CBCT (Fig. 8) ont été particulièrement utiles pour - UCSF Radiation ...

Mise au point
Mégavoltage cone-beam CT : récents développements et applications
cliniques pour la radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité
Megavoltage cone-beam CT: recent developments and clinical applications
Résumé
J. Pouliot * , O. Morin, M. Aubin, J.-F. Aubry, J. Chen, J. Speight, M. Roach III
Department of radiation oncology, university of California San Francisco,
comprehensive cancer center, 1600 Divisadero street, Suite H1031, San Francisco, Ca-94143, États-Unis
Reçu le 11 mars 2006 ; accepté le 15 mai 2006
Disponible sur internet le 24 juillet 2006
Le système Mégavoltage cone-beam CT (MV CBCT) combine un appareil d’imagerie portale doté d’un détecteur optimisé pour les énergies
du faisceau de traitement, un faisceau de très faible débit de dose synchronisé avec le détecteur et une station d’acquisition, de reconstruction et
de fusion avec l’image scanographique de planification. Le système d’imagerie MV CBCT génère à faible dose des images tomographiques du
patient en position de traitement permettant la vérification du positionnement et la détection des distorsions anatomiques, de même que le calcul
de dose. L’objectif de ce travail était de colliger les récents développements de la technologie (MV CBCT), et à l’aide de quatre utilisations
cliniques spécifiques dans les traitements de lésions spinales ou pulmonaires, dans les traitements des cancers de la tête, du cou et de la prostate,
d’illustrer les performances et possibilités du système, menant à de nouvelles applications cliniques.
© 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Abstract
The Megavoltage cone-beam (MV CBCT) system consists of a new a-Si flat panel adapted for MV imaging and an integrated workflow
application allowing the automatic acquisition of projection images, cone-beam CT image reconstruction, CT to CBCT image registration and
couch position adjustment. This provides a 3D patient anatomy volume in the actual treatment position, relative to the treatment isocenter,
moments before the dose delivery, that can be tightly aligned to the planning CT, allowing verification and correction of the patient position,
detection of anatomical changes and dose calculation. In this paper, we present the main advantages and performance of this MV CBCT system
and summarize the different clinical applications. Examples of the image-guided treatment process from the acquisition of the MV CBCT scan to
the correction of the couch position and dose delivery will be presented for spinal and lung lesions and for head and neck, and prostate cancers.
© 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Mots clés : Imagerie médicale ; Megavoltage cone-beam CT (MV CBCT) ; Radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité (RCMI)
Keywords: Medical imaging; Megavoltage cone-beam CT (MV CBCT); Intensity modulation radiation therapy (IMRT)
1. Introduction
La radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité
(RCMI) permet d’envisager de nouvelles distributions
de dose, plus conformes et mieux adaptées aux critères clini-
* Auteur correspondant.
Adresse e-mail : pouliot@radonc17.ucsf.edu (J. Pouliot).
Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268
1278-3218/$ - see front matter © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
doi:10.1016/j.canrad.2006.05.010
http://france.elsevier.com/direct/CANRAD/
ques. La précision des techniques de RCMI permet de réduire
les marges et de considérer l’escalade de dose. Afin de tirer
profit de cette précision accrue, une rigueur particulière doit
s’appliquer à toutes les étapes de la radiothérapie : reproductibilité,
calcul de dose, contrôle de qualité, vérification de la
précision du positionnement du patient, et le cas échéant, de
la position de la cible tumorale.
De plus, on peut se questionner sur la validité d’utiliser une
seule scanographie de planification comme référence pour l’en

semble des séances de radiothérapie. L’attitude et l’état de
santé du patient, le déplacement des organes, la perte de
poids, la réponse des tumeurs à la radiation sont autant
d’exemples modifiant l’anatomie aux cours des semaines de
traitement.
Si l’ensemble des étapes menant au traitement est fondé sur
la disponibilité d’images tridimensionnelles du patient (scanographie
diagnostique et de planification, IRM, TEP, système de
planification et calcul de dose tridimensionnel, etc.), la vérification
du positionnement reposait jusqu’à maintenant surtout
sur l’imagerie portale en deux dimensions et la visualisation
des structures osseuses.
Ces dernières années ont vu le développement de systèmes
d’imagerie, couplés ou non aux accélérateurs, dont l’objectif
est avant tout de fournir une image tridimensionnelle du patient
en position de traitement, immédiatement avant l’irradiation.
Un grand nombre de publications en font état. Par exemple,
on trouvera un numéro complet sorti récemment et consacré
au sujet [10]. Le déploiement clinique de ces systèmes, et d’autres,
a ouvert l’ère de la radiothérapie guidée par l’image
(image-guided radiotherapy ou IGRT).
L’objectif de ce travail était de colliger les récents développements
de la technologie (MV CBCT), et à l’aide de quatre
utilisations cliniques spécifiques, d’illustrer certaines des performances
et possibilités du système ouvrant de nouvelles
applications cliniques.
