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Nature Biotechnologie (2023)Citer cet article

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L'imagerie acoustique par rayonnement ionisant (iRAI) permet de surveiller en ligne les interactions des rayonnements avec les tissus pendant la radiothérapie, fournissant ainsi une rétroaction adaptative en temps réel pour les traitements contre le cancer. Nous décrivons un système d’imagerie volumétrique iRAI qui permet de cartographier la distribution tridimensionnelle (3D) de la dose de rayonnement dans un traitement de radiothérapie clinique complexe. La méthode repose sur un transducteur matriciel bidimensionnel et une carte de préamplificateur multicanal correspondante. La faisabilité de l’imagerie temporelle de l’accumulation de dose en 3D a été validée pour la première fois dans un fantôme imitant les tissus. Ensuite, des mesures semi-quantitatives de dose relative iRAI ont été vérifiées in vivo dans un modèle de lapin. Enfin, la visualisation en temps réel de la dose de rayonnement 3D délivrée à un patient présentant des métastases hépatiques a été réalisée à l'aide d'un accélérateur linéaire clinique. Ces études démontrent le potentiel d'iRAI pour surveiller et quantifier le dépôt de dose de rayonnement 3D pendant le traitement, améliorant potentiellement l'efficacité du traitement de radiothérapie grâce à un traitement adaptatif en temps réel.

Il a été démontré que la radiothérapie (RT) améliore les résultats des patients atteints de cancer et pallie les symptômes associés1. Le succès de la RT dépend de l’administration d’une dose de rayonnement suffisante à la tumeur tout en épargnant les tissus normaux environnants2. Pour atteindre un tel ratio thérapeutique souhaité, c'est-à-dire maximiser le contrôle de la tumeur tout en minimisant la toxicité, il faut que la dose de rayonnement prévue soit délivrée avec précision3,4.

Pour améliorer l'efficacité de la RT, des technologies avancées d'administration guidée par l'image ont été proposées et développées au cours des dernières décennies5,6. Des technologies telles que la RT modulée en intensité et la RT à arc volumétrique modulée peuvent compenser certaines des limitations associées à la RT conforme tridimensionnelle (3D)7,8 ; cependant, le ciblage des lésions en mouvement reste difficile. Plusieurs études ont mis en évidence les écarts entre la RT planifiée et délivrée et leur impact sur le contrôle des tumeurs9. Ces différences sont exacerbées par les erreurs de configuration, les mouvements des organes ainsi que les déformations anatomiques10,11, qui peuvent modifier considérablement les doses prévues délivrées à la cible ou aux tissus normaux adjacents au cours du traitement12,13,14. Actuellement, la pratique courante pour créer un volume cible de planification (PTV) consiste à étendre le volume cible clinique avec une marge spatiale pour tenir compte des incertitudes de configuration et des déformations des organes15. De plus, l’augmentation de la dose dans de nombreuses maladies est limitée par la radiosensibilité des tissus normaux adjacents16,17. Dans le cas de patients atteints d'un cancer du foie, une étude précédente a montré que la réduction de la marge de mouvement des organes peut réduire le volume de traitement efficace jusqu'à 5 % (entraînant une réduction du risque de complication de 4,5 %), ce qui permettrait une augmentation de la dose de rayonnement de 4,5 %. 6 à 8 Gy, ce qui entraîne une amélioration du contrôle de la tumeur d'environ 6 à 7 % (réf. 18).

Pour atténuer les problèmes de mouvement cible et normal des tissus, des technologies capables de surveiller la localisation de la tumeur et de cartographier la dose délivrée pendant le traitement sont nécessaires. Des substituts de mouvement tels que les repères19 ou l’apnée active avec spirométrie sont parfois utilisés pour le contrôle respiratoire20. En outre, plusieurs technologies embarquées de guidage par image RT (IGRT)21,22 ont été utilisées, notamment un dispositif d'imagerie à portail électronique23,24, l'imagerie fluoroscopique kilovolt et l'imagerie par tomodensitométrie (CT) à faisceau conique kilovolt ou mégavolt (CBCT). Cependant, aucune de ces technologies ne peut fournir d’informations en temps réel sur le dépôt de dose en 3D. Des technologies non ionisantes plus sûres ont également été explorées, telles que l’imagerie par ultrasons25 et les systèmes basés sur des caméras de surface, qui sont sensibles à des sources subtiles d’erreur et à une variabilité inter-utilisateurs. Pour mieux résoudre la discrimination tissulaire grâce à l'imagerie en temps réel, des technologies intégrées telles que les accélérateurs linéaires CT (LINAC), les LINAC d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et les LINAC de tomographie par émission de positons ont été introduites pour un usage clinique26, mais la tomodensitométrie, l'IRM ou La tomographie par émission de positons ne peut pas surveiller l'emplacement du faisceau de rayons X ni le dépôt de la dose dans les tissus normaux ou la cible. Actuellement, le guidage par image avec surveillance du retour de dose délivrée reste intrinsèquement limité27. D'autre part, il existe une grande variété d'appareils pour les mesures de dose cliniques (par exemple, diodes, dosimètres à stimulation thermique/optique, transistors à effet de champ à semi-conducteurs à oxyde métallique, scintillateurs en plastique, dispositifs d'imagerie à portail électronique, gels et films). Ces appareils, cependant, se limitent pour la plupart à des mesures ponctuelles sur la surface externe d'un patient et ne sont ni volumétriques, ni en temps réel et certains dépendent du débit de dose ou de l'énergie28. Les nouvelles générations de détecteurs peuvent être utilisées in vivo mais ne fournissent aucune des informations anatomiques détaillées nécessaires29,30,31. Par conséquent, il existe un besoin clinique de longue date pour des technologies d’imagerie plus efficaces capables de surveiller l’administration de dose volumétrique, en temps réel et in vivo pendant la RT pour obtenir un feedback.