Systèmes de planification

 Introduction

La radiothérapie est l’un des piliers majeurs du traitement du cancer, utilisée chez environ 60 % des patients atteints de cancer au cours de leur prise en charge (source : INCa). À l’Institut de Cancérologie Paris Nord, comme dans d'autres centres spécialisés, la qualité des traitements repose non seulement sur la compétence des équipes médicales, mais aussi sur la performance des technologies utilisées.

Parmi ces technologies, les systèmes de planification jouent un rôle fondamental. Ces outils logiciels permettent de concevoir des traitements personnalisés, adaptés à l’anatomie de chaque patient, au type de cancer traité, et aux contraintes thérapeutiques spécifiques. Leur objectif : délivrer la dose de rayonnement optimale à la tumeur tout en protégeant les tissus sains environnants.

Lorsque le scanner est réalisé et les zones à traiter et à préserver précisément ciblées, l'équipe de physique médicale, en concertation avec les médecins, modélise la séquence exacte de traitement personnalisé qui sera exécutée par l'accélérateur de particules.

 Qu’est-ce qu’un système de planification en radiothérapie ?

Un système de planification de traitement (ou TPS pour "Treatment Planning System") est un logiciel médical complexe, utilisé par les équipes de radiothérapie pour concevoir, optimiser et simuler les traitements de radiothérapie externe.

 Fonctions principales du système de planification :

• Reconstituer en trois dimensions l’anatomie du patient à partir d’images médicales.
   
• Définir les volumes à traiter (la tumeur et ses marges) et les organes à risque à épargner.
   
• Calculer la distribution spatiale de la dose de rayonnement.
   
• Simuler virtuellement le traitement avant sa mise en œuvre réelle.
   
• Permettre une validation médicale et physique rigoureuse avant traitement.
   

Remarque importante : contrairement à certaines formulations simplifiées, le logiciel ne décide pas seul de la « meilleure solution ». Il propose des résultats en fonction des paramètres cliniques définis par les professionnels de santé, et nécessite des ajustements manuels par des experts.

Étapes du processus de planification en radiothérapie

1. Acquisition d’images médicales

La première étape est la réalisation d’un scanner de simulation (CT scan), dans les mêmes conditions de positionnement que le traitement. Celui-ci permet de :

• Visualiser l’anatomie du patient.
   
• Identifier la tumeur et les organes avoisinants.
   
• Créer un référentiel spatial pour les calculs de dose.
   

Selon les cas, d’autres examens peuvent être fusionnés avec le scanner :

• IRM : apporte une meilleure définition des tissus mous (ex. prostate, cerveau).
   
• TEP-scan (PET) : donne des informations sur l’activité métabolique des tumeurs.
   

Ces examens complémentaires sont cruciaux pour améliorer la précision de la délimitation tumorale. Leur fusion d’image dans le logiciel de planification permet une représentation complète et multidimensionnelle du volume à traiter.

2. Dessin des volumes (contouring)

Cette étape est appelée contourage. Le médecin radiothérapeute, souvent assisté d’un physicien ou d’un dosimétriste, délimite :

• GTV (Gross Tumor Volume) : la tumeur visible.
   
• CTV (Clinical Target Volume) : la tumeur + les zones à risque microscopique.
   
• PTV (Planning Target Volume) : le CTV élargi d’une marge de sécurité pour compenser les incertitudes (mouvements, imprécisions).
   
• OAR (Organs At Risk) : les organes sains sensibles aux rayonnements (cœur, poumons, rectum, moelle épinière...).

Ces volumes servent à guider les calculs de dose.

3. Calcul et optimisation de la dose

À partir de ces données, le logiciel calcule la répartition spatiale du rayonnement. Cette étape complexe prend en compte :

• Les faisceaux d’irradiation possibles (direction, intensité, énergie).
   
• La géométrie du patient.
   
• Les contraintes cliniques fixées : dose minimale à la tumeur, dose maximale tolérée aux organes à risque.
   

