FR 2823679 A1 20021025 FR 0105437 A 20010423 PROCEDE ET DISPOSITIF DE PILOTAGE D'UNE UNITE DE RADIOTHERAPIE EN WE DU TRAITEMENT DE TUMEURS - THORACIQUES L'invention concerne un procédé et un dispositif de pilotage d'une unité de radiothérapie en vue du traitement de tumeurs thoraciques, c'est-à- dire de tumeurs situées au niveau de la cage thoracique (poumons, seins... ) et dont la position varie en fonction de l' expansion thoracique. o Dans le domaine de la radiothérapie, les scanners à rayons X sont maintenant intogrés dans les services, et ont conduit à fondamentalement trans former l e s pro c é dures de prép aration. L' acquisiti on hélicoï dale a, en effet, diminué la durée de l'examen et permis à la fois un nombre important de coupes et une épaisseur de reconstruction faible. Ces images de grande qualité ont ravi s les utilisateurs autant pour l'exploration en vue du contourage que pour la simulation virtuelle. La forme des faisceaux d'irradiation a ainsi pu être déduite de la forme du volume-cible, et le calcul tridimensionnel de la distribution de doses a offert des outils d'analyse favorisant une optimisation dosimètrique. - En contrepartie, la précision introduite par l'information de o la procédure de simulation a imposé de limiter l'erreur de positionnement quotidienne. Ainsi, des contentions personnalisées réalisces avant l'acquisition scanner sont maintenant utilisces au cours de toutes les scances de traitement. Malgré cela, des évaluations ont toutefois mont-ré les limites de la précision quotidienne et ont conduit à adopter des marges adaptées à chaque situation. :5 Plus difficile, par contre, est la prise en compte des mouvements internes de la tumeur thoracique entre les différentes phases de la préparation et lors de chaque séance de traitement. De toutes les sources de mobilité, en effet, la respiration engendre les plus importantes perturtations. Les déplacements les plus importants, tels que l'ont démontré plusieurs études, sont o situés près du diaphragme et peuvent atteindre jusqu'à 4cm, et sont donc très supérieurs à l'erreur de repositionnement quotidien. Afn de solutionner ce problème, il a été envisagé d'évaluer les amplitudes de mouvement des tumeurs avec la respiration, et d'incoporer ces amplitudes dans le plan dosimétrique. Toutefois, il est apparu peu réaliste - d'appliquer des marges correspondantes sans risquer de créer des complications importantes des poumons et de compromettre la qualité de soin du patient. I1 convient d'ajouter à ces données, que la qualité du traitement est également fonction de l'habileté des opérateurs qui ne sont pas toujours forcément les mêmes lors d'une série de séances de traitement. Dans la pratique, il découle de tout ce qui précède que la o qualité de la radiothérapie ne se trouve pas à la hauteur des espérances générces par la simulation virtuelle, et que d'une part les doses d'irradiation sont actuellement obligatoirement relativement faibles, et d'autre part les cas de pneumopathies radiques sont actuellement beaucoup trop nombreux. La présente invention a pour objectif de pallier les s inconvénients précités de la radiothérapie et a pour objectif essentiel de fournir un procédé de pilotage conduisant à réduire de façon notable les marges géométriques telles qu'actuellement introduites, et par là-méme à quasi éliminer les risques de pneumopathies radiques, et permettre d' augmenter les doses administrées. o Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé permettant de commander un déclenchement automatique des irradiations. