" sur ce type de mesures, choix

d'investissement plus prestigieux, Mise en place en routine clinique

souvent considérée comme difficile, « volonté » des physiciens de mesurer

la dose délivrée plutôt que de vérifier l’absence d’erreur…

Puis il y a eu la législation …et l’obligation

– Circulaire Sécurisation de la pratique de la radiothérapie

externe du 11 juin 2007 : « Recommandation souhaitée le plus

promptement possible »

– 1 des 18 Critères Inca opposables depuis Mai 2011