Radiochirurgie - Radiosurgery

Radiochirurgie
Photographie peropératoire montrant un système de radiochirurgie.png
Photographie peropératoire montrant un système de radiochirurgie en cours de positionnement. Le patient sur la photo est traité pour un cancer du rectum.
Spécialité Oncologie
MedlinePlus 007577
eMédecine 1423298

La radiochirurgie est une intervention chirurgicale utilisant des rayonnements , c'est-à-dire la destruction de zones de tissus sélectionnées avec précision à l' aide de rayonnements ionisants plutôt que l'excision avec une lame. Comme d'autres formes de radiothérapie (également appelée radiothérapie), elle est généralement utilisée pour traiter le cancer . La radiochirurgie a été définie à l'origine par le neurochirurgien suédois Lars Leksell comme « une seule fraction de dose élevée de rayonnement, dirigée stéréotaxiquement vers une région intracrânienne d'intérêt ».

En radiochirurgie stéréotaxique ( SRS ), le mot « stéréotaxique » fait référence à un système de coordonnées tridimensionnel qui permet une corrélation précise d'une cible virtuelle vue dans les images diagnostiques du patient avec la position réelle de la cible chez le patient. La radiochirurgie stéréotaxique peut également être appelée radiothérapie stéréotaxique corporelle (SBRT) ou radiothérapie stéréotaxique ablative (SABR) lorsqu'elle est utilisée en dehors du système nerveux central (SNC).

Histoire

La radiochirurgie stéréotaxique a été développée pour la première fois en 1949 par le neurochirurgien suédois Lars Leksell pour traiter de petites cibles dans le cerveau qui ne se prêtaient pas à une chirurgie conventionnelle. L'instrument stéréotaxique initial qu'il a conçu utilisait des sondes et des électrodes. La première tentative de remplacer les électrodes avec un rayonnement a été fait au début des années cinquante, avec des rayons X . Le principe de cet instrument était de frapper la cible intracrânienne avec des faisceaux étroits de rayonnement provenant de plusieurs directions. Les trajets des faisceaux convergent dans le volume cible, y délivrant une dose cumulative mortelle de rayonnement, tout en limitant la dose au tissu sain adjacent. Dix ans plus tard, des progrès significatifs avaient été accomplis, dus en grande partie à la contribution des physiciens Kurt Liden et Börje Larsson. A cette époque, les faisceaux de protons stéréotaxiques avaient remplacé les rayons X. Le faisceau de particules lourdes se présentait comme un excellent remplacement du bistouri chirurgical, mais le synchrocyclotron était trop maladroit. Leksell a ensuite développé un outil pratique, compact, précis et simple qui pouvait être manipulé par le chirurgien lui-même. En 1968, il en résulta le Gamma Knife, installé à l'Institut Karolinska et composé de plusieurs sources radioactives au cobalt 60 placées dans une sorte de casque avec des canaux centraux pour l'irradiation aux rayons gamma. Ce prototype a été conçu pour produire des lésions radiologiques en forme de fente pour les procédures neurochirurgicales fonctionnelles visant à traiter la douleur, les troubles du mouvement ou les troubles du comportement qui ne répondaient pas au traitement conventionnel. Le succès de cette première unité a conduit à la construction d'un deuxième appareil, contenant 179 sources de cobalt-60. Cette deuxième unité Gamma Knife a été conçue pour produire des lésions sphériques pour traiter les tumeurs cérébrales et les malformations artérioveineuses intracrâniennes (MAV). Des unités supplémentaires ont été installées dans les années 1980, toutes avec 201 sources de cobalt-60.

