Fiche de révision : Introduction aux techniques de radiothérapie

📋 Plan du Cours

1. Genèse des faisceaux
2. Géométrie de l’appareil et mouvements
3. Dosimétrie des faisceaux de photons
4. Chambres d’ionisation et régimes
5. Rendement en profondeur
6. Profil de dose et dose absolue
7. Dosimétrie des faisceaux d’électrons
8. Modification du faisceau
9. Modalités de traitement
10. Machines particulières

📖 1. Genèse des faisceaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Mode photons : Mode de production où des électrons frappent une cible pour générer des photons par rayonnement de freinage.
• Mode électrons : Mode de production où les électrons sont mis en forme pour sortir directement du système sans conversion en photons.
• Diffuseur d’électrons : Élément placé dans la trajectoire des électrons en mode électrons pour diffuser le faisceau tout en limitant la diffusion parasite.
• Cône égalisateur : Pièce en forme de cône placée pour rendre le profil du faisceau de photons plus homogène en absorbant davantage au centre qu’en périphérie.
• UM unité moniteur : Unité de mesure utilisée au monitorage pour traduire le signal des chambres d’ionisation en dose mesurée, avec 1UM correspondant à 1cGy.

📝 Points essentiels

• En mode photons, une cible en tungstène placée sur le trajet des électrons produit un rayonnement de freinage dont les photons ont une énergie comprise entre 0 et l’énergie incidente E, avec un spectre large.
• En mode électrons, un diffuseur en matériau de Z faible (béryllium) est utilisé pour limiter la diffusion des électrons une fois sortis de la zone où règne le vide.
• La première collimation élimine les évènements à grand angle avec une ouverture fixe et un blindage conique.
• Le faisceau de photons issu de la cible est plus intense sur l’axe que sur les côtés, et un cône égalisateur absorbe davantage au centre pour améliorer l’homogénéité du profil.
• Le monitorage utilise des chambres d’ionisation plates disposées en couches pour contrôler la distribution radiale et angulaire, et chaque 1UM correspond à 1cGy envoyé au pupitre.
• En mode électron, l’applicateur est placé au plus proche du patient car un faisceau d’électron dans l’air diffuse fortement.

💡 Astuce mémo

Photons = cible en tungstène (Bremsstrahlung) ; Électrons = diffuseur en béryllium (Z faible).

📖 2. Géométrie de l’appareil et mouvements

🔑 Notions clés & Définitions

• Isocentre : L’isocentre est le point commun des trois plans de référence de l’appareil, fixé pour la géométrie mais déplaçable dans l’anatomie du patient.
• Plan coronal : Le plan coronal (frontal) est une surface horizontale parallèle à la table qui contient l’axe de rotation du bras.
• Plan axial : Le plan axial (transverse) est une surface verticale perpendiculaire à la table qui contient l’axe du faisceau passant par la source.
• Plan sagittal : Le plan sagittal est une surface verticale perpendiculaire à la table qui contient l’axe de rotation du bras et l’axe du faisceau.

📝 Points essentiels

• Le plan coronal contient l’axe de rotation du bras, le plan axial contient l’axe du faisceau, et le plan sagittal contient à la fois l’axe du bras et l’axe du faisceau.
• Inplane (Y) correspond au plan passant par l’axe Y et perpendiculaire à la table, tandis que crossplane (X) correspond au plan passant par l’axe X et perpendiculaire à la table.
• La DSA (Distance Source-Axe) se définit comme la distance Source–isocentre et vaut 100 cm dans le cours.
• La DSP (Distance Source-Peau) se définit comme la distance Source–peau, c’est-à-dire Source–entrée du volume (peau patient ou eau de cuve).

💡 Astuce mémo

Coronal = rotation, Axial = faisceau, Sagittal = rotation + faisceau (RAS).

📖 3. Dosimétrie des faisceaux de photons

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosimétrie : La dosimétrie est la métrologie et la modélisation de l’énergie déposée par les radiations ionisantes pour connaître la dose et sa répartition dans les tissus et la tumeur.
• Chambre d’ionisation cylindrique : Une chambre d’ionisation est un volume de gaz avec deux électrodes où des charges issues de l’ionisation migrent et créent une impulsion électrique mesurable.
• Rendement en profondeur PDD : Le PDD est la variation de la dose le long de la profondeur, au centre du champ et sur l’axe du faisceau, exprimée en pourcentage de la dose de référence.
• Profil de dose : Le profil de dose décrit, pour une profondeur fixée, la variation spatiale de la dose sur une ligne d’un plan perpendiculaire à l’axe du faisceau.

