Rôle de la tomodensitométrie à double énergie/double source pour la personnalisation des traitements de radiothérapie

Abstract

Le futur de la radiothérapie réside dans le développement de stratégies visant à adapter les traitements à chaque individu. La tomodensitométrie à double énergie/double source (DECT/DSCT) est une technologie d’imagerie permettant de caractériser avec précision les tissus (sains et tumoraux) et d’imager le cœur en mouvement. En raison de ses fonctionnalités, la technologie du DECT/DSCT a le potentiel de jouer un rôle important dans la personnalisation des traitements de radiothérapie. Nous avons exploré le rôle du DECT/DSCT dans 3 études cliniques prospectives, relatives à la planification des traitements de radiothérapie.

Dans une première approche, nous avons évalué le rôle du DECT pour l’évaluation de la fonction du parenchyme pulmonaire en radiothérapie thoracique (conventionnelle et stéréotaxique). Nous avons émis l’hypothèse qu’une quantification précise de la concentration d’iode du parenchyme pulmonaire, dérivée du DECT, permettrait de déterminer les régions pulmonaires les plus fonctionnelles à éviter lors de la planification de la radiothérapie. Nous avons démontré la faisabilité et la validité d’une méthode de quantification de la fonction pulmonaire en utilisant la cartographie d’iode du DECT. De plus, nous avons montré que l’incorporation de cette information en planification de radiothérapie peut réduire significativement la dose aux régions pulmonaires fonctionnelles dans le but de réduire les toxicités.

Dans une deuxième approche, nous avons évalué le rôle du l’imagerie à double-source (DSCT) pour une évaluation individualisée du mouvement cardiaque lors de la planification des traitements de radiothérapie. Nous avons montré que le DSCT permettait de visualiser et quantifier le mouvement des sous-structures cardiaques notamment les veines pulmonaires et les artères coronaires, et ainsi déterminer un volume cible personnalisé pour chaque patient. De plus, nous avons montré le bénéfice dosimétrique d’une irradiation du sein gauche avec synchronisation cardiaque (limitée à la phase systolique) pour épargner les sous-structures cardiaques, notamment de l’artère antérieure descendante gauche, une structure critique dans le développement des toxicités cardiaques post-radiques.

Finalement, utilisant à nouveau la capacité de quantification précise de la concentration d’iode, nous avons évalué le rôle du DECT pour dériver la perfusion des tumeurs du larynx et de l’hypopharynx traitées par radiothérapie. Dans un contexte exploratoire de 25 patients, nous avons démontré que les statistiques quantitatives dérivées des cartes d’iodes tumorales étaient prédictives du contrôle locorégional chez ces patients, suggérant un rôle de ces cartes d’iode comme bio-marqueurs prédisant l’agressivité tumorale.

Les résultats de nos travaux centrés sur ces 3 stratégies démontrent que le DECT/DSCT a le potentiel de jouer un rôle important à divers niveaux dans la personnalisation de la planification des traitements radiothérapie, notamment: 1) pour l’évaluation de la fonction des tissus sains; 2) pour la détermination personnalisée du mouvement cardiaque, et 3) comme outil prédictif du contrôle tumoral.

The future of radiotherapy lies in the development of strategies to adapt treatments to each individual. Dual energy / dual source computed tomography (DECT/DSCT) is an imaging technology that allows for accurate tissue characterisation (organs at risk or tumors) and that can capture precisely the anatomy of the heart in motion. DECT/DSCT technology has the potential to be important player in personalized radiotherapy. We explored the role of DECT/DSCT in radiotherapy planning in the context of 3 prospective clinical studies.

First, we evaluated the role of DECT imaging for the assessment of lung function in lung cancer radiotherapy planning (both conventionally fractionated and stereotaxic radiotherapy). We hypothesized that accurate quantification of DECT iodine concentration could be used in treatment planning to assesses and preserve functional parenchyma. We demonstrated the feasibility and validity of a novel lung function quantification method using DECT iodine mapping. In addition, we showed that incorporating this information into radiotherapy planning could help improve lung dosimetry, and thus potentially reduce toxicities.

In a second approach, we evaluated the role of DSCT for individualized assessment of cardiac motion in radiotherapy planning. We showed that the DSCT allows visualization and quantification of motion of cardiac sub-structures, including the pulmonary veins and coronary arteries, and therefore can be used to determine personalized target volume for each patient. In addition, we quantified the dosimetric impact of cardiac-gated radiotherapy in left breast cancer radiotherapy and demonstrated significant sparing of cardiac sub-structures with this method, in particular sparing of left anterior descending artery, a critical structure involved in radiation-induced cardiovascular toxicities.

Finally, we assessed the role of DECT in determining tumor perfusion in larynx/hypopharynx cancers using the iodine concentration quantification method. In an exploratory prospective cohort of 25 patients with cancer of the larynx or hypopharynx, we demonstrated that histogram statistics derived from tumor iodine maps could predict locoregional control in these patients. This finding supports the role of iodine concentration maps as functional biomarkers to predict tumor aggressiveness.

The results of our work focused on these various strategies demonstrate that DECT/DSCT has the potential to play an important role in the following 3 avenues of personalized radiotherapy: 1) for the evaluation of functional healthy tissues; 2) for individualized determination of optimal margins or cardiac-gating window in radiotherapy involving the heart and, 3) for prediction of cancer control outcomes.