Il existe plusieurs algorithmes de calcul, les plus récents étant Monte Carlo ou convolution superposition, capables de modéliser finement l’interaction des rayonnements avec les tissus.

Les physiciens médicaux interviennent alors pour ajuster manuellement la planification, en testant plusieurs itérations jusqu'à obtenir un plan conforme.

Ces calculs peuvent prendre plusieurs heures à plusieurs jours selon la complexité du plan, contrairement à l’affirmation erronée selon laquelle « la planification est rapide ». C’est une étape indispensable mais non immédiate.

4. Validation du plan de traitement

Le plan est ensuite validé conjointement par le radiothérapeute et le physicien médical. Cette validation inclut :

• Le contrôle des doses délivrées à chaque volume.
   
• L’assurance que les contraintes sont respectées.
   
• Des tests de vérification sur fantôme (simulations physiques).

Certains centres effectuent également un contrôle qualité indépendant via un second logiciel ou une équipe externe.

5.  Transfert aux appareils de traitement

Une fois le plan validé, il est transféré à l’accélérateur de particules (LINAC) qui délivre la radiothérapie. Le système de gestion du traitement utilise ces données pour guider les faisceaux.

Avant chaque séance, une vérification de positionnement (IGRT) est réalisée par imagerie embarquée pour s’assurer que le patient est placé exactement comme lors du scanner de simulation.

Technologies utilisées dans la planification et la délivrance

Les systèmes modernes de planification permettent d’exploiter plusieurs techniques avancées :

Radiothérapie conformationnelle 3D

• Technique de base qui permet d’adapter les faisceaux à la forme tridimensionnelle de la tumeur.

• Utilisée dans de nombreux centres pour les traitements standards.

   

IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy)

• Permet de moduler l’intensité des faisceaux au sein même d’un champ.
   
• Augmente la précision de la distribution de dose, permettant de traiter des tumeurs proches d’organes sensibles.
   
• Requiert un calcul plus complexe et une vérification qualité rigoureuse.

VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy)

• Variante de l’IMRT avec rotation continue de l’accélérateur autour du patient.
   
• Permet une meilleure répartition de la dose en un temps réduit.
   
• Précision élevée mais dépend fortement du guidage par l’image et de la qualité du repositionnement.

 Attention : la « précision millimétrique » annoncée commercialement peut varier de 2 à 5 mm en pratique, selon le site tumoral et la qualité de l’IGRT (source : JACMP).

IGRT (Image-Guided Radiation Therapy)

• Permet une vérification de la position réelle de la tumeur avant chaque séance.
   
• Utilise des images 2D ou 3D embarquées sur l’accélérateur.
   
• Permet de corriger les variations de position du patient ou de la tumeur.
   

Planification adaptative

• Technique émergente permettant d’ajuster le plan de traitement en cours de route.
   
• Utile si la tumeur change de taille, si le patient perd du poids, ou si des déplacements d’organes sont observés.
   
• En déploiement progressif, encore peu répandu dans les centres généralistes.
   

Quels sont les bénéfices pour les patients ?

Les systèmes de planification modernes apportent des bénéfices majeurs en termes de qualité et de sécurité des soins :

Sécurité renforcée

• Réduction des risques de sur- ou sous-dosage.
   
• Traçabilité complète des paramètres de traitement.
   
• Validation par une équipe pluridisciplinaire.
   

Précision accrue

• Meilleur ciblage de la tumeur, respect des organes à risque.
   
• Réduction des effets secondaires, notamment à long terme.
   

Personnalisation du traitement

• Chaque plan est adapté à la morphologie et à la pathologie du patient.
   
• Possibilité d’ajustements si besoin en cours de traitement.
   

 Optimisation du temps de traitement

• Bien que certaines techniques soient plus longues à préparer, elles permettent souvent des séances plus ciblées, parfois plus courtes (notamment avec VMAT).
   
