L’intelligence artificielle au service des patients et de la recherche
ETHOS
Mise en place d’un système innovant de Radiothérapie Adaptative afin de garantir aux patients un traitement personnalisé et efficace.
L’enjeu dans le domaine de la radiothérapie est d’améliorer la précision du ciblage des tumeurs à irradier, tout en épargnant le maximum de tissus sains tout autour de la lésion cible, afin de diminuer les séquelles que peuvent engendrer ce type de traitement. C’est pourquoi le département de radiothérapie du Centre Henri-Becquerel souhaite acquérir un système novateur, nommé ETHOS™, basé sur les dernières innovations technologiques en termes de traitement (accélérateur et algorithmes de calcul de dernière génération) et sur l’aide de l’Intelligence Artificielle (IA). Celui-ci permet d’adapter le traitement de radiothérapie planifié initialement, en prenant en compte les changements quotidiens de l’anatomie du patient (déformation ou réduction du volume tumoral, amaigrissement…). Il s’agit d’une stratégie révolutionnaire, qui améliore sensiblement la prise en charge des patients. Ce dispositif a vocation à être utilisé en routine, mais aussi à être en partie dédié à la recherche.
La Radiothérapie Adaptative (RTA) consiste à adapter le traitement de radiothérapie planifié initialement, en prenant en compte les changements quotidiens dans l’anatomie du patient (déformation ou réduction du volume tumoral, amaigrissement du patient).
Il s’agit d’une stratégie révolutionnaire, dont le développement récent, permet d’améliorer sensiblement la prise en charge des patients.
Le constructeur VARIAN a développé, un système novateur, nommé ETHOS™, basé sur les dernières innovations technologiques en termes de traitement (accélérateur et algorithmes de calcul de dernière génération) et sur l’aide de l’Intelligence Artificielle (IA).
Le Centre a souhaité pouvoir s’équiper du système de radiothérapie adaptative ETHOS, afin de faire bénéficier les patients de la région de cette avancée thérapeutique.
Qu’est-ce que la Radiothérapie Adaptative (RTA) ?
PROGRES EN RADIOTHERAPIE
Ces dernières années, la radiothérapie a connu un développement important avec la Radiothérapie Conformationnelle avec Modulation d’Intensité (RCMI), rendue possible grâce à de nouvelles avancées de l’informatique. Il s’agit d’une technique de modulation d’intensité du faisceau de radiation, selon les zones couvertes par l’irradiation, qui permet de traiter des volumes complexes, en n’exposant les tissus sains qu’à des doses minimes. La dose est sculptée au volume ciblé.
Le service dispose à présent de l’imagerie embarquée, qui grâce à des clichés radiologiques, permet avant chaque séance de garantir très précisément le positionnement du patient sous la machine, celui de la cible et des organes sains qui l’entourent, c’est ce qu’on appelle l’IGRT : la radiothérapie guidée par l’image.
Le développement des nouvelles machines de traitement a été important. Les accélérateurs de particules de nouvelle génération sont à présent équipés de technologies innovantes permettant une meilleure précision du ciblage, tout en épargnant le maximum de tissus sains tout autour de la lésion cible, ce qui engendre par conséquent moins de toxicités et de séquelles pour les patients.
NÉCÉSSITÉ D’ADAPTER LE TRAITEMENT
Pendant le traitement de radiothérapie, des variations anatomiques peuvent se produire, soit de manière physiologique soit par déformation ou réduction du volume tumoral soit par amaigrissement du patient. Ces variations peuvent entraîner des surdosages aux organes à risque à proximité de la tumeur, notamment avec l’utilisation de la RCMI, qui emploie des gradients de doses élevés.
Exemples de variations anatomiques :
La radiothérapie adaptative « RTA » est une stratégie révolutionnaire qui consiste à adapter le traitement initialement prévu en prenant en compte les variations anatomiques de manière temporaire ou progressive observée en cours de traitement par radiothérapie.
Objectifs de la RTA :
- Maintien de la dose prescrite au volume cible tumoral
- Réduction de dose aux tissus sains
- Augmentation de la dose à un volume tumoral réduit (radio résistant) sans augmentation de la dose aux tissus à proximité.
Soit obtenir un meilleur contrôle tumoral sans augmentation des toxicités de la radiothérapie.
Limites actuelles :
Pour adapter le traitement, il faudrait avoir accès quotidiennement à une imagerie permettant un nouveau calcul de la dose de radiothérapie, une nouvelle définition des volumes cibles, la création d’un nouveau calcul de dose puis la sommation de l’ensemble des traitements journaliers délivrés.