📝 Points essentiels

• Une chambre d’ionisation mesure la quantité de charge récoltée, et le temps de récolte diminue quand la tension appliquée augmente.
• Le PDD (Percentage Depth Dose) se lit au centre du champ sur l’axe du faisceau en fonction de la profondeur et permet d’identifier entrée, build-up, équilibre électronique et quasi-équilibre.
• Point A (dose à l’entrée) : il s’agit du dépôt dû aux électrons secondaires produits par les photons primaires (rétrodiffusion, contamination et photons diffusés issus de la tête).
• Point C (équilibre électronique) : la dose atteint son maximum à la profondeur où le nombre d’électrons mis en mouvement et déposant leur énergie s’équilibre.
• Énergie : en passant de 6 MV à 20 MV, le point d’équilibre électronique passe de 14 mm à 30 mm et la dose à l’entrée passe de 53,88% à 36,18%.
• DSP : quand la DSP passe de 90 cm à 120 cm, le point d’équilibre passe de 14 mm à 16 mm et la dose à l’entrée reste ~constante (53,88% à 52,09%) tandis que la zone D augmente.

💡 Astuce mémo

A→build-up→C (maximum)→D (quasi-équilibre décroît).

📖 4. Chambres d’ionisation et régimes

📝 Points essentiels

• Une mesure avec chambre d’ionisation doit être rendue reproductible par une mise en place du matériel suivant un protocole rigoureux.
• Le protocole vise à limiter les variations expérimentales afin d’obtenir des mesures comparables lors des différentes acquisitions.

📖 5. Rendement en profondeur

🔑 Notions clés & Définitions

• Taille de champ : La taille de champ décrit la largeur du faisceau dans le plan de coupe, généralement donnée en $cm^2$, et influence la production d’électrons secondaires dans l’eau.
• Point d’équilibre électronique : Le point d’équilibre électronique est la profondeur où la contribution des électrons secondaires au dépôt de dose devient maximale et équilibrée avec la profondeur.
• Dose à l’entrée : La dose à l’entrée est le pourcentage de dose mesuré au point d’entrée du milieu pour une profondeur nulle ou très faible.
• DPS : La DPS correspond à la distance de point de sortie (mesure de géométrie du faisceau) et modifie le volume de diffusion générateur de dose en profondeur.
• Zone de quasi-équilibre électronique : La zone de quasi-équilibre électronique correspond à une profondeur où la dose déposée varie peu car la génération de particules secondaires est proche d’un état d’équilibre.

📝 Points essentiels

• À 6MV, quand la taille de champ augmente, la dose déposée dans l’eau augmente globalement à toutes les profondeurs car la génération d’électrons secondaires augmente.
• À 6MV, pour une taille de champ 5×5 cm², la dose à l’entrée vaut 48,48% et elle vaut 53,88% pour 10×10 cm² (dose à l’entrée A augmente avec la taille de champ).
• À 6MV, quand la taille de champ augmente, le point d’équilibre électronique diminue (par exemple de 15 mm pour 5×5 à 13 mm pour 30×30 ou 40×40).
• À 6MV, quand la DPS augmente, la dose dans la zone de quasi-équilibre électronique augmente (par exemple la dose à 150 mm passe de 48,61% à 50,5% puis 52,19% quand la DPS passe de 90 à 100 puis 110).
• À 6MV, la dose à l’entrée reste stable quand la DPS varie car la diminution attendue par la loi de l’inverse carré est compensée par un parcours plus long des électrons de contamination menant à un dépôt plus facile en surface.

💡 Astuce mémo

Champ ↑ → électrons secondaires ↑ → dose ↑ partout et équilibre se déplace vers moins de profondeur ; DPS ↑ → volume diffusé ↑ → quasi-équilibre ↑, entrée ~stable.