• Meilleur confort pour le patient, notamment en position allongée prolongée.
   

Nos équipes s'appuient sur des logiciels et un système d'information puissants qui réalisent les calculs complexes nécessaires à la modélisation et à l'optimisation du traitement adapté au cas par cas en fonction du contexte médical et aux caractéristiques anatomiques du patient. 
La séquence de traitement, une fois validée conjointement par les médecins et les radio-physiciens médicaux, est définitivement figée avant transmission aux accélérateurs de particules pour être effectuée.
A chaque séance, en concertation avec les équipes médicales et radio-physiques, les équipes de radio-manipulateurs de l'Institut de Cancérologie Paris Nord accueillent le patient, le positionnent en reproduisant la posture validée lors du scanner de début de traitement et exécutent la séquence de traitement dans des conditions de qualité et de sécurité faisant l'objet de tests et validations quotidiennes.

Les questions les plus fréquemment posées sur les Systèmes de planification en radiothérapie : 

 Qu’est-ce que la dosimétrie en radiothérapie ?

La dosimétrie est l’ensemble des opérations qui permettent de calculer et de vérifier la quantité de rayonnement délivrée au patient. Elle est au cœur de la planification, assurant que la tumeur reçoit la dose prescrite, sans dépasser les seuils tolérés pour les organes à risque.

La planification retarde-t-elle le début du traitement ?

La planification est une étape indispensable, et elle peut prendre plusieurs jours, surtout dans les cas complexes. Ce délai est nécessaire pour garantir un traitement sécurisé et efficace. Il ne s’agit pas d’un « retard », mais d’une étape essentielle à la qualité du traitement.

 Pourquoi réaliser plusieurs examens d’imagerie ?

Chaque modalité d’imagerie apporte des informations spécifiques :

• Scanner (CT) : anatomie globale, densité des tissus.
   
• IRM : structures fines, cerveau, prostate, tissus mous.
   
• TEP-scan : activité métabolique des tumeurs.
  
   

La fusion des images améliore considérablement la précision de la planification.

 Puis-je voir mon plan de traitement ?

Oui, le médecin radiothérapeute peut vous montrer les images de planification, expliquer les volumes traités, et les zones protégées. C’est une bonne occasion de comprendre votre traitement et de poser des questions.

La planification en radiothérapie est un pilier fondamental du traitement moderne du cancer. Grâce à des logiciels sophistiqués, des images médicales de haute qualité et une expertise humaine multidisciplinaire, il est aujourd’hui possible de traiter avec précision et sécurité des tumeurs complexes, tout en minimisant l’impact sur les tissus sains.

Ces technologies ne cessent d’évoluer, avec l’arrivée de la radiothérapie adaptative, de l’IA dans la planification, et des traitements guidés en temps réel. L’objectif reste le même : offrir aux patients les meilleures chances de guérison avec le moins d’effets indésirables possible.

Quelles sont les méthodes de planification ?

Il existe plusieurs méthodes de planification en radiothérapie, qui vont de la plus simple (manuelle) à la plus avancée (adaptative, IA, biologique). Le choix dépend :

• Du type de tumeur,
• De la localisation anatomique,
• Des objectifs thérapeutiques,
• Des ressources du centre de soins,
• Et de l’expertise des équipes.

Exemples : 

En radiothérapie, la planification est l’étape qui consiste à déterminer comment la dose de rayonnement sera délivrée à la tumeur tout en protégeant les tissus sains. Il existe plusieurs méthodes, plus ou moins automatisées, selon la complexité du cas et la technologie utilisée.

1. Planification manuelle

C’est la méthode traditionnelle, où le physicien ou le dosimétriste règle manuellement les paramètres du traitement (angles, champs, dose). Elle est surtout utilisée pour les cas simples. Elle offre un contrôle total, mais elle est moins précise et plus chronophage que les méthodes modernes.