2. Megavoltage cone-beam CT
2.1. Description du système
Lorsque les premiers systèmes d’imagerie portale ont été
développés, il y a près de 20 ans, il aurait été difficile d’imaginer
qu’un système d’imagerie portale et le faisceau de traitement
seraient suffisants pour obtenir en quelques secondes
avant le traitement, une image tridimensionnelle du patient
résolvant les tissus mous et utilisable pour le calcul précis de
dose. C’est en un mot, ce qu’offre le système d’imagerie MV
CBCT.
Le système d’imagerie MV CBCT génère des images tomographiques
du patient en position de traitement. Parmi les
caractéristiques particulières du système MV CBCT qui seront
discutées plus loin (Tableau 1), la plus attrayante est sans doute
Tableau 1
Paramètres du système d’imagerie megavoltage cone-beam CT
Table 1
Megavoltage Cone-Beam CT Characteristics
Description Résultat
Acquisition Arc de 200 degrés (270–110)
Temps d’acquisition 45 secondes
Temps d’acquisition et de
reconstruction
Inférieur à deux minutes
Volume imagé (champ de vision) 27 cm × 27 cm × 27 cm
Nombre de pixels 256 × 256 × 274 (craniocaudal)
Résolution spatiale < 1 mm
Dose typique 2–8 cGy
Signal proportionnel à la densité
d'électron
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permet un calcul de dose précis (même
en présence d'objets métalliques)
sa simplicité qui consiste en une seule source de rayonnement,
le faisceau de l’accélérateur, et un seul détecteur, le système
d’imagerie portale. Ainsi par définition, le faisceau de traitement
et l’image MV CBCT coïncident au même isocentre. Le
système de référence de l’image est celui du faisceau de traitement,
limitant au minimum le contrôle de qualité. L’absence
d’équipement additionnel laisse libre accès au patient par le
manipulateur et limite les problèmes techniques.
Le système de détection utilise une nouvelle génération de
détecteurs bidimensionnels [5] munis d’une matrice active au
silicium amorphe optimisée pour la détection des photons
générés par le faisceau de l’accélérateur en champ ouvert,
d’où sa double appellation de mégavoltage et cone-beam. Le
système MV CBCT consiste donc en un détecteur attaché à
l’accélérateur et une station contrôlant le déroulement des opérations.
Cette dernière permet l’acquisition automatique des
images de projections (images portales), de la reconstruction
de l’image CBCT et de la superposition de celle-ci avec
l’image scanographique de planification. Cet alignement CT–
MV CBCT détermine le vecteur de correction à apporter à la
position du patient.
Le développement du système d’imagerie MV CBCT et son
déploiement clinique ont rapidement progressé au cours des
dernières années. La première acquisition d’une image MV
CBCT sur un patient atteint d’un cancer de la tête et du cou a
eu lieu en octobre 2003 [9]. La qualité des images s’est par la
suite continuellement améliorée et a démontré, en août 2004,
un contraste des tissus mous suffisant pour visualiser la prostate,
la vessie et le rectum. C’est par l’installation au département
de radiothérapie de UCSF (University of California San
Francisco) de deux systèmes MV CBCT sur des accélérateurs
Siemens que les premiers protocoles cliniques, approuvés par
le comité d’éthique, ont débuté en janvier 2005 [8].
De janvier 2005 à février 2006, environ 200 acquisitions
MV CBCT ont été effectuées auprès de 50 patients traités par
irradiation externe. Le système MV CBCT a été utilisé à la fois
pour la vérification du positionnement et pour mettre en évidence
les distorsions anatomiques. Il a servi entre autres à
observer la croissance ainsi que la régression des tumeurs au
cours de la thérapie, ainsi que de suivre les changements anatomiques
dus à la perte de poids et à en évaluer l’impact dosimétrique.
Finalement, le système MV CBCT a permis d’améliorer
grandement la délinéation du volume cible et des organes
à risque chez les patients traités pour un cancer de la prostate et
ayant subi l’implantation d’une prothèse simple ou double de
la hanche [1].
2.2. Étapes d’acquisition et de reconstruction
de l’image MV CBCT
Les six étapes typiques de l’utilisation du système MV
CBCT sont illustrées à la Fig. 1. Le patient est d’abord placé
en position de traitement. Le protocole d’acquisition (étape 1)
spécifiant l’énergie du faisceau (6 MV), le nombre d’unités
moniteur total qui sera utilisé pour l’image CBCT et la grandeur
de champ, est appelé sur la station de contrôle

260
J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268
Fig. 1. Étapes de positionnement d’un patient avec le système MV CBCT. 1) Le patient est placé en position de traitement et le protocole d’acquisition est chargé. 2)
L’acquisition est lancée à partir d’un angle de 270 degrés. 3) la tête de l’accélérateur effectue une rotation de 200 degrés et une image portale est obtenue à chaque
degré. 4) Une fois la reconstruction de l’image MV CBCT complétée, l’image MV CBCT est automatiquement fusionnée avec l’image CT. 5) L’usager confirme la
qualité de l’alignement ou effectue une modification. 6) le vecteur de déplacement du patient est affiché et le positionnement de la table de traitement est corrigée à
distance. Le patient est alors prêt à recevoir son traitement.