📖 6. Profil de dose et dose absolue

🔑 Notions clés & Définitions

• Zone E région homogène : La zone E est une région plane proche de l’axe central où la présence du cône égalisateur produit une distribution plus homogène et symétrique.
• Zone F pénombre : La zone F est une zone à fort gradient où la dose chute d’environ 80% à 20% de la dose sur l’axe.
• Zone G ombre : La zone G est la partie du profil en bord de champ où la dose passe sous 20% grâce au diffusé provenant de la tête et au blindage.

📝 Points essentiels

• La taille de champ est déterminée à 50% du maximum, par exemple 10x10 cm² dans l’exemple du profil.
• Pour des photons de 6 MV à 20 MV, la pénombre augmente, passant par exemple à gauche de 6,64 mm à 8,21 mm et à droite de 6,58 mm à 8,22 mm pour l’énergie plus élevée.
• Une augmentation de l’énergie réduit aussi la dose relative dans l’ombre (zone G), avec un effet attribué à la diffusion Compton des photons plus directionnels.
• À énergie fixée à 6 MV, agrandir la taille de champ augmente la pénombre, par exemple à gauche de 5,84 mm (5x5) à 8,93 mm (30x30) et à droite de 5,68 mm (5x5) à 8,87 mm (30x30).
• Quand la profondeur de mesure augmente, la taille de champ augmente par divergence du faisceau et les pénombres augmentent aussi (exemples : à 15 cm, 10,55 mm à gauche et 7,35 mm à droite, puis plus en profondeur).

💡 Astuce mémo

Energie ↑ et champ ↑ : pénombre (zone F) s’élargit; Ombre (zone G) diminue quand l’énergie ↑.

📖 7. Dosimétrie des faisceaux d’électrons

🔑 Notions clés & Définitions

• Build-up électronique : Le build-up électronique est la zone de profondeur où la dose augmente jusqu’au maximum à cause du dépôt progressif des électrons secondaires et rétrodiffusés.
• Point d’équilibre électronique R100 : Le point d’équilibre électronique R100 est la profondeur où la dose sur l’axe atteint son maximum pour le faisceau d’électrons.
• Parcours thérapeutique R85 : Le parcours thérapeutique R85 est la profondeur à laquelle la dose atteint 85 % de la dose maximale sur l’axe.

📝 Points essentiels

• La dose à l’entrée Dentrée pour les électrons est plus élevée que pour des photons de haute énergie car les électrons déposent leur énergie dès l’entrée, et elle est généralement > 80 % de la dose maximale.
• Le point R100 correspond à la profondeur du maximum de dose sur l’axe central, et le parcours R85 correspond à 85 % de cette dose maximale où la prescription est généralement faite.
• Le point R50, défini à 50 % de la dose maximale, sert d’indice de qualité des faisceaux d’électrons de haute énergie.
• Le parcours pratique Rp correspond à la profondeur où il n’y a plus d’électrons primaires issus du faisceau, obtenu par l’intersection de la tangente au point R50 et de la droite extrapolée de la queue de distribution.
• La zone de pénombre du profil est celle où la dose sur l’axe décroît de 80 % à 20 % le long de la distance à l’axe.
• L’augmentation de l’énergie tend à diminuer la dose relative à l’entrée, à réduire la pente du build-up et à déplacer R100, R85, R50 et Rp vers des profondeurs plus grandes.

💡 Astuce mémo

R100 = maximum, R85 = prescription (85%), R50 = qualité, Rp = fin des électrons primaires (via tangente à R50).

📖 8. Modification du faisceau

🔑 Notions clés & Définitions

• Modificateur de faisceaux : Un modificateur de faisceaux est un objet ou système qui modifie le faisceau d’irradiation tel qu’il a été programmé au collimateur.
• Collimateur multilames MLC : Le MLC est un collimateur formé de lames mobiles indépendantes intégrées à la tête de l’accélérateur pour façonner le faisceau.
• Cache : Un cache est une protection placée en sortie du collimateur pour réduire le faisceau à une forme conforme à la prescription.
• Bolus : Un bolus est une couche de matériau posée sur la peau pour déplacer le maximum du build-up vers la profondeur visée.
• Filtre en coin : Un filtre en coin est un modificateur atténuant de façon non uniforme pour redresser ou déformer les courbes isodoses selon l’obliquité d’entrée.