Parallèlement à ces développements, une approche similaire a été conçue pour un accélérateur linéaire de particules ou Linac. L'installation du premier accélérateur linéaire clinique de 4  MeV a commencé en juin 1952 dans l'unité de recherche radiothérapeutique du Medical Research Council (MRC) à l' hôpital Hammersmith de Londres. Le système a été remis pour la physique et d'autres tests en février 1953 et a commencé à traiter les patients le 7 septembre de la même année. Pendant ce temps, les travaux du Stanford Microwave Laboratory ont conduit au développement d'un accélérateur 6-MV, qui a été installé à l'hôpital universitaire de Stanford, en Californie, en 1956. Les unités Linac sont rapidement devenues des dispositifs privilégiés pour la radiothérapie fractionnée conventionnelle, mais elles ont duré jusqu'aux La radiochirurgie Linac est devenue une réalité. En 1982, le neurochirurgien espagnol J. Barcia-Salorio a commencé à évaluer le rôle de la radiochirurgie photonique au cobalt puis au Linac pour le traitement des MAV et de l' épilepsie . En 1984, Betti et Derechinsky ont décrit un système radiochirurgical basé sur Linac. Winston et Lutz ont fait progresser les technologies de prototypes radiochirurgicales basées sur Linac en incorporant un dispositif de positionnement stéréotaxique amélioré et une méthode pour mesurer la précision de divers composants. En utilisant un Linac modifié, le premier patient aux États-Unis a été traité au Boston Brigham and Women's Hospital en février 1986.

21e siècle

Les progrès technologiques de l'imagerie médicale et de l'informatique ont conduit à une adoption clinique accrue de la radiochirurgie stéréotaxique et ont élargi sa portée au 21e siècle. L'exactitude et la précision de la localisation qui sont implicites dans le mot « stéréotaxique » restent de la plus haute importance pour les interventions radiochirurgicales et sont considérablement améliorées grâce aux technologies de guidage d'image telles que le N-localizer et le Sturm-Pastyr localizer qui ont été initialement développées pour la chirurgie stéréotaxique .

Au 21e siècle, le concept original de radiochirurgie s'est étendu pour inclure des traitements comprenant jusqu'à cinq fractions , et la radiochirurgie stéréotaxique a été redéfinie comme une discipline neurochirurgicale distincte qui utilise des rayonnements ionisants générés de l'extérieur pour inactiver ou éradiquer des cibles définies, généralement dans la tête ou la colonne vertébrale, sans avoir besoin d'une incision chirurgicale. Indépendamment des similitudes entre les concepts de radiochirurgie stéréotaxique et de radiothérapie fractionnée, le mécanisme pour obtenir le traitement est subtilement différent, bien que les deux modalités de traitement soient signalées comme ayant des résultats identiques pour certaines indications. La radiochirurgie stéréotaxique met davantage l'accent sur l'administration de doses élevées et précises à de petites zones, afin de détruire les tissus cibles tout en préservant les tissus normaux adjacents. Le même principe est suivi en radiothérapie conventionnelle bien que des débits de dose plus faibles répartis sur de plus grandes zones soient plus susceptibles d'être utilisés (par exemple, comme dans les traitements VMAT ). La radiothérapie fractionnée repose davantage sur la radiosensibilité différente de la cible et du tissu normal environnant à la dose totale de rayonnement accumulée . Historiquement, le domaine de la radiothérapie fractionnée a évolué à partir du concept original de radiochirurgie stéréotaxique suite à la découverte des principes de la radiobiologie : réparation, réassortiment, repeuplement et réoxygénation. Aujourd'hui, les deux techniques de traitement sont complémentaires, car les tumeurs qui peuvent être résistantes à la radiothérapie fractionnée peuvent bien répondre à la radiochirurgie, et les tumeurs qui sont trop grandes ou trop proches des organes critiques pour une radiochirurgie sûre peuvent être des candidats appropriés pour la radiothérapie fractionnée.