Fig. 1. Patient set-up steps with MV CBCT. 1) Patient is set-up in treatment position and the MV CBCT acquisition protocol is uploaded. 2) The acquisition is
initiated with the gantry at 270 degrees. 3) The gantry continuously rotates 200 degrees and a portal image is acquired at each degree. 4) The reconstructed MV
CBCT is automatically registered with the planning CT. 5) If required, the user manually fine-tunes the alignment and the registration is confirmed. 6) The computed
shift vector is displayed and couch position is remotely corrected. The treatment is ready to be delivered.

Coherence TM . L’image scanographique de planification de
référence, préalablement reçue via DICOM du système de planification
dosimétrique, est automatiquement affichée, prête à
être fusionnée à l’image CBCT. La tête de l’accélérateur est
tournée en position initiale de l’arc (270°) [étape 2] et l’acquisition
est lancée. Durant l’acquisition (étape 3), la tête de l’accélérateur
effectue une rotation de 200 degrés et une image
portale est obtenue à chaque degré. La reconstruction de
l’image MV CBCT débute dès l’acquisition de la première
image portale et est complétée en moins de deux minutes.
Une fois reconstruite, l’image MV CBCT est automatiquement
fusionnée en quelques secondes avec l’image scanographique à
l’aide du logiciel Adaptive Targeting Sofware TM (étape 4). La
fusion est fondée sur un algorithme d’informations mutuelles.
L’utilisateur confirme la qualité de l’alignement (étape 5) et, le
cas échéant, peut effectuer une modification manuelle supplémentaire.
Une fois l’alignement accepté, le vecteur décrivant le
déplacement nécessaire pour obtenir la meilleure position du
patient à l’isocentre de position est affiché (étape 6). La position
de la table de traitement peut ainsi être corrigée à distance.
Le patient est alors prêt à recevoir son traitement. Les paramètres
du système d’imagerie MV CBCT sont regroupés dans le
Tableau 1.
La précision d’alignement du système pour un objet rigide a
pu être vérifiée en comparant les positions obtenues à la fois à
l’aide du système MV CBCT et d’une paire d’images portales
orthogonales. Pour cette comparaison, un fantôme anthropomorphique
(Rando) implanté de trois marqueurs d’or a été
déplacé successivement à 30 endroits différents connus autour
de l’isocentre [7]. La moyenne et l’écart-type des différences
entre les deux méthodes d’imagerie pour ces 30 mesures
étaient respectivement de 0,0 et 0,3 mm. De plus, l’écart-type
entre les valeurs de déplacements effectués et mesurés par le
système MV CBCT était de 0,5 mm. Ces mesures démontrent
donc que le système MV CBCT a le potentiel d’aligner un
patient avec une précision meilleure que 1 mm. Dans certains
cas, les distorsions anatomiques et l’interprétation de l’usager
peuvent réduire cette précision. Cette précision devra être
déterminée pour chaque site en fonction de l’expertise de l’usager.
Cet aspect sera discuté plus loin.
La dose requise pour l’acquisition d’une image MV CBCT
dépend de l’application clinique. Elle est typiquement de 2 à
5 cGy par fraction pour les alignements quotidiens, et de 5 à
10 cGy pour l’étude de l’évolution des tumeurs ou pour fin de
planification [8,9].
3. Quatre exemples d’applications cliniques
Au-delà des caractéristiques techniques et des performances
physiques, c’est dans son utilisation clinique qu’un nouveau
système d’imagerie peut démontrer son utilité. En s’appuyant
sur quatre exemples cliniques réels, nous allons illustrer comment
le système MV CBCT offre des solutions pour la résolution
de problèmes existants et aussi ouvre de nouvelles applications.
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3.1. Traitement d’une lésion paraspinale
Une patiente ayant subi une résection pour un sarcome épidural
de stade élevé devait être traitée par irradiation. Comme
c’est souvent le cas, une structure métallique supportant la
colonne vertébrale a été mise en place lors de la chirurgie.
Pour les sarcomes et autres tissus radiorésistants, une dose permettant
d’espérer le contrôle local avec une thérapie conforme
traditionnelle risque d’excéder la dose de tolérance (45–50 Gy)
de la moelle épinière. En utilisant une technique de RCMI, une
distribution de dose hautement conforme à la tumeur peut être
planifiée afin de maximiser la couverture dosimétrique de la
cible tout en épargnant les tissus à risque avoisinants [6]. Une
dose de 58 Gy a été prescrite sur l’isodose 72 %, fractionnée en
29 séances. Cependant, compte tenu du fort gradient de dose
entre le volume tumoral et les structures adjacentes, une grande
précision était requise dans la mise en place de la patiente pour
toute la durée du traitement. La Fig. 2 présente la distribution
de dose sur une coupe axiale. On remarque que la moelle épinière
est incluse dans l’isodose 45 Gy et que la dose augmente
très rapidement lorsqu’on s’écarte de celle-ci, même à quelques
millimètres seulement. Un alignement quotidien à l’aide du
système MV CBCT a donc été effectué afin de s’assurer d’un
positionnement précis du patient et d’une irradiation optimale
chaque jour.