📝 Points essentiels

• Le MLC utilise des lames programmées et motorisées pour construire des champs complexes en limitant les fuites inter-lames et en offrant une précision adaptée aux traitements.
• Les caches standard sont posés sur un porte-cache et peuvent créer un bord droit avec une pénombre de transmission importante, tandis que les caches personnalisés suivent la divergence du faisceau.
• Le bolus doit être proche de la densité de l’eau, d’épaisseur définie et uniforme, malléable, indéformable en usage, ajustable facilement et reproductible tout en restant compatible avec l’hygiène.
• Le filtre en coin original, en alliage de plomb triangulaire, produit une atténuation plus forte du côté épais et dépend de l’orientation correcte et de l’angle d’isodose.
• Le filtre en coin dynamique remplace le filtre réel : l’irradiation démarre champ ouvert, puis la collimation se ferme pendant l’irradiation pour simuler la déformation des isodoses via modulation de fluence.

💡 Astuce mémo

MLC pour “lames”, bolus pour “build-up déplacé”, cache pour “forme”, filtre en coin pour “isodoses redressées selon l’oblique”, dynamique = “faux filtre” via fermeture des mâchoires.

📖 9. Modalités de traitement

🔑 Notions clés & Définitions

• Technique DSP / DSA : En radiothérapie, la DSP et la DSA sont deux façons de définir la géométrie du traitement selon la référence prise pour situer l’isocentre.
• Simulation virtuelle : La simulation virtuelle est la phase de planification où les acquisitions et données servent à préparer le positionnement et la balistique avant l’irradiation.
• RC3D : La radiothérapie conformationnelle 3D est une technique utilisant plusieurs faisceaux et une collimation adaptée à la forme du volume cible pour épargner les organes à risque.
• RCMI : La radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité est une technique où la fluence des faisceaux est modulée pour améliorer la distribution de dose tout en respectant des contraintes.
• VMAT : La VMAT est une technique de modulation délivrée pendant un arc de traitement, où la fluence varie avec plusieurs paramètres changeant au cours de l’irradiation.

📝 Points essentiels

• En DSP, l’isocentre est placé au niveau de la peau avec une référence à la Distance Source Peau (100 cm), ce qui impose un déplacement du patient entre faisceaux.
• En DSA, l’isocentre est placé dans l’anatomie (centre du PTV) avec une référence à la Distance Source Axe, et l’accélérateur tourne autour de l’isocentre sans déplacement du patient entre faisceaux.
• La relation géométrique DSP = DSA − p relie la DSP à la DSA quand p représente la profondeur de l’isocentre.
• En RC3D, des faisceaux sont choisis autour du patient et chacun est modelé sur la forme du volume cible grâce au MLC et aux mâchoires pour réduire la dose hors cible.
• Une énergie plus élevée en RC3D (10 MV ou 18 MV au lieu de 6 MV) éloigne le dépôt de dose.
• En RCMI, la planification inverse calcule les intensités par itérations afin de minimiser une fonction objectif basée sur contraintes de dose et objectifs pour le PTV et les OAR.

💡 Astuce mémo

DSP : peau fixe (Distance Source Peau 100 cm) et patient bouge ; DSA : axe cible fixe (centre du PTV) et le bras tourne.

📖 10. Machines particulières

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomothérapie : Machine qui combine une modulation d’intensité avec une irradiation en mouvement hélicoïdal grâce à une géométrie en éventail.
• Gamma Knife : Système de radiothérapie stéréotaxique crânienne utilisant des rayons gamma pour délivrer une dose très localisée.
• Cadre de stéréotaxie : Accessoire rigide utilisé pour immobiliser la tête pendant une irradiation au Gamma Knife, fixé à la boîte crânienne.
• CyberKnife : Radiothérapie stéréotaxique du corps utilisant un bras robotisé pour irradier la tumeur depuis plusieurs directions.

📝 Points essentiels

• La tomothérapie emploie un faisceau fan beam et une irradiation en mode spiralé par déplacement longitudinal de la table et rotation de l’accélérateur dans l’anneau.
• Le Gamma Knife délivre une dose très élevée à des régions ultra localisées du cerveau tout en épargnant le tissu sain.
• La tête pour un Gamma Knife est immobilisée par un cadre rigide de stéréotaxie fixé à la boîte crânienne, posé sous anesthésie locale par le neurochirurgien le matin de l’intervention.
• Le CyberKnife irradie avec une tête montée sur un bras robotisé mobile, permettant des directions multiples vers la tumeur avec une forte précision.