Plusieurs stratégies ont été développées avec l’utilisation de radiothérapie adaptative en différé, en temps réel à partir de plans préétablis (bibliothèque de plans de traitement) ou à partir d’accélérateur IRM. Cette dernière possibilité est en cours d’évaluation dans le monde et notamment en France, mais se heurte à un temps de prise en charge quotidienne du patient long et donc peu compatible avec une diffusion de cette technologie.
La solution ETHOS pare à ces problèmes d’accès à l’imagerie et est moins chronophage.
Applications cliniques de la Radiothérapie Adaptative
La Radiothérapie Adaptative constitue, avec la Stéréotaxie (technique de radiothérapie guidée par l’image de très haute précision), l’un des deux axes de développement majeur de la radiothérapie.
Plus de 6000 travaux s’intéressent à cette question (recherche pubmed novembre 2020) ; mais la majorité ne concerne que de très faibles populations, et cela même dans des revues de référence (Inal A ; IJROBP, 2020 ; 20 patients avec des cancers pulmonaires – Berger T ; IJROBP, 2000 ; 10 patients avec des cancers du col utérin – Ugurluer G ; Br J Radiol ; 2020 ; 50 patients avec des cancers prostatiques…).
Les limites technologiques, présentes à ce jour, justifient des études de faible effectif de par la complexité à réaliser la radiothérapie adaptative : nécessité de replanifier le patient (nouvelle TDM ou IRM), de redéfinir les volumes cible ; de réaliser un nouveau calcul de dose. L’ensemble de ces étapes n’est pas compatible avec un développement à grande échelle de la radiothérapie adaptative.
Pourtant, notre équipe a rappelé dans une mise au point récente l’intérêt de la cette technologie (Thureau S, Cancer Rad, 2020). Le système ETHOS permet d’envisager la radiothérapie adaptative de façon optimisée et simplifiée, permettant à moyen terme un accès large à cette technologie.
AMÉLIORATION DES SOINS ET DIMINUTION DES SÉQUELLES
L’un des objectifs de la radiothérapie moderne est d’augmenter les différentiels entre efficacité thérapeutique et toxicité. Ces 20 dernières années, de nombreuses barrières technologiques ont été levées pour permettre l’amélioration des traitements par radiothérapie. L’une des dernières difficultés consiste à prendre en compte, les modifications anatomiques et fonctionnelles du patient en cours de traitement.
Devant la difficulté d’une replanification basée sur de nouvelles imageries TDM ou à partir des IRM-Linac, il est très probable que le système ETHOS permettra de répondre à la problématique de la radiothérapie adaptative qui n’a pas pu se développer depuis 20 ans compte tenu des blocages technologiques. La radiothérapie adaptative est notamment essentielle dans le traitement des tumeurs en place à développement rapide pour lesquelles l’adaptation de la dose permettra d’épargner des organes à risque (cœur pour les cancers bronchiques, glandes salivaires pour les cancers ORL…). A moyen terme, on peut envisager que l’ensemble de ces patients pourront bénéficier de radiothérapie adaptative.
Exemple : Réduction tumorale per-thérapeutique
Les bénéfices attendus sont importants tant en diminution de la toxicité de la radiothérapie qu’en amélioration du contrôle tumoral. Cette technologie permettrait aux patients normands de bénéficier des dernières avancées technologies (5 centres actuellement effectifs dans le monde).
Démocratisation de la technique grâce à l’Intelligence Artificielle
DIFFUSION PLUS RAPIDE, MOINDRE COÛT
Le système de radiothérapie adaptative est basé sur l’imagerie scanner quotidienne (intégrée à l’accélérateur). Réalisée durant le traitement, c’est une évolution majeure de la radiothérapie moderne qui permet d’imaginer la radiothérapie du futur avec une dose calculée au fil du traitement.
En effet, le système ETHOS permet de réduire la complexité de la planification adaptative et de réaliser un traitement optimisé en quelques minutes grâce à l’intelligence artificielle. Cette dernière a la capacité d’aider le radiothérapeute dans la définition des volumes cibles et des organes à risques afin de proposer de multiples propositions de balistiques d’irradiation de manière automatique et dans des délais extrêmement cours. Ainsi, le radiothérapeute peut choisir le plan de traitement optimal pour la séance du jour en choisissant le meilleur compromis entre la dose délivrée à la tumeur et l’épargne des tissus sains.
Le système est par ailleurs capable de fournir le cumul de dose délivré sur chaque volume d’intérêt pour guider le radiothérapeute dans sa stratégie thérapeutique.