À chaque session de traitement, la patiente a été mise en
position de traitement et immobilisée à l’aide d’un masque
thermoplastique couvrant entièrement la tête, le cou et les
épaules (Head-shoulder mask, Med-Tec Corp., Iowa). On procédait
alors à l’acquisition et à l’alignement de l’image MV
CBCT sur l’image scanographique de référence suivant la pro-
Fig. 2. Exemple de distribution de la dose pour un traitement RTMI d’une
lésion paraspinale.
Fig. 2. Example of a dose distribution used for a paraspinous lesion IMRT.

262
cédure décrite à la section précédente. L’équipe apprend rapidement
comment effectuer l’alignement des images chaque
jour. Après la première semaine, les étapes d’acquisition de
l’image, l’alignement du patient suivi de la vérification de la
correction, pouvaient être effectuées en un temps approximatif
de six à huit minutes.
Une correction supérieure à 2 mm dans au moins un des
trois axes a été nécessaire lors de 28 des 29 séances. Les
corrections à effectuer ont varié de –9,4 à 9,4, –9,5 à 4,0, et
–3,5 à 1,0 mm, respectivement pour les axes latéral, longitudinal
et vertical. La moyenne (l’écart-type) des déplacements
était de –1,0 (4,4), –3,5 (3,22) et –0,7 (1,1) mm. Les grandes
valeurs de corrections et de l’écart-type démontrent l’importance
de l’alignement quotidien. En moyenne (intervalle de
confiance de 95 %), les corrections à effectuer sans égard au
signe étaient de 3,6 (2,6–4,6), 4,1 (3,2–5,0) et 1,0 (0,6–
1,3) mm dans les mêmes axes. Ainsi, une correction moyenne
de 4 mm devait être apportée à la position du patient chaque
jour. L’introduction de ces écarts dans le système de planification
dosimétrique a permis d’évaluer que l’absence de correction
aurait résulté en une augmentation de la dose à la moelle,
jusqu’à 61 Gy.
J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268
La dose supplémentaire totale reçue par le patient, due à l’acquisition
quotidienne d’images MV CBCT a été de 1,3 Gy, soit
31 acquisitions × 6 MU/acquisition × 0,7 cGy/MU. Elle a été
prise en compte lors de la planification. Il s’agit là d’une caractéristique
intéressante du système MV CBCT. Le faisceau utilisé
pour le traitement et pour l’acquisition de l’image étant le
même, les doses peuvent être additionnées directement sans
autre considération biologique. De plus, comparée aux systèmes
d’imagerie œuvrant dans le domaine du radiodiagnostic (énergie
mesurée en kV), la dose reçue lors de l’acquisition d’une image
MV CBCT est considérablement plus uniforme (± 20 %) dans
tout le volume imagé.
L’alignement de l’image MV CBCT relatif à l’image CT a
été validé tous les jours par le médecin résident immédiatement
avant l’irradiation (Fig. 3). Une série d’alignements effectués
hors ligne par d’autres utilisateurs a permis d’évaluer l’importance
des variations interusagers. Après avoir reçu les consignes
d’alignement par le médecin traitant, deux utilisateurs
ont indépendamment effectué les alignements des 31 fractions,
sans connaître les résultats obtenus par les autres usagers. La
variation interusagers a été en moyenne de 1,1 mm, avec un
écart-type de 0,5 mm.
Fig. 3. Vues perpendiculaires de la scanographie (gauche) de planification du traitement d’une lésion spinale. L’image MV CBCT (droite) est fusionnée pour
déterminer le meilleur alignement du patient. L’encerclé montre la structure métallique de soutien vue sur l’image MV CBCT en ajustant la fenêtre des niveaux de
gris.
Fig. 3. Orthogonal views, axial (top), coronal (center) and sagital (bottom), of the planning CT (left) for the treatment of a paraspinous lesion. The MV CBCT is
registered (right) with the planning CT to determine the best patient alignment.

3.2. Positionnement de patient atteint de cancer du poumon
avec MV CBCT
Un patient atteint de cancer du poumon, ayant refusé la chirurgie,
devait être traité exclusivement par irradiation. Étant
donné la grosseur de la tumeur (~145 cm 3 ), une stratégie de
traitement utilisant le cyberknife ne pouvait être proposée. Il
a été observé durant la simulation par fluoroscopie que la position
de la tumeur était relativement stable. Cela n’est évidemment
pas le cas pour la majorité des cancers du poumon de
volume plus petit ou une position rapprochée du diaphragme.
Après l’acquisition de l’image scanographique pour la planification,
l’isocentre de traitement a été placé dans le volume
cible. Étant donné qu’une radiothérapie hypofractionnée (cinq
fractions de 8 Gy) avec modulation d’intensité a été prescrite, il
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était extrêmement important d’assurer un positionnement très
précis à chacune des fractions.