💡 Astuce mémo

Gamma = cerveau très fixe (cadre rigide) ; Cyber = corps mobile (bras robot) ; Tomo = spirale (table + anneau).

📊 Tableaux de synthèse

DSP vs DSA (géométrie)

Photon vs Électron (genèse des faisceaux)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre DSP et DSA : DSP référence la peau et impose des déplacements patient entre faisceaux, tandis que DSA référence l’isocentre/axe cible et évite ces déplacements.
2. Penser que le point A est l’entrée “simple” : c’est le dépôt dû aux électrons secondaires (rétrodiffusion) ainsi qu’aux électrons de contamination et aux photons diffusés issus de la tête.
3. Inverser l’effet de l’énergie sur la profondeur d’équilibre : plus l’énergie photonique augmente, plus le point C (équilibre électronique) est en profondeur (14 mm → 30 mm entre 6 et 20 MV).
4. Croire que la taille de champ ne change que la pénombre : elle augmente aussi la dose déposée globalement (entrée A augmente) et déplace C vers des profondeurs plus faibles.
5. Mélanger les repères des faisceaux d’électrons : R100 est le maximum sur l’axe, R85 correspond à 85% (souvent prescription), R50 à 50% (indice qualité), Rp marque la fin des électrons primaires.
6. Prendre “zone F” comme une zone d’ombre : en photons, la pénombre F est le gradient (80% → 20% sur l’axe), tandis que l’ombre G correspond à la région en bord de champ sous 20% et provient surtout du diffusé de la tête et du blindage.
7. Oublier pourquoi l’applicateur est proche du patient en mode électron : la diffusion est importante dans l’air, donc il faut réduire la distance pour limiter la diffusion parasite.

✅ Checklist Examen

1. Expliquer le passage en mode photons : rôle de la cible en tungstène, production de Bremsstrahlung et énergie des photons entre 0 et E.
2. Expliquer le passage en mode électrons : rôle du diffuseur en matériau à Z faible (béryllium) et pourquoi on limite la diffusion lorsque les électrons quittent la zone de vide.
3. Décrire la collimation : collimation primaire à ouverture fixe/blindage conique pour éliminer les grands angles, puis collimation secondaire (mâchoires Y=inplane, X=crossplane).
4. Donner le rôle du cône égalisateur (plus épais au centre) pour améliorer l’homogénéité du profil des photons et comprendre l’idée générale de la modification de spectre/diffusé.
5. Rappeler la signification de l’UM et la relation 1UM = 1cGy, ainsi que le principe de monitorage par chambres d’ionisation en couches pour dose radiale/angulaire.
6. Résoudre une géométrie : définir isocentre (point commun des trois plans), nommer les plans coronal/axial/sagittal, puis définir Inplane (Y) et Crossplane (X).
7. Calculer/exprimer la relation géométrique : DSP = DSA − p (p profondeur de l’isocentre), avec DSA=100 cm dans le cours.
8. Lire un PDD photons : identifier A (dose à l’entrée), B (build-up), C (équilibre électronique, dose maximale), D (quasi-équilibre) et expliquer le sens général de chaque zone.
9. Comparer l’influence de l’énergie et du champ en photons sur PDD/profil : énergie ↑ → pénombre F s’élargit et G diminue ; champ ↑ → dose augmente globalement et C se déplace vers moins de profondeur.
10. Pour les photons, définir et reconnaître un profil de dose : variation latérale d’une ligne dans un plan perpendiculaire à l’axe et lien taille de champ à 50% du maximum.
11. Pour les électrons, définir R100, R85, R50 et Rp et relier ces repères aux caractéristiques de la courbe de rendement en profondeur.
12. Lister les modificateurs de faisceau et leur fonction : MLC, caches (standard vs personnalisés), bolus (déplacer le max du build-up), filtre en coin (alliage plomb triangulaire) et filtre dynamique (champ ouvert puis fermeture pendant irradiation).