Aujourd'hui, les programmes de radiochirurgie Gamma Knife et Linac sont disponibles dans le commerce dans le monde entier. Alors que le Gamma Knife est dédié à la radiochirurgie, de nombreux Linacs sont conçus pour la radiothérapie fractionnée conventionnelle et nécessitent une technologie et une expertise supplémentaires pour devenir des outils de radiochirurgie dédiés. Il n'y a pas de différence nette d'efficacité entre ces différentes approches. Les principaux fabricants, Varian et Elekta, proposent des Linacs dédiés à la radiochirurgie ainsi que des machines conçues pour le traitement conventionnel avec des capacités de radiochirurgie. Des systèmes conçus pour compléter les linacs conventionnels avec une technologie de mise en forme de faisceau, une planification de traitement et des outils de guidage d'image à fournir. Un exemple de Linac dédié à la radiochirurgie est le CyberKnife , un Linac compact monté sur un bras robotique qui se déplace autour du patient et irradie la tumeur à partir d'un grand nombre de positions fixes, imitant ainsi le concept Gamma Knife.

Applications cliniques

Lorsqu'elle est utilisée en dehors du SNC, elle peut être appelée radiothérapie stéréotaxique corporelle (SBRT) ou radiothérapie stéréotaxique ablative (SABR).

Système nerveux central

La radiochirurgie est réalisée par une équipe multidisciplinaire de neurochirurgiens , de radio-oncologues et de physiciens médicaux pour faire fonctionner et entretenir des instruments hautement sophistiqués, hautement précis et complexes, notamment des accélérateurs linéaires médicaux, l'unité Gamma Knife et l'unité Cyberknife. L'irradiation très précise des cibles dans le cerveau et la colonne vertébrale est planifiée à l'aide d'informations provenant d'images médicales obtenues par tomodensitométrie , imagerie par résonance magnétique et angiographie .

La radiochirurgie est indiquée principalement pour le traitement des tumeurs, des lésions vasculaires et des troubles fonctionnels. Un jugement clinique important doit être utilisé avec cette technique et les considérations doivent inclure le type de lésion, la pathologie si disponible, la taille, l'emplacement et l'âge et l'état de santé général du patient. Les contre-indications générales à la radiochirurgie comprennent une taille excessivement grande de la lésion cible ou des lésions trop nombreuses pour un traitement pratique. Les patients peuvent être traités en un à cinq jours en ambulatoire . Par comparaison, la durée moyenne d'hospitalisation pour une craniotomie (neurochirurgie conventionnelle, nécessitant l'ouverture du crâne) est d'environ 15 jours. Le résultat de la radiochirurgie peut ne pas être évident avant des mois après le traitement. Étant donné que la radiochirurgie n'enlève pas la tumeur mais l'inactive biologiquement, l'absence de croissance de la lésion est normalement considérée comme un succès du traitement. Les indications générales de la radiochirurgie comprennent de nombreux types de tumeurs cérébrales, telles que les neurinomes acoustiques , les germinomes , les méningiomes , les métastases , la névralgie du trijumeau, les malformations artérioveineuses et les tumeurs de la base du crâne, entre autres. L'extension de la radiothérapie stéréotaxique aux lésions extracrâniennes est en augmentation et inclut les métastases, le cancer du foie, le cancer du poumon, le cancer du pancréas, etc.

Mécanisme d'action

Planification de la tomodensitométrie avec contraste IV chez un patient présentant un schwannome vestibulaire de l' angle ponto-cérébelleux gauche

Le principe fondamental de la radiochirurgie est celui de l' ionisation sélective des tissus, au moyen de faisceaux de rayonnement à haute énergie. L'ionisation est la production d' ions et de radicaux libres qui endommagent les cellules . Ces ions et radicaux, qui peuvent être formés à partir de l'eau dans la cellule ou de matériaux biologiques, peuvent produire des dommages irréparables à l'ADN, aux protéines et aux lipides, entraînant la mort de la cellule. Ainsi, l'inactivation biologique est réalisée dans un volume de tissu à traiter, avec un effet destructeur précis. La dose de rayonnement est généralement mesurée en grays (un gray (Gy) est l'absorption d'un joule d'énergie par kilogramme de masse). Une unité qui tente de prendre en compte à la fois les différents organes irradiés et le type de rayonnement est le sievert , unité qui décrit à la fois la quantité d'énergie déposée et l'efficacité biologique.