Une paire d’images portales et un MV CBCT ont été obtenus
la première journée de traitement. Seulement l’anatomie
osseuse pouvait être identifiée sur les images portales. En
revanche, utilisant le MV CBCT, les os et les tissus mous
(dont la tumeur) étaient clairement visibles. L’alignement du
MV CBCT avec la scanographie de référence avant traitement
a été fait en utilisant la tumeur elle-même pour assurer une
dose adéquate (Fig. 4a–c). Deux MV CBCT additionnels ont
été obtenus lors de la première journée de traitement ; le premier
après avoir appliqué l’ajustement de la position du patient
et le second après le traitement pour étudier la possibilité de
mouvement durant les 20 minutes de traitement. Le MV
CBCT après alignement était bien aligné avec la scanographie
Fig. 4. Alignement d’un patient atteint de cancer du poumon avec MV CBCT. L’alignement tridimensionnel est effectué en fusionnant la scanographie de référence
(images à niveaux de gris) avec le MV CBCT du jour (images en couleur). L’alignement utilisant la tumeur (gauche) est nettement supérieur qu’en utilisant les
structures osseuses uniquement (droite).
Fig. 4. MV CBCT alignment of a lung cancer patient. The 3D alignment is performed daily by registering the reference CT (grey levels) with the MV CBCT (colors).
The tumor alignment performed with the MV CBCT (left) is better than the one obtained using bony anatomy visible on portal images (right).

264
de référence. La même conclusion fut tirée avec le MV CBCT
acquis après traitement. Pour les quatre fractions suivantes, un
seul MV CBCT (9 MU) a été utilisé pour le positionnement. À
une occasion, le MV CBCT démontrait une claire rotation du
patient (~2 degrés) qui ne pouvait pas être corrigée avec de
simples translations. La rotation a été corrigée en tournant le
patient directement sur la table de traitement.
Dans le but académique de comparer un alignement fondé
sur des images portales ou avec MV CBCT, l’ajustement de
position mesuré avec l’imagerie portale du premier jour de traitement
a été appliqué au MV CBCT (Fig. 4d–f). Malgré un très
bon alignement au niveau du sternum comme observé à la
Fig. 4d et 4f., la tumeur ne l’était pas (voir flèches) et serait
« sous-dosée ». Un problème similaire pouvait être observé si
l’alignement du MV CBCT était fait avec les structures osseuses,
ce qui est pratique courante avec l’utilisation d’images portales.
Le système d’imagerie MV CBCT s’est avéré un bon premier
pas vers un traitement de poumon plus complexe où la
dose délivrée serait synchronisée avec la respiration. Même
dans les cas où la tumeur présente une plus forte amplitude
de mouvement, le MV CBCT peut être utilisé pour obtenir
une meilleure marge de sécurité autour de la tumeur, puisque
l’image produite représente intrinsèquement l’enveloppe du
mouvement naturel de la tumeur.
3.3. RCMI des cancers de la tête et du cou
La RCMI permet de traiter les cancers de la tête et du cou
en délivrant de fortes doses de radiation au volume cible tout
en offrant une décroissance rapide de dose à son pourtour,
épargnant ainsi les organes critiques avoisinants. Cette approche
exige un positionnement précis et reproductible à chaque
J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268
session de traitement. De plus, il est essentiel de s’assurer que
les changements anatomiques dus à la régression de la tumeur
ou à la perte de poids durant le traitement n’altèreront pas la
distribution de dose du plan de traitement. Ces changements
risquent d’affecter significativement la dose à la tumeur ou
aux organes à risque. Dans de tels cas, une nouvelle planification
peut devenir nécessaire, entraînant une surcharge de travail
pour toute l’équipe de radiothérapie. La question qui se pose
alors est de pouvoir détecter si les changements anatomiques
sont suffisamment importants pour engendrer un impact dosimétrique
cliniquement important.
Durant l’année 2005, le système MV CBCT a été utilisé
chez une vingtaine de patients atteints d’un cancer de la tête
et du cou afin de vérifier leur positionnement et observer leur
changement anatomique. En général, une image MV CBCT du
patient en position de traitement a été obtenue chaque jour lors
de la première semaine de traitement dans le but de s’assurer
de sa bonne mise en place et par la suite, une fois par semaine
pour étudier l’évolution du patient et confirmer le bon alignement.
Une comparaison de l’image scanographique de planification
(Fig. 5, en haut) et d’une image MV CBCT (Fig. 5) est
présentée pour les trois plans de vue axiale, sagittale et coronale
Cette comparaison permet de se convaincre facilement que
l’image MV CBCT, avec les outils de fusion décrits précédemment,
permet un alignement tridimensionnel précis du patient
[9].
L’avantage de pouvoir visualiser le patient en trois dimensions
fut rapidement démontré et ce à plusieurs reprises lors de
l’installation initiale des patients sur la table de traitement. En
effet, plusieurs degrés de rotations existent dans la région de la
tête et du cou, certains difficilement observables avec l’imagerie
portale traditionnelle en deux dimensions. Et au-delà des
rotations, l’observation des distorsions de l’anatomie s’est avé-
Fig. 5. Comparaison des images scanographiques de planification (en haut) avec une image MV CBCT (en bas) acquises pour un traitement dans la région de la tête
et du cou.
