Le but de la radiothérapie est de délivrer une dose de rayonnement prescrite à la cible tumorale tout en limitant les dommages aux tissus normaux environnants. Ceci est actuellement réalisé en utilisant l'optimisation du plan de traitement basé sur la population, basée sur des objectifs prédéfinis basés sur la dose et des contraintes d'organe à risque (OAR) développées à partir de la réponse globale aux rayonnements d'une large population de patients. Malheureusement, l’efficacité et la toxicité de ces plans de traitement standardisés varient, car les patients et leurs tumeurs ont des caractéristiques biologiques individuelles.
Dans le but de proposer une approche plus personnalisée de la planification de la radiothérapie, les chercheurs du Université du Michigan ont développé une nouvelle stratégie d'optimisation de radiothérapie à modulation d'intensité (IMRT) qui intègre directement des modèles dose-réponse spécifiques au patient dans le processus de planification. Leur technique, décrite dans Physique médicale, est basé sur la maximisation de la valeur prédite de l’utilité globale du traitement – définie comme la probabilité de contrôle local moins la somme pondérée des probabilités de toxicité.
La nouvelle méthode de planification, appelée optimisation d’utilité prioritaire (PUO), augmente les approches standard en intégrant des facteurs personnalisés liés à la radiosensibilité des tumeurs et des OAR. La radiotoxicité de l'OAR, par exemple, peut être influencée par l'âge, le tabagisme, l'expression des gènes, les marqueurs moléculaires et les conditions préexistantes telles que les maladies cardiaques. D'autres traitements concomitants peuvent également avoir un impact sur l'efficacité de la radiothérapie.
Pour valider leur stratégie, chercheur principal Marthe Matuszak et ses collègues ont utilisé la méthode PUO pour créer des plans IMRT pour cinq patients atteints d'un cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC). Ils rapportent que la planification PUO a amélioré le contrôle local pour tous les patients par rapport aux plans conventionnels utilisés pour leurs traitements.
"Les patients atteints de CPNPC représentent un groupe très hétérogène avec une variabilité dans l'étendue et la localisation de la maladie", explique l'auteur principal Daniel Polán. « En combinaison avec d'autres variabilités anatomiques, ces facteurs peuvent avoir un impact considérable sur la planification du traitement, y compris les gains attendus des différentes méthodes d'optimisation. Par conséquent, pour les tests de faisabilité initiaux de notre méthode, nous avons sélectionné cinq cas pour représenter la diversité de la taille du patient, de la taille de la tumeur, de l’emplacement et de la latéralité, en plus de la diversité des covariables de dose influençant les résultats prévus.
Pour créer des plans IMRT spécifiques au patient, les chercheurs ont d'abord utilisé un système commercial de planification de traitement pour calculer la dose sur la base d'une matrice d'influence des contributions des doses de faisceaux aux régions d'intérêt. Ils résolvent ensuite deux problèmes d’optimisation pour générer des poids de faisceaux optimaux pouvant être réimportés dans le TPS.
Le premier problème d'optimisation maximise l'utilité globale du plan sous réserve de contraintes de dose cliniques typiques, en optimisant le compromis entre efficacité et toxicité sur la base de modèles dose-réponse individualisés. La seconde minimise les objectifs classiques basés sur la dose, soumis aux mêmes contraintes de dose que la première, tout en conservant l'utilité optimale déterminée à partir de la première optimisation.
Pour les cinq patients, l’approche PUO a généré avec succès des poids de faisceaux optimaux qui ont maximisé l’utilité tout en restant dans les limites de la dose. Pour l'étude, les chercheurs ont comparé ces plans PUO IMRT avec les plans de radiothérapie conformationnelle 3D (CRT) délivrés en clinique, ainsi qu'avec les plans IMRT et d'arc-thérapie à modulation volumétrique (VMAT) générés rétrospectivement.
Par rapport aux plans 3DCRT, VMAT et DOO IMRT, la méthode PUO a amélioré l'utilité du plan en moyenne de 40 %, 32 % et 31 %, respectivement. Les plans PUO ont démontré une amélioration moyenne de 17 % du contrôle local avec une toxicité similaire à la planification conventionnelle.
Comme prévu, l'étendue des avantages des plans PUO IMRT différait selon les patients. Polan rapporte que pour un patient, le PUO a entraîné une amélioration de l'utilité de 70 % par rapport au DOO conventionnel. « Cela correspond à une amélioration absolue de 32 % de la probabilité prévue de survie sans progression, tout en n’augmentant que de 2 % la probabilité prévue de toxicité pulmonaire radio-induite », dit-il. « Ce compromis substantiel a le potentiel d’améliorer considérablement la survie à la maladie tout en minimisant l’impact sur la qualité de vie du patient après le traitement. »
Cependant, pour un autre patient présentant une grosse tumeur, les améliorations ont été minimes. Polan explique que pour les tumeurs plus grosses, la planification du traitement devient généralement plus contrainte en raison de l'augmentation des exigences de dose intégrale et d'une capacité réduite à éviter de toucher les tissus normaux.
Le cadre d'IA utilise des images médicales pour individualiser la dose de radiothérapie
L'équipe souligne que la méthode PUO fournit un moyen quantitatif de déterminer quels patients peuvent bénéficier d'une augmentation ou d'une redistribution de dose, sur la base de facteurs cliniques et de biomarqueurs spécifiques au patient, tout en tenant également compte de la géométrie du patient et des limites de dose d'OAR.
Les chercheurs mènent actuellement des études rétrospectives à grande échelle dans le but de développer un essai clinique prospectif utilisant la stratégie de planification du traitement PUO. Leurs recherches portent sur l'intégration des données des patients et des prévisions de résultats personnalisées directement dans la planification de la radiothérapie, avec un accent actuel sur les cancers du foie, du poumon et de la tête et du cou, où l'équilibrage des effets positifs et négatifs de la radiothérapie pourrait avoir un impact significatif sur la qualité globale d'un patient. -vie.