Des risques

Le New York Times a rapporté en décembre 2010 que des surdoses de rayonnement s'étaient produites avec la méthode de radiochirurgie par accélérateur linéaire, dues en grande partie à des garanties inadéquates dans les équipements modernisés pour la radiochirurgie stéréotaxique. Aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA) réglemente ces dispositifs, tandis que le Gamma Knife est réglementé par la Nuclear Regulatory Commission .

C'est la preuve que l' immunothérapie peut être utile pour le traitement de la radionécrose après une radiothérapie stéréotaxique.

Types de sources de rayonnement

Le choix du type de rayonnement et d'appareil approprié dépend de nombreux facteurs, notamment le type de lésion, la taille et l'emplacement par rapport aux structures critiques. Les données suggèrent que des résultats cliniques similaires sont possibles avec toutes les différentes techniques. Plus importants que le dispositif utilisé sont les questions concernant les indications de traitement, la dose totale délivrée, le calendrier de fractionnement et la conformité du plan de traitement.

Couteau gamma

Un médecin effectuant une radiochirurgie au couteau gamma
Graphique du CNRC du couteau gamma Leksell

Un Gamma Knife (également connu sous le nom de Leksell Gamma Knife) est utilisé pour traiter les tumeurs cérébrales en administrant une radiothérapie gamma de haute intensité de manière à concentrer le rayonnement sur un petit volume. L'appareil a été inventé en 1967 à l'Institut Karolinska de Stockholm , en Suède, par Lars Leksell, le neurochirurgien d'origine roumaine Ladislau Steiner et le radiobiologiste Börje Larsson de l'Université d'Uppsala , en Suède. Le premier Gamma Knife a été importé aux États-Unis grâce à un accord entre le neurochirurgien américain Robert Wheeler Rand et Leksell et a été remis à l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) en 1979.

Un Gamma Knife contient généralement 201 sources de cobalt-60 d'environ 30  curies chacune (1,1  TBq ), placées dans un réseau hémisphérique dans un assemblage fortement blindé . L'appareil vise le rayonnement gamma à travers un point cible dans le cerveau du patient. Le patient porte un casque spécialisé qui est fixé chirurgicalement au crâne, de sorte que la tumeur cérébrale reste stationnaire au point cible des rayons gamma. Une dose ablative de rayonnement est ainsi envoyée à travers la tumeur en une seule séance de traitement, tandis que les tissus cérébraux environnants sont relativement épargnés.

La thérapie Gamma Knife, comme toute radiochirurgie, utilise des doses de rayonnement pour tuer les cellules cancéreuses et réduire les tumeurs, administrées précisément pour éviter d'endommager les tissus cérébraux sains. La radiochirurgie Gamma Knife est capable de focaliser avec précision de nombreux faisceaux de rayonnement gamma sur une ou plusieurs tumeurs. Chaque faisceau individuel est d'intensité relativement faible, de sorte que le rayonnement a peu d'effet sur le tissu cérébral intermédiaire et se concentre uniquement sur la tumeur elle-même.

La radiochirurgie Gamma Knife s'est avérée efficace pour les patients atteints de tumeurs cérébrales bénignes ou malignes mesurant jusqu'à 4 cm (1,6 po), de malformations vasculaires telles qu'une malformation artérioveineuse (MAV), de douleurs et d'autres problèmes fonctionnels. Pour le traitement de la névralgie du trijumeau, la procédure peut être utilisée à plusieurs reprises sur des patients.

Les complications aiguës après la radiochirurgie Gamma Knife sont rares et les complications sont liées à l'affection traitée.

