Apport de l'imagerie multimodale dans la caractérisation de la distribution de sources radioactives de 166Ho dans un contexte de dosimétrie en microcuriethérapie
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of targeted radiotherapy is the destruction of tumors thanks to radioactive sources located inside the body. Several sorts of targeted radiotherapy may be defined regarding properties of employed radioactive sources and the mode of administration: * The molecular radiotherapy (MRT) uses unsealed sources in a systemic way. * The selective internal radiation therapy (SIRT) uses unsealed sources (radioactive microspheres) of small dimensions delivered through the arteries, diffused at the vicinity of hepatic tumors. * The brachytherapy uses sealed sources directly located nearby the tumors or directly inside. The microbrachytherapy, considered as a hybrid between SIRT and brachytherapy, is under development. With this technique, microspheres are directly injected inside the tumor. This work is part of the TheraneaM project, which aimed to treat glioblastoma through microbrachytherapy with intracranial injection of radioactive microparticles with holmium-166. Our contribution concerns absorbed dose determination, namely the energy deposition in biological tissues. In order to optimize the calculation, the primary step before this calculation is the localization and quantification of the radioactive activity sources. This task is performed with acquisitions from quantitative imaging. Holmium displays all the properties of a multimodal agent, making its interesting for tissue quantification. Firstly, this work inquires the multimodal detection capability of holmium with three modalities (MRI, CT and SPECT) in order to obtain activity distribution maps. A quantification protocol is applied on a microbrachytherapy preclinical trial with intracranial injection of microparticles with holmium-166 into a glioblastoma pork model. The second part is dedicated to absorbed dose calculation, performed according to the MIRD formalism through algorithms implementation, with the consideration of tissues heterogeneities such as lungs and bone. A global study is undertaken with MRT treatments using 166Ho, 131I, 177Lu and 90Y at micro or macroscopic scale, in addition of the microbrachytherapy with holmium-166. The goal is a comparison of implemented algorithms performance regarding Monte Carlo simulation, taken as reference. These results might allow to express recommendations suitable for a clinical routine context. The final aim is to encourage global practice towards a precise and personalized dosimetry for targeted radiotherapy.
Abstract FR:
La radiothérapie interne consiste à détruire des cibles tumorales à partir d'une source radioactive localisée à l'intérieur du corps. Différents types de radiothérapies internes peuvent être distingués en fonction des propriétés des sources radioactives employées et de leur mode d'administration : * La radiothérapie interne vectorisée (RIV) utilise des sources non scellées administrées de façon systémique. * La radiothérapie interne sélective (RIS) utilise des sources scellées de petites dimensions (microsphères radioactives) administrées par voie artérielle, qui se localisent à proximité de cibles tumorales hépatiques. * La curiethérapie utilise des sources scellées positionnées à proximité des tumeurs ou directement en intra-tumoral. La microcuriethérapie, intermédiaire entre la RIS et la curiethérapie, est une approche en cours de développement qui positionne des microsphères radioactives directement en intra-tumoral. Notre travail s'est intégré dans le projet TheraneaM dont l'objectif était de développer un traitement du glioblastome par microcuriethérapie utilisant l'injection intracérébrale d'une solution de microparticules radioactives marquées avec de l'holmium 166. Notre contribution concerne la détermination de la dose absorbée, c'est-à-dire le dépôt d'énergie dans les tissus biologiques. Dans un contexte d'optimisation de ce calcul, l'étape préalable au calcul dosimétrique proprement dit est la localisation et la quantification de l'activité des sources radioactives. Cette étape est effectuée à partir d'acquisitions d'imagerie quantitative. Les multiples propriétés d'imagerie de l'holmium rendent le choix de cet élément intéressant pour sa quantification dans les tissus. Ce travail étudie tout d'abord le potentiel de détection multimodale de l'holmium avec trois modalités (IRM, TDM et TEMP) pour l'obtention de cartes de distribution de l'activité. Une application de quantification est présentée sur un essai préclinique de microcuriethérapie par injection intracérébrale d'une solution de microparticules d'holmium 166 dans un modèle porcin de glioblastome. La seconde partie est consacrée au calcul de dose absorbée, réalisé selon le formalisme du MIRD par implémentation d'algorithmes tenant compte des hétérogénéités tissulaires, tels que le poumon et l'os. Une étude globale est présentée sur des traitements de RIV utilisant 166Ho, 131I, 177Lu et 90Y à des échelles micro ou macroscopique, en complément du traitement de micro-curiethérapie à l'holmium 166, afin de comparer les performances des algorithmes implémentés en prenant comme référence la simulation Monte-Carlo. Ces résultats permettent d'émettre des recommandations applicables à un contexte de routine clinique dans le but d'orienter les pratiques vers une dosimétrie en radiothérapie interne précise et personnalisée.