Axe 3.2 : Imagerie fonctionnelle

 3.2.1: Contexte

En radiothérapie, le but est de focaliser l’irradiation sur la tumeur pour permettre une destruction de la tumeur tout en épargnant les tissus sains avoisinants. La planification d’un traitement de radiothérapie repose classiquement sur un scanner, imagerie morphologique, permettant de visualiser la tumeur, ses rapports avec les organes adjacents ainsi que l’anatomie du patient. Cependant, de récentes innovations techniques comme la Radiothérapie Conformationnelle avec Modulation d’Intensité (RCMI) ou la stéréotaxie permettent d’irradier de manière plus précise les tumeurs, de mieux épargner les tissus sains avoisinants et d’envisager de délivrer des doses plus importantes à l’intérieur de la tumeur. L’imagerie fonctionnelle, s’intéressant à la fonction des organes, des tissus ou des cellules devient alors particulièrement intéressante pour le radiothérapeute. Elle lui permet d’identifier certains processus biologiques au sein de la tumeur et de moduler l’irradiation sur certaines régions tumorales plus actives, plus hypoxiques ou plus vascularisées… On parle alors d’adaptation de la radiothérapie à l’hétérogénéité biologique tumorale.

L’imagerie fonctionnelle peut faire appel à l’imagerie d’émission (imagerie d’émission mono-photonique ou tomographie par émission de positons, TEP) mais aussi à l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Nos travaux portent pour l’instant exclusivement sur l’utilisation de la TEP pour optimiser la radiothérapie. L’intégration des données TEP en radiothérapie nécessite un travail important concernant (i) le choix des traceurs utilisés, (ii) les traitements et corrections à appliquer à ces images fonctionnelles et (iii) l’applicabilité des modifications dosimétriques souhaitées. Elle fait donc appel à plusieurs équipes : département de radiothérapie de l’Institut Bergonié, service de médecine nucléaire du CHU Pellegrin, TEP-recherche (INCIA UMR-CNRS 5287), le laboratoire de traitement d’image de Brest (LaTIM INSERM U1101) et les physiciens médicaux de l’Institut Bergonié et du CHU Haut-Lévêque.

3.2.2 : Programme scientifique

Tâche 1. Individualisation des traceurs les plus pertinents à utiliser en radiothérapie

Un partenariat entre les équipes médicales de l’Institut Bergonié et du CHU de Pellegrin et de Haut-Lévêque existe pour mieux appréhender les traceurs à utiliser en radiothérapie et mieux individualiser les patients tirant bénéfice de l’utilisation de l’imagerie fonctionnelle pour un traitement de radiothérapie.

axe 3 figure 5

L’adaptation de la radiothérapie à l’hétérogénéité biologique tumorale se conçoit effectivement en modulant les doses délivrées en fonction de l’imagerie fonctionnelle initiale mais aussi très certainement en l’adaptant à de nouvelles imageries fonctionnelles réalisées en cours de traitement, les processus biologiques intra-tumoraux se modifiant en cours d’irradiation.

Tâche 2. Traitement et correction des images d’émission

Les images d’émission obtenues en TEP sont difficilement exploitables de manière directe en radiothérapie car elles se caractérisent par de nombreux artefacts (effets de volume partiel, mouvement respiratoire) et une faible résolution spatiale, générant des images « floues » à partir desquelles il est difficile de définir des volumes précis et sûrs. L’adaptation de la radiothérapie à l’hétérogénéité biologique tumorale se conçoit effectivement en modulant les doses délivrées en fonction de l’imagerie fonctionnelle initiale mais aussi très certainement en l’adaptant à de nouvelles imageries fonctionnelles réalisées en cours de traitement, les processus biologiques intra-tumoraux se modifiant en cours d’irradiation.

axe 3 figure 6

En A : image TEP au FMISO (traceur de l’hypoxie) pour un cancer ORL En B : segmentation automatique de l’image TEP obtenue avec la méthode FLAB En C : superposition des contours FLAB avec le scanner

Tâche 3. Comparaison dosimétrique

L’intérêt de la TEP en radiothérapie nécessite d’être validé par la réalisation de dosimétries comparatives, montrant les bénéfices potentiels obtenus en délivrant des doses plus importantes sur certains sous-volumes. Ce travail basé sur l’analyse de probabilités de contrôle tumoral (TCP) et de complications des tissus sains (NTCP) fait appel aux physiciens médicaux de l’Institut Bergonié (C. Zacharatou et M. Antoine).

axe 3 figure 7

Figure 3 : Dosimétries comparatives pour un cancer ORL A gauche : dosimétrie obtenue sans utilisation des données TEP au FMISO (dose délivrée de 70 Gy) A droite : dosimétrie obtenue en utilisant les données d’une TEP au FMISO et en réalisant une surimpression jusqu’à la dose de 80 Gy sur les zones hypoxiques

Tâche 4. Apport de l’imagerie fonctionnelle à la modélisation mathématique des croissances et réponses tumorales

Un travail doit être entrepris avec l’IMB et l’INRIA en vue d’intégrer les données de l’imagerie fonctionnelle TEP dans les modélisations de croissance tumorale. Ces modélisations sont pour l’instant basées sur l’analyse d’imageries morphologiques (scanner ou IRM) et restent limitées dans leur prise en compte des processus biologiques mis en jeu au sein de la tumeur. L’intégration des données TEP pourrait permettre une amélioration des modèles mathématiques retrouvés. Des premiers travaux pourraient porter sur l’analyse de la cinétique de croissance et de réponse de métastases pulmonaires de cancers thyroïdiens (surveillées ou en cours de traitement) en fonction des données de TEP-FDG.

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