Thérapies basées sur des accélérateurs linéaires

Un accélérateur linéaire (linac) produit des rayons X à partir de l'impact d'électrons accélérés frappant une cible à z élevé , généralement du tungstène. Le processus est également appelé « thérapie aux rayons X » ou « thérapie par photons ». La tête d'émission, ou " gantry ", est tournée mécaniquement autour du patient en un cercle complet ou partiel. La table où est allongé le patient, le "canapé", peut également être déplacée par petits pas linéaires ou angulaires. La combinaison des mouvements du portique et de la table permet la planification informatisée du volume de tissu qui va être irradié. Les appareils à haute énergie de 6 MeV sont les plus couramment utilisés pour le traitement du cerveau, en raison de la profondeur de la cible. Le diamètre du faisceau d'énergie sortant de la tête d'émission peut être ajusté à la taille de la lésion au moyen de collimateurs . Il peut s'agir d'orifices interchangeables de différents diamètres, variant généralement de 5 à 40 mm par pas de 5 mm, ou de collimateurs multilames, constitués d'un certain nombre de feuillets métalliques qui peuvent être déplacés dynamiquement pendant le traitement afin de façonner le faisceau de rayonnement pour se conformer à la masse à ablater. À partir de 2017, les linacs étaient capables d'obtenir des géométries de faisceau extrêmement étroites, telles que 0,15 à 0,3 mm. Par conséquent, ils peuvent être utilisés pour plusieurs types de chirurgies qui étaient jusqu'à présent réalisées par chirurgie ouverte ou endoscopique, comme pour la névralgie du trijumeau. Les données de suivi à long terme ont montré qu'elle était aussi efficace que l'ablation par radiofréquence, mais inférieure à la chirurgie pour prévenir la récurrence de la douleur.

Les premiers de ces systèmes ont été développés par John R. Adler , professeur de neurochirurgie et de radio-oncologie à l'Université de Stanford , et Russell et Peter Schonberg à Schonberg Research, et commercialisés sous le nom de marque CyberKnife.

Thérapie par faisceau de protons

Les protons peuvent également être utilisés en radiochirurgie dans le cadre d'une procédure appelée thérapie par faisceau de protons (PBT) ou protonthérapie . Les protons sont extraits des matériaux donneurs de protons par un synchrotron ou un cyclotron médical , et accélérés lors de transits successifs à travers un conduit ou une cavité circulaire sous vide, en utilisant de puissants aimants pour façonner leur chemin, jusqu'à ce qu'ils atteignent l'énergie nécessaire pour simplement traverser un corps humain, généralement environ 200 MeV. Ils sont ensuite libérés vers la région à traiter du corps du patient, cible de l'irradiation. Dans certaines machines, qui délivrent des protons d'une énergie spécifique uniquement, un masque personnalisé en plastique est interposé entre la source du faisceau et le patient pour ajuster l'énergie du faisceau afin de fournir le degré de pénétration approprié. Le phénomène du pic de Bragg des protons éjectés donne des avantages à la protonthérapie par rapport aux autres formes de rayonnement, car la majeure partie de l'énergie du proton est déposée à une distance limitée, de sorte que les tissus au-delà de cette plage (et dans une certaine mesure également les tissus à l'intérieur de cette plage) sont épargnés. des effets des rayonnements. Cette propriété des protons, qui a été appelée « effet de charge de profondeur » par analogie aux armes explosives utilisées dans la guerre anti-sous-marine, permet de créer des distributions de dose conformes autour de cibles de forme même très irrégulière, et pour des doses plus élevées aux cibles entourées ou renforcés par des structures sensibles aux rayonnements telles que le chiasma optique ou le tronc cérébral. Le développement de techniques « modulées en intensité » a permis d'atteindre des conformités similaires en utilisant la radiochirurgie à accélérateur linéaire.

En 2013, il n'y avait aucune preuve que la protonthérapie soit meilleure que tout autre type de traitement dans la plupart des cas, à l'exception d'une « poignée de cancers pédiatriques rares ». Les critiques, répondant au nombre croissant d'installations PBT très coûteuses, ont parlé d'une " course aux armements médicaux " et de "médecine folle et politique publique insoutenable".

Les références

Liens externes