Fig. 5. Planning CT (top) and MV CBCT (bottom) of a head and neck patient in treatment position.

Fig. 6. Fusion d’une image MV CBCT (gris) et de l’image scanographique de
planification (couleur) illustrant la déformation de l’anatomie dans la région du
cou entre la séance de planification et de traitement.
Fig. 6. Registration of MV CBCT (color) with the planning CT (grey levels)
showing the anatomical deformation in the neck area between the planning and
treatment times.
rée plus fréquente qu’elles n’avaient été anticipées. À cet effet,
un exemple est illustré à la Fig. 6. L’image MV CBCT (en
gris) est alignée sur l’image scanographique de planification
(en couleur) en se fondant sur les structures osseuses comme
la base du crâne et la région frontale. Malgré l’alignement adéquat
sur ces structures, un écart de 6 mm est observé au niveau
des vertèbres cervicales, risquant d’exposer la moelle à une
dose supérieure. Dans cet exemple, une translation ou une rotation
du patient, serait incapable de corriger la situation. L’arc
du cou était plus prononcé lors de la simulation (scanographoie
de planification) que lors du premier traitement, en dépit de
l’utilisation du même accessoire de support. Le patient fut resimulé
avec un appui moins élevé, lui offrant plus de confort et
une plus grande reproductibilité de position.
Il n’existait pas toujours une solution simple aux problèmes
de distorsion observés. Dans l’exemple présenté à la Fig. 6, il
s’agissait d’un problème systématique qui a pu être résolu par
un changement d’accessoire. Cependant, chez plusieurs
patients, les distorsions anatomiques étaient variables d’un
jour à l’autre. C’était le cas dans l’exemple présenté à la
Fig. 3. En présence de distorsion, un alignement de type
corps rigide, i.e. une transformation affine n’est satisfaisante
que dans une petite partie du volume de l’image. L’expertise
du médecin et la connaissance de la distribution de la dose et
de la localisation de la tumeur sont donc essentielles pour juger
du meilleur alignement entre l’image MV CBCT et l’image
scanographique de planification.
J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268 265
L’acquisition périodique d’images MV CBCT permet de
vérifier la justesse de la position du patient. De plus, la comparaison
des images MV CBCT avec celles acquises dans les
semaines précédentes ou avec l’image scanographique de planification
permet de mettre en évidence les changements anatomiques
dus à la régression des tumeurs ou à la perte de poids.
Deux coupes transversales d’images MV CBCT prises à deux
semaines d’intervalle (première et troisième) durant le traitement
sont présentées à la Fig. 7 (gauche ; haut et milieu). La
première semaine, l’image MV CBCT (en gris avec 50 % de
transparence) se superposait bien sur l’image scanographique
de planification (en arrière-plan, en rouge). La perte de poids
devenait évidente (figure du milieu) à la troisième semaine. Les
flèches indiquent les régions ou la perte de poids est la plus
marquée. La Fig. 7 (à droite) présente aussi les distributions
de la dose respective calculées par le système de planification
en réappliquant les faisceaux initiaux sur les images MV
CBCT. Effectivement, une caractéristique importante du signal
des images MV CBCT est qu’il peut être étalonné en fonction
de la densité électronique, permettant d’effectuer un calcul de
dose précis [8] directement à partir de l’image MV CBCT.
Ainsi, lorsqu’un doute existe sur la dose délivrée, une image
MV CBCT peut être transmise au système de planification
pour évaluer l’impact dosimétrique d’un positionnement inadéquat,
d’un changement anatomique, ou même de la présence
d’objets métalliques. Les changements dans la distribution de
dose reçue par le patient, dus à la perte de poids sont présentés
au bas de la Fig. 6. On remarque que certaines régions reçoivent
plus de 10 % de dose supplémentaire à celle originalement
planifiée.
3.4. Traitement du cancer de la prostate en présence
d’une prothèse de hanche
Un nombre croissant de patients devant recevoir une radiothérapie
dans la région pelvienne se présente avec une prothèse
de hanche. La possibilité de traiter ces patients avec une technique
de radiothérapie conformationnelle ou de RCMI doit
s’appuyer sur une définition précise du volume cible et des
organes à risque. Pourtant, la présence d’objets métalliques
génère des artefacts importants sur les images scanographiques
et rend difficile, ou même presque impossible dans le cas de
prothèses bilatérales, la segmentation de la prostate.