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé permettant aux patients de se prendre en charge et de vivre les séances de traitement de facon sereine. A cet effet, l'invention vise, en premier lieu, un procédé de pilotage d'une unité de radiothérapie de tumeurs thoraciques selon lequel: À dans une phase préalable de préparation: - on mesure le volume courant métabolique du patient, et on mémorise une valeur, dite valeur de repos, représentative de son o nive au ventilatoire de rep os, - et lorsque le patient est dans des conditions respiratoires de repos, on demande à ce dernier d'effectuer une inspiration ou une expiration profonde, on détermine le niveau respiratoire pour lequel l'irradiation sera déclenchée, et on mémorise une valeur, dite valeur de déclenchement, représentative de ce niveau respiratoire, À et lors de chaque scance de traitement, on rnesure en s continu le niveau respiratoire du patient et: - lorsque le patient est au repos, on compare son niveau ventilatoire de repos avec la valeur de repos mémorisée, - lors d'une correspondance entre les valeurs de repos mesurée et mémorisée, on lance une séquence d'irradiation consistant à o autoriser le déclenchement de ladite irradiation uniquement lorsque le patient a bloqué sa respiration à un niveau respiratoire correspondant à la valeur de déclenchement mémorisée et à commander l'arrét de l'irradiation lorsque le patient cesse son apnce, - et on répète les cycles repos/déclenchement jusqu'à s ce que le temps d'irradiation prévu pour la séance soit écoulé. Selon ce procédé, dans une phase préalable, on mémorise deux valeurs représentatives respectivement du niveau ventilatoire de repos du patient, et d'autre part du niveau respiratoire de ce patient pour lequel on a décidé de déclencher l'irradiation. o Ensuite, lors de chaque séance de traitement, l'irradiation n'est déclenchée que si le patient7 préalablement en situation de respiration de repos, est parvenu à bloquer sa respiration au niveau de respiration de déclenchement requis. Le déclenchement n'intervient donc que moyennant le s respect de deux conditions: une condition initiale qui impose que le patient respire normalement avant de faire son apnée, et une condition fmale qui impose que l'apnce soit réalisée avec un niveau de respiration toujours identique lors d'une même séance, et d'une séance à une autre. L'obligation de respecter ces deux conditions, associée au fait que les deux valeurs calculées en phase préalable sont mémorisées dans un fichier dédié au patient, conduisent à l'obtention d'une parfaite reproductibilité des conditions d'apnée et à une parfaite répétitivité des irradiations. Dans la pratique, le fait que les irradiations soient effectuées alors que lé patient est en apnée c'est-à-dire alors que la tumeur ne subit aucun mouvemènt résultant de la respiration, associé à la parfaite reproductibilité de ces conditions d'apnée, permettent d'éliminer ou tout au moins s de notablement réduire les marges théoriques telles qu'actuellement introduites pour tenir compte des mouvements respiratoires. I1 est à noter que l'élimination pure et simple de ces marges théoriques peut intervenir si on décide de ne pas prendre en compte les mouvements cardiaques transverses ou les éventuels relachements thoraciques. o Dans l'hypothèse de la prise en compte de ces éléments, il s'avère que ces marges théoriques peuvent étre de l'ordre de 2 à 3 mm. I1 résulte des avantages précités liés à l'invention, que le procédé selon l'invention conduit à une situation nouvelle o le risque de pneumopathies radiques peut diminuer au point de ne plus présenter un obstacle aux projets d'augmentation des doses. Le procédé selon l'invention replace donc la simulation virtuelle thoracique au niveau de qualité espéré. De plus, la diminution de l'irradiation des poumons offre des perspectives d' augmentation de la prescription des doses et constitue un préalable à l'application des irradiations modulées. Selon un mode de mise en _uvre avantageux, on mémorise une valeur de déclenchement représentative d'un niveau d'inspiration profonde. I1 s'est, en effet, avéré que l'inspiration profonde qui conduit à l'augmentation des poumons et à la diminution de leur densité, entrane une diminution du volume cible qui contribue à la protection du poumon. De plus, l'augmentation du volume des poumons est salutaire pour les nombreux malades insuffisants respiratoires du fait de leur tabagisme, car elle peut constituer pour certains une source de réussite de leur radiothérapie. Selon un autre mode de mise en _uvre avantageux, on o projette au patient une représentation de sa courbe respiratoire sur un support sur lequel sont matérialisoes les valeurs de