Comparaison par simulation Monte-Carlo de l'imagerie X et de l'imagerie proton pour le calcul de dose en protonthérapie
Résumé
Dans la pratique clinique actuelle, l'estimation de la dose délivrée dans le plan de traitement en protonthérapie se base sur une carte des coefficients d'atténuation reconstruite à partir d'une image par rayons X puis convertie en carte de pouvoir d'arrêt relatif (RSP). Cependant, comme il n'y a pas de relation unique entre les unités Hounsfield et le RSP, cette étape d'étalonnage impose d'augmenter les marges d'incertitudes sur le parcours des protons de l'ordre de 2.5%+1mm à 3.5%+3mm selon le centre de protonthérapie. L'imagerie proton (pCT) peut permettre une meilleure estimation de la dose délivrée en protonthérapie via une reconstruction directe de la carte de pouvoir d'arrêt des tissus. L'autre avantage de cette technique est de permettre une réduction de la dose délivrée pour l'acquisition des images en comparaison de l'imagerie X. Plusieurs études ont déjà démontré les capacités de l'imagerie proton à estimer précisément la carte de pouvoir d'arrêt, mais il y a encore un manque d'études permettant de quantifier réellement l'avantage clinique de l'imagerie proton en comparaison de l'imagerie X. Nous avons pour cela développé une étude basée sur la simulation Monte-Carlo (Geant4) présentant un plan de traitement complet en protonthérapie dans le but de quantifier la précision des calculs de dose délivrée dans le cas de l'imagerie X et de l'imagerie proton. Cette étude est basée sur un fantôme numérique (ICRP 110) imagé à la fois avec une simulation d'un scanner X et d'un scanner proton. Les images proton sont reconstruites par un algorithme de rétroprojection filtrée développé récemment par l'équipe de CREATIS pour tenir compte du parcours complexe des protons dans les tissus [1]. Pour être le plus proche possible des pratiques cliniques, un fantôme permettant la caractérisation des tissus (Gammex 467) est également simulé pour produire la courbe d'étalonnage nécessaire à la conversion des unités Hounsfield en unité de pouvoir d'arrêt dans le cas de l'imagerie X. Les cartes de pouvoir d'arrêt des tissus obtenues à partir des images X et proton sont comparées à une carte de référence correspondant au fantôme ICRP. Une procédure unique permet ensuite de transformer ces cartes en équivalent tissus (densité, composition) afin de pouvoir simuler la dose délivrée dans le cas d'un traitement en protonthérapie. Les premiers résultats obtenus démontrent qu'à dose identique (quelques mGy), l'imagerie proton permet une estimation plus précise du parcours des protons que l'imagerie X. Cette étude innovante permet ainsi de quantifier à la fois la précision des cartes de pouvoir d'arrêt reconstruites et l'impact sur l'estimation de la dose délivrée dans le cas d'un traitement en protonthérapie utilisant l'imagerie proton. Reference : [1] S. Rit et al. (2013). 'Filtered backprojection proton CT reconstruction along most likely paths', Med Phys 40(3).