La grande pénétrabilité des photons de hautes énergies du
faisceau de traitement devient ici un avantage pour minimiser
les artefacts et produire une image permettant de visualiser la
prostate, la vessie et le rectum. Une acquisition MV CBCT est
donc effectuée et l’image est transmise au système de planification
où elle est fusionnée avec l’image scanographique. Les
images d’un scanographe classique (gauche) et d’un MV
CBCT (droite) de deux patients ayant une (haut) et deux
(bas) prothèses sont présentées à la Fig. 8. On remarque que
les artefacts sur l’image scanographique obscurcissent la région
entre la prostate et la paroi rectale (Fig. 8) ou encore l’interface
à la base de la prostate et la vessie (Fig. 8). Les images MV
CBCT (Fig. 8) ont été particulièrement utiles pour démarquer
ces structures de même que l’extension latérale de la prostate

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J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268
Fig. 7. Impact dosimétrique de la perte de poids durant un traitement de radiothérapie. La fusion (à gauche) de la scanographie de planification (en rouge) et des
images MV CBCT (superposées en gris avec transparence) acquises durant la première (en haut) et la troisième (au milieu) semaines de traitement illustre la perte de
poids. La distribution de dose a été recalculée en appliquant l’arrangement des faisceaux initiaux sur les images MV CBCT (droite), (en bas) différences dans la
distribution de dose entre la première et la troisième semaine.
Fig. 7. Dosimetric impact of weight loss during the course of radiation therapy. The superposition of the planning CT (red) with the registered MV CBCT
(transparent grey levels) acquired at the first (top) and third (center) week illustrates the loss of tissue. Dose distributions were recalculated in the planning system by
applying the initial beam arrangements on the MV CBCT images (right). Dose differences between the first and third week (bottom).

dans le plan médian. Dans la dernière année, le système d’imagerie
MV CBCT a été utilisé à l’UCSF pour aider à la planification
dosimétrique de dix patients ayant une ou deux prothèses
de hanche [1,2]. Lorsque l’on considère qu’en Europe et
aux États-Unis, plus de 500 000 remplacements de hanche
ont été effectués en 2005 et qu’un homme sur six sera atteint
du cancer de la prostate, on peut s’attendre à une forte croissance
du nombre de ces cas.
4. Discussion
Ces systèmes d’imagerie MV CBCT constituent une première
génération. Maintenant qu’ils ont démontré leur utilité
clinique, on peut s’attendre à ce que le développement et
l’amélioration des performances de ces systèmes aillent en
s’accélérant. Plusieurs améliorations au système sont déjà en
voie de réalisation. Le faisceau de traitement pourra être modifié
pour offrir des caractéristiques mieux adaptées à l’imagerie
(dimension de source réduite, énergie légèrement inférieure,
etc.). L’optimisation des détecteurs à matrices actives pour les
énergies de mégavoltage se poursuit et promet encore des gains
substantiels en efficacité et sensibilité. Finalement, la compréhension
du type de traitement informatique des images engendrées
par les systèmes MV CBCT évolue rapidement (filtre
J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268 267
Fig. 8. Les images d’un scanographe classique (gauche) et d’un MV CBCT (droite) de deux patients ayant reçu une (haut) et deux (bas) prothèses.
Fig. 8. Comparison between the planning CT (left) and the MV CBCT (right) for a patients with one (top) or bi-lateral (bottom) hip prostheses.
pour la réduction du bruit ou de la taille de la source, élimination
des artefacts de reconstruction, suppression du diffusé,
etc.), et résulte en une constante amélioration de la qualité
d’image.
L’imagerie portale bénéficie aussi de toutes ces améliorations.
La qualité d’image accrue avec une dose considérablement
réduite, va accélérer son acceptation clinique. L’idée de
fluoroscopie avec le faisceau n’est pas nouvelle, mais la meilleure
visibilité maintenant offerte va cautionner une utilisation
plus fréquente. La tomosynthèse mégavoltage numérique,
concept d’imagerie hybride entre l’imagerie portale et le MV
CBCT, permettra des temps d’acquisition courts tout en offrant
une information tridimensionnelle dans l’axe du faisceau.
Il existe un avantage fondamental à utiliser le faisceau de
traitement pour générer une image. Ce lien univoque entre le
faisceau de traitement et l’image de positionnement assure que
l’image représente la vraie position du patient dans le faisceau.
De plus, en obtenant une image qui servira au calcul de dose
avec le faisceau de traitement, les densités d’électron sont
mesurées dans les mêmes conditions (même spectre en énergie
de photons) qui seront utilisées pour le calcul de dose. Le système
d’imagerie MV CBCT permet donc le calcul précis de
dose et est particulièrement bien adapté à la reconstruction in
situ de la distribution de la dose en trois dimensions en com-

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binant l’image MV CBCT, la mesure de la dose de sortie [3] et
un programme de déposition de cette dernière [4]. Cette technologie
a donc le potentiel de jouer un rôle clé en déterminant,
jour après jour, la dose reçue par le patient. Si l’IGRT est
l’adaptation des paramètres d’irradiation fondée sur l’image
du patient en position de traitement, DGRT (dose-guided
radiation therapy) sera l’ajustement du traitement fondé sur
la dose déjà reçue par le patient.
5. Conclusion
Le système d’imagerie MV CBCT s’est montré d’une
grande fiabilité au cours de cette période. Il a offert la possibilité
d’effectuer plusieurs acquisitions consécutives sans jamais
requérir un temps de refroidissement. La disponibilité d’une
image 3D tomographique du patient en position de traitement
immédiatement avant l’irradiation, a permis un niveau de vérification
impossible à obtenir auparavant. Effectivement, certaines
rotations, distorsions et évolution de l’anatomie étaient
imperceptibles pour des images portales et devenaient évidentes
lorsqu’observées en trois dimensions.