repos et de déclenchement mémorisces. s Cette visualisation, par les patients, de leur courbe de respiration permet à ces derniers de se prendre en charge et de les impliquer dans la ma^trise du niveau d'apnée. Dans la pratique, une telle prise en charge tend à rendre les patients plus attentifs et plus sereins. De plus, concernant cette sérénité, il est à noter que le patient est le seul ma^tre du moment o il va déclencher son apnée, à partir du moment o il respire normalement. Par conséquent, il peut effectuer la séance de traitement à son rythme, sans aucun stress. De façon avantageuse, selon l'inventon, on se fixe une o marge de mesure des valeurs de repos et de déclenchement, et l'on mémorise la plage des valeurs de repos et de déclenchement correspondantes. De plus, on fixe avantageusement une marge de mesure de plus ou moins 0,1 1. Cette marge de mesure a pour objectif de prendre en compte les variations possibles du niveau ventilatoire de repos et du niveau d'apnce, qui peuvent étre estimées de l'ordre de 5 % de la capacité vitale pour un blocage en inspiration profonde. Par ailleurs, de façon avantageuse, on autorise le déclenchement de l'irradiation après un laps de temps prédéterminé suivant o l'instant o le patient a bloqué sa respiration au niveau respiratoire requis. Ce laps de temps a pour but de s'assurer que le patient maintient bien son apnée, afin d'éviter notamment un déclenchement intempestif. L'invention s'étend à un dispositif de pilotage d'une unité de radiothérapie en vue du traitement de tumeurs thoraciques, comprenant: des moyens de mesure de l' expansion thoracique des patients, - et une unité de commande relice aux rnoyens de mesure de façon à recevoir les signaux issus de ces derniers et à l'unité de radiothérapie de façon à piloter cette dernière, ladite unité de commande: o À comp ortant de s moyens de mémori s ati on de valeurs, dites de repos et de déclenchement, représentatives respectivement, pour chaque patient, de son niveau ventilatoire de repos et d'un niveau respiratoire d'inspiration ou d'expiration profonde, de déclenchement de l'irradiation, À étant programmée pour commander une irradiation, une fois établie la correspondance entre la valeur mesurce du niveau s ventilatoire de repos et la valeur de repos mémorisée, et uniquement lorsque est ensuite établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau respiratoire du patient et la valeur de déclenchement mémorisée, et pour stopper l'irradiation lorsque cette seconde correspondance n'est plus respectée. Selon un mode de réalisation avantageux, les rnoyens de o mesure de l'expansion thoracique comprennent un spiromètre. Le spiromètre est. en effet, le seul moyen de mesure permettant de fournir une corrélation entre l' expansion thoracique et l e volume d'air corre spondant, sans néc es siter de valider la valeur absolue du volume inspiré. De plus, de façon avantageuse, selon l'invention, le is dispositif de pilotage comprend des moyens supports du spiromètre aptes à le maintenir dans une position en retrait par rapport à la tête du-patient, ledit spiromètre étant relié à un embout buccal par un tube de respiration sur lequel est interposé un filtre bactérien interchangeable. Ce positionnement du spiromètre permet au patient de o s'allonger en position décubitus dorsal, avec les mains croisées au-dessus de la tête, de façon que le thorax de ce patient soit totalement dogagé, permettant ainsi le positionnement de faisccaux obliques. De plus, le filtre bactérien interchangeable est destiné à éviter tout risque de contamination entre patients. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de s pilotage comprend des moyens de visualisation de la courbe de respiration du patient raccordés à l'unité de commande et disposés de façon à étre visibles par ledit patient, ladite unité de comrnande étant adaptée pour générer l'affichage sur lesdits moyens de visualisat-ion des valeurs de repos et de déclenchement. De plus, ces moyens de visualisation consistent o avantageusement en une paire de lunettes dotée de deux écrans à cristaux liquides. Par ailleurs, le dispositif de pilotage comprend avantageusement des moyens de visualisation de la courbe respiratoire du patient raccordés à l'unité de commande et disposés de façon à 8tre visibles par l'opérateur, et des moyens de communication entre l'opérateur et le patient aptes s à permettre d'avertir ledit patient de l'instant o les valeurs de repos nesurée et mémorisée correspondent. Ces moyens de visualisation permettent à l'opérateur de vérifier le bon déroulement de la séance et d'avertir le patient, après chaque apnée, de l'instant à partir duquel il peut se mettre à nouveau en apnée. o De façon avantageuse, les moyens de comnunication comprennent un bouton de commande de l'allumage d'un voyant sur les moyens de visualisation du patient. Par ailleurs, à des fins d'automatisme et de suppression de tout risque d'erreur humaine, et de façon avantageuse, l'unité de commande est programmée de façon à activer de façon automatique l'unité de radiothérapie lors de la correspondance entre les valeurs de déclenchement mesurée et mémorisée. - Toutefois, à des fins de sécurité, et de façon avantageuse, l'unité de pilotage comprend un botier relais interposé entre l'unité de commande et l'unité de radiothérapie, et comportant un bouton d'arrêt d'urgence actionnable o par un opérateur. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en rétérence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins: - la fgure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de pilotage conforme à l'invention, - et la figure 2 est un graphique représentant la courbe respiratoire d'un patient en cours de traitement, telle que présentée audit patient et à l'opérateur. o Le dispositif représenté à la figure 1, est adapté pour piloter une unité de radiothérapie 1 destinée au traitement de tumeurs thoraciques et comportant un accélérateur de particules. - 2823679 Ce dispositif de pilotage comprend, en premier lieu, un spiromètre 2 du type pneumo-tachographe, comportant un capteur intograteur des différences de pression du flux respiratoire, et adapté pour délivrer un signal électrique représentatif du volume d'air correspondant à l'expansion thoracique. Ce spiromètre 2 est fixé par tout moyen 3 connu en soi à la tête de la table de traitement 4 de façon à se trouver positionné au-delà de la tête du patient lors de séances de préparation et de traitement. Cette disposition permet, en effet, tel que représenté à la figure 1, au patient de s'allonger en décubitus dorsal avec les mains croisées au o dessus de la tête, c'est-à-dire dans une position dégageant totalement le thorax, permettant le positionnement de faisceaux obliques. Le spiromètre 2 est. en outre, relié à un embout buccal par un tuyau souple 6 sur lequel est interposé un filtre bactérien 7 interchangeable. Le spiromèhe 2 incorpore, en outre, des moyens de chanffage du capteur à une température stabilisce, telle qu'une résistance électrique, alimentés en permanence lors des scances de préparation et de traitement, et destinés à éliminer l'humidité produite par la respiration du patient susceptible d'entraîner des erreurs importantes dans la valeur des volumes calculés dues à la modification des caractéristiques de l'élément constitutif de la perte de charge. De plus, ce spiromètre étant dédié à la radiothérapie, il n'est pas possible de débrancher le patient en cours de séance, en vue d'effectuer, avant chaque nouvelle mesure, et tel que l'exige tout spiromètre classique, un zéro de :s l'intograteur de pression différentielle. Le spiromètre selon l'invention est donc doté d'un système spécifique, tel qu'un circuit de by-pass pilotable par l'opérateur, permettant d'isoler l'intograteur de pression différentielle pendant chaque prise de zéro déhit. Le dispositif comprend, en outre, un micro-ordinateur 8 o auquel est connocté un moniteur 9. Ce micro-ordinateur 8, disposé à proximité du pupitre de commande, est relié au spiromètre 2 par une liaison série 10, de façon à recevoir un signal représentatif de la courbe de respiration du patient en fonction du temps qui peut être visualisée sur le moniteur 9. Le dispositif comprend, en outre, une paire de lunettes 11 comportant