Évaluation de l'effet de la radiothérapie sur la fonction pulmonaire avec la tomodensitométrie à double-énergie

Abstract

La radiothérapie est une modalité importante dans le traitement de néoplasie telle que le cancer pulmonaire. Cependant, les poumons sont susceptibles à des toxicités radio-induites comme la pneumonie radique et la fibrose pulmonaire radique. Plusieurs patients souffrant du cancer pulmonaire ont aussi des comorbidités tel la maladie obstructive pulmonaire chronique, qui affecte déjà leur fonction respiratoire. Actuellement, la planification de la radiothérapie tient compte de l’anatomie mais non de la fonction différentielle des poumons. La planification de la radiothérapie guidée par la fonction aurait pour but d’inclure cette fonction différentielle dans le processus de planification, évitant l’irradiation du parenchyme sain et améliorant le profil de toxicités du traitement. Différentes techniques d’imagerie fonctionnelle sont présentement à l’étude. La tomodensitométrie à double-énergie (DECT, dual-energy computed tomography) est une technique qui utilises des rayons-X d’énergie différente, permettant une meilleure différentiation du matériel. L’article présenté dans ce mémoire étudie une technique préalablement décrite de décomposition de matériaux qui utilise des cartographies d’iodine dérivées des images de DECT avec contraste. Nous avons réalisé une étude longitudinale de la perfusion pulmonaire, un indicateur de la fonction respiratoire. Des patients avec un cancer pulmonaire traités avec radiothérapie stéréotaxique ou conventionnelle ont été recrutés de façon prospective et ont eu un DECT avec contraste avant le début des traitements et 6 et 12 mois post-traitement. Des réponses fonctionnelles normalisées ont été calculées à 6 et 12 mois pour 3 catégories de dose d’irradiation : moins de 5 Gray, 5-20 Gray et plus de 20 Gray. Aux analyses statistiques, nous avons observé une corrélation de cette réponse avec la dose de radiation reçue. Les régions qui ont reçu le plus de dose ont démontré une plus grande baisse de fonction. La réponse fonctionnelle normalisée est également corrélée avec le temps écoulé post-radiothérapie. Nous avons conclu que la cartographie d’iodine dérivée du DECT permet d’évaluer l’effet de la dose de radiation sur les changements fonctionnels du parenchyme pulmonaire post-radiothérapie. Ainsi, le DECT permet d'évaluer les changements de fonction pulmonaire post-radiothérapie et pourrait être utilisé pour évaluer les dommages post-radiques.

Radiotherapy is an important modality in the treatment of malignancies such as lung cancer. However, the lungs are susceptible to radiation-induced lung injury such as radiation pneumonitis and radiation fibrosis. In addition, many lung cancer patients also suffer from comorbidities such as chronic obstructive lung disease, which affect their baseline respiratory function. Current standard of care for radiotherapy planning considers the anatomy but not the differential function of the lungs. Function-guided radiotherapy planning would seek to include the differential function of the lungs, avoiding the irradiation of healthy parenchyma, therefore improving the toxicity profile of the treatment. Currently, different functional imaging techniques are being studied for this purpose. Dual-energy computed tomography (DECT) is a technique which uses two X-rays of different energy, allowing improved material differentiation. The article presented in this thesis studies the use of a previously described 2-material decomposition technique using iodine maps derived from contrast-enhanced DECT images. This allows for the longitudinal evaluation of lung perfusion, a surrogate for respiratory function. Lung cancer patients who were treated with stereotactic radiotherapy or conventional radiotherapy were prospectively enrolled and underwent a contrast-enhanced DECT before the treatment and at 6 and 12 months post-treatment. Normalized functional responses were calculated at 6 and 12 months for three dose ranges: less than 5 Gray, 5-20 Gray and more than 20 Gray. This normalized functional response was found to correlate with the dose received. The regions receiving the most radiation dose demonstrate the greatest decrease in function. It was also found be correlated with the time elapsed after radiotherapy. We concluded that DECT-derived iodine maps can be used to evaluate the dose-response effect of radiation on lungs. DECT can therefore be an interesting technique to study post-treatment pulmonary parenchymal changes and can be used to assess post-radiation damage.