En plus du positionnement du patient, le système MV
CBCT a ouvert la voie à d’autres applications cliniques. Il permet
facilement de suivre les changements anatomiques survenus
durant les semaines de traitement et d’en évaluer l’impact
dosimétrique. La grande pénétration du faisceau du système
MV CBCT permet d’obtenir des images tomographiques pour
fin de planification en présence d’objets métalliques, tels les
amalgames et implants dentaires, les clips chirurgicaux, les
structures de soutien et notamment les prothèses de hanche.
Les exemples présentés dans cet article sont autant de faits
qui laissent entrevoir les grandes possibilités d’applications cliniques
des systèmes d’imagerie MV CBCT. Bien sûr, des études
évaluatives et peut-être aussi des études randomisées
devront venir valider l’amélioration de la précision de traitement
afin de transformer cette étude en évidences cliniques.
Mais déjà l’utilisation du système MV CBCT a augmenté le
niveau de confiance de la fiabilité des traitements, ouvrant la
porte à des approches thérapeutiques plus agressives.
L’IGRT est le complément naturel, sinon essentiel de la
RCMI. En effet, on pourrait être conduit à se demander comment
la RCMI a pu être déployée sans l’IGRT.
Remerciements
La recherche et la mise en service clinique d’un nouveau
système d’imagerie a nécessité la participation et la collabora-
J. Pouliot et al. / Cancer/Radiothérapie 10 (2006) 258–268
tion de toute l’équipe de radiothérapie. Nous voulons donc
remercier tous les membres du département de l’UCSF pour
leur soutien. Des remerciements plus particuliers vont aux cliniciens,
les Drs Bucci, Speight, Gillis, Hansen et Roach III.
Nous avons participé à l’installation et collaboré à toutes les
étapes du développement du système d’imagerie MV CBCT
par Siemens Oncology Care Systems. Notre reconnaissance
se dirige vers le Dr Ali Bani-Hashemi, ingénieur, et toute son
équipe pour leur appui constant et les nombreuses discussions.
Ce travail a été financièrement supporté par Siemens OCS.
Deux des auteurs (OM, JFA) voudraient souligner un financement
partiel de leurs études de doctorat venant du Conseil de
recherche en sciences naturelles et en génie du Canada.
Références
[1] Aubin M, Morin O, Bucci K, Chan A, Chen J, Ghelmansarai F, et al.
Megavoltage cone-beam CT to complement prostate planning CT in presence
of hip prosthesis, ESTRO annual meeting (abstract), Lisbon 2005.
[2] Aubin M, Morin O, Chen J, Gillis A, Pickett B, Aubry JF, et al. The use
of megavoltage cone-beam CT to complement CT for target definition in
pelvic radiotherapy in the presence of hip replacement. Brit Journ Radiol
2006 (in press).
[3] Chen J, Chuang CF, Morin O, Aubin M, Pouliot J. Calibration of an
amorphous-silicon flat panel portal imager for exit-beam dosimetry.
Med Phys 2006;33:584–94.
[4] Chen J, Morin O, Aubin M, Bucci M.K, Chuang C.F, Pouliot J. Doseguided
radiation therapy with Megavoltage cone-beam CT, invited Paper,
Brit. Journ. Radiol., (Special Issue), 2006.
[5] Ghelmansarai F, Bani-Hashemi A, Pouliot J, Calderon E, Hernandez P,
Mitschke M, et al. Soft tissue visualization using a highly efficient megavoltage
cone-beam CT imaging system. Proceedings of the international
society for optical engineering meeting, San Diego, 2003 2005:159–70
(San Diego: Medical Imaging; 5745).
[6] Hansen EK, Larson DA, Morin O, Aubin M, Xia P, Descovich M, et al.
Image guided radiotherapy using megavoltage cone-beam CT for treatment
of paraspinous tumors in the presence of orthopedic hardware. Int
J Radiat Oncol Biol Phys 2006 (in press).
[7] Morin O Gillis A, Bucci MK, Aubin M, Chen J, Pouliot J. Comparison
of Megavoltage cone-beam CT with electronic portal imaging for patient
alignment, Proceedings of the 9th Int. Workshop on Electronic Portal
Imaging, Melbourne, Australia. 10th –12th April 2006.
[8] Morin O, Gillis A, Chen J, Aubin M, Bucci MK, Pouliot J, et al. System
description and IGRT clinical applications special issue on image-guided
radiation therapy (IGRT). Med Dosi 2006;31:51–61.
[9] Pouliot J, Bani-Hashemi A, Chen J, Svatos M, Ghelmansarai F, Mitschke
M, et al. Low-dose Megavoltage cone-beam CT for radiation therapy. Int
J Radiat Oncol Biol Phys 2005;61:552–60.
[10] Special issue on IGRT. Med Dosim 2006;31:1–88.