deux écrans à cristaux liquides, connoctée par un câble 12, à une s sortie d'interface du micro-ordinateur 8, et destinée à être portée par le patient de façon à permettre à ce dernier de visualiser sa courbe de respiration. Le dispositif comporte, enfin, une liaison 13 de commande reliant le micro-ordinateur 8 et l'unité de radiothérapie 1 permettant le pilotage automatique de cette dernière. Sur cette liaison 13, est en outre interposé un o bo^tier relais 14 destiné à être disposé à proximité du pupitre de commande, et comportant un bouton d'arrêt d'urgence et un voyant de tension permettant à l'opérateur de vérifier le bon déroulement des opérations. Les traitements de radiothérapie au moyen du dispositif de pilotage selon l'invention, se déroulent tel que décrit ci-dessous. s En premier lieu, la procédure de préparation à la radiothérapie comporte, avant tout examen, la réalisation d'une contention personnalisée hémi-corporelle en mousse de polyuréthane. Lors de toutes les étapes de préparation et de traitement décrites ciaprès, le patient, positionné dans sa contention est allongé sur la table o de traitement 4 en décubitus dorsal, avec les mains croisées au-dessus de la tête, de façon à dégager la totalité du thorax. De plus, il est pris en charge par le scanner dédié à la radiothérapie. Par ailleurs, préalablement à toute séance, préparatoire ou de traitement, un étalonnage du spiromètre 2 est effectué afin de garantir la :5 reproductibilité des valeurs mesurées d'une scance à l'autre. La prernière étap e, de préparation, outre les étap es classiques de contourage du volume-cible et de détermination de faisceaux d'irradiation et, de façon générale, du traitement à administrer, consiste également à déterminer et mémoriser deux valeurs qui vont conditionner le déroulement des séances de traitement. La première valeur est déterminée lorsque le patient respire normalement, au repos, par mesure de son volume courant métabolique, et - 2823679 mémorisation d'une valeur de repos Nr représentative du niveau ventilatoire de repos de ce patient. La deuxième valeur est. quant à elle, détermince lorsque le patient effectue une inspiration profonde, en relevant le niveau d'inspiration pour s lequel la tumeur se trouve dans la meilleure position en vue du traitement radiothérapique. La valeur correspondante mémorisée, dite valeur de déclenchement Na, correspond donc au niveau d'inspiration pour lequel sera ensuite déclenchée l'irradiation lors de toutes les séances. - Les valeurs sont, en outre, mémorisées avec une marge de o mesure de 0, 1 l, toutefois paramétrable en fonction de la capacité respiratoire des patients, cette marge de mesure étant destinée à permettre de prendre en compte d'éventuelles variations du niveau ventilatoire de repos et d'apnée. Cette mémorisation est. par ailleurs, effectuce dans un fichier dédié au patient et destiné à intégrer tous les paramètres et donnces relatifs au traitement, en vue d'assurer une parfaite traçabilité. Une fois l' étap e de préparati on effectuée, et lors de toutes les scances de traitement, l'unité de commande est programmée pour calculer en continu la courbe de respiration du patient en fonction du signal délivré par le spiromètre 2 et pour affi cher une représentati on graphi que de c ette courb e sur l es écrans du moniteur 9 et des lunettes 11. De plus, tel que représenté à la fgure 2 les valeurs de repos Nr et de déclenchement Na sont également matérialisoes sur les écrans avec leur marge de mesure. Lors de la scance, lorsque la respiration du patient est s normale, c'està-dire lorsque son niveau ventilatoire de repos coïncide avec la valeur de repos, ledit patient est informé par l'opérateur, par exemple par allumage d'un voyant vert sur les écrans des lunettes 11, qu'il peut déclencher une apnce. - A partir de ce moment, le patient peut se prendre so totalement en charge et déclencher cette apnée au moment o il le souhaite. De plus, ayant devant les yeux sa courbe de respiration, ce patient peut beaucoup - 2823679 plus facilement ma^triser son niveau d'apnée de façon qu'il coincide avec la val eur de dé cl enchement N a. Une fois ce niveau d'apnée obtenu, et après stabilisation pendant une période de l'ordre de 1 s, l'unité de commande 8 est programmée s pour déclencher l'irradiation pour une durée correspondant au temps pendant lequel le patient maintient son apnée, ou une durce déterminée par l'opérateur au terme de laquelle un voyant rouge est allumé sur les écrans des lunettes 11. Le patient peut alors reprendre sa respiration normale de façon que son niveau ventilatoire de repos revienne coincider avec la valeur de repos Nr. 0 Selon le procédé de l'invention, l'unité de radiothérapie 1 est donc pilotée automatiquement avec une répétitivité et une repro ductibilité remarquables des niveaux de tirs, et le patient, qui se trouve impliqué lors des scances, vit ces dernières de façon beaucoup plus sereine. - - t REVENDICATIONS - 1/ - Dispositif de pilotage d'une unité de radiothérapie (1) en vue du traitement d'une tumeur thoracique, caractérisé en ce qu'il comprend: s des moyens de mesure (2) de l'expansion thoracique des patients, - et une unité de commande (8) reliée aux moyens de mesure (2) de façon à recevoir les signaux issus de ces derniers et à l'unité de radiothérapie (1) de façon à piloter cette dernière, ladite unité de commande: o À comportant des moyens de mémorisation de valeurs, dites de repos et de déclenchement, représentatives respectivement, pour chaque patient, de son niveau ventilatoire de repos et d'un niveau respiratoire d'inspiration ou d'expiration profonde, de déclenchement de l' irradiation, À étant programmée pour commander une irradiation, une fois établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau ventilatoire de repos et la valeur de repos mémorisoe, et uniquement lorsque est ensuite établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau respiratoire du patient et la valeur de déclenchement mémorisée, et pour stopper l'irradiation lorsque cette seconde correspondance n'est plus respectée. o 2/- Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la capacité thoracique comprennent un spiromètre (2) apte à fournir un signal représentatif du volume d' air correspondant à l' expansion de la cage thoracique 3/- Dispositif de pilotage selon la revendication 2, s caractérisé en ce qu'il comprend des moyens supports (3) du spiromètre (2) aptes à le maintenir dans une position en retrait par rapport à la tête du patient, ledit spiromètre étant relié à un embout buccal (5) par un tube de respiration (6) sur lequel est interposé un filtre bactérien interchangeable (7). 4/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications I o à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de visualisation (11) de la courbe de respiration du patient raccordés à l'unité de commande (8) et disposés de façon à être visibles par ledit patient, ladite unité de commande étant adaptée 13 2823679 pour générer l'affichage sur lesdits moyens de visualisation des valeurs de repos - et de déclenchement. S./- Dispositif de pilotage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de visualisation consistent en des lunettes (11) dotées de deux écrans à cristaux liquides. 6/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de visualisation (9) de la courbe respiratoire du patient raccordés à l'unité de commande (8) et disposés de façon à être visibles par l'opérateur, et des moyens de communication entre o l'opérateur et le patient aptes à permettre d'avertir ledit patient de l'instant o les valeurs de repos mesurée et mémorisée correspondent. 7/- Dispositif de pilotage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de communication comprennent un bouton de commande de l'allumage d'un voyant sur les moyens de visualisation (11) du patient. 8/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité de commande (8) est programmée de façon à activer de façon automatique l'unité de radiothérapie (1) lors de la correspondance entre les valeurs de déclenchement mesurée et mémorisée. o 9/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un bo^tier relais (14) interposé entre l'unité de commande (8) et l'unité de radiothérapie (1), et comportant un bouton d'arrêt