2. Planification semi-automatique

Le logiciel propose une configuration de base que le professionnel ajuste. C’est une méthode très répandue, qui combine gain de temps et souplesse. Elle est utilisée pour de nombreux cas cliniques courants.

3. Planification inverse

Méthode standard pour les techniques modernes comme l’IMRT ou la VMAT. Le clinicien fixe des objectifs (par exemple : la dose à délivrer à la tumeur) et le logiciel calcule automatiquement les meilleurs paramètres pour y parvenir. C’est une méthode très précise et performante.

4. Planification adaptative

Elle permet de modifier le plan en cours de traitement si l’anatomie du patient change (perte de poids, déplacement d’organes, etc.). Encore peu utilisée à grande échelle, elle offre une approche très personnalisée.

5. Planification assistée par IA

Des logiciels basés sur l’intelligence artificielle peuvent générer automatiquement des plans en s’appuyant sur des données d’anciens patients. Cela accélère la planification et garantit une qualité constante, mais nécessite toujours une validation humaine.

6. Planification biologique

Méthode expérimentale qui prend en compte non seulement la dose physique, mais aussi la réponse biologique des tissus irradiés. Elle reste peu utilisée en clinique, car elle nécessite des données complexes et encore difficiles à obtenir.

 En résumé :

Les méthodes de planification vont de la plus simple (manuelle) à la plus avancée (adaptative, IA). Le choix dépend du cas clinique, de la technologie disponible et de l'expertise de l’équipe. L’objectif est toujours le même : traiter efficacement la tumeur tout en préservant la santé du patient.

Qu'est-ce que le système de planification de traitement (TPS) en radiothérapie ?

Qu'est-ce que le système de planification de traitement (TPS) en radiothérapie ?

TPS plan : 

Le système de planification de traitement, appelé TPS (Treatment Planning System), est un élément essentiel de la radiothérapie moderne. Il s’agit d’un logiciel utilisé par les physiciens médicaux et les oncologues radiothérapeutes pour calculer, simuler et optimiser la dose de rayonnement à administrer au patient.

Concrètement, le TPS reçoit les images médicales du patient (scanner, IRM, TEP) et permet de reconstruire en 3D la zone à traiter, la tumeur et les organes à protéger. Le médecin définit les volumes cibles et les contraintes de dose pour les tissus sains. Ensuite, le système calcule la meilleure répartition possible du rayonnement, en simulant différents angles, intensités et types de faisceaux.

L’objectif du TPS est de garantir que la tumeur reçoive la dose prescrite avec la plus grande précision, tout en limitant les effets secondaires. Ce logiciel permet aussi de vérifier la sécurité du plan avant le traitement et d’ajuster les paramètres si nécessaire.

Quels sont les 3 types de radiothérapie ?

Il existe trois principaux types de radiothérapie :

• La radiothérapie externe : les rayons sont envoyés depuis un appareil situé à l’extérieur du corps vers la tumeur. C’est la technique la plus courante, utilisée pour de nombreux cancers (sein, poumon, prostate).
• La curiethérapie : une source radioactive est placée directement dans ou près de la tumeur, permettant d’irradier de façon très ciblée, notamment pour les cancers de l’utérus ou de la prostate.
• La radiothérapie métabolique : une substance radioactive est injectée ou avalée pour atteindre les cellules cancéreuses dans tout le corps, comme dans les cancers de la thyroïde.

Quelle est la technique de planification de la radiothérapie ?

La technique de planification en radiothérapie repose sur une démarche très précise, appelée dosimétrie et simulation du traitement. Elle utilise un logiciel spécialisé, le système de planification de traitement (TPS), pour déterminer comment délivrer la dose de rayonnement de la façon la plus efficace et la plus sûre.

Voici les principales étapes :

• Acquisition d’images : un scanner (et parfois une IRM ou un TEP-scan) permet de visualiser la tumeur et les organes à risque.
• Délimitation des volumes : le radiothérapeute trace sur ces images la zone à traiter et les tissus à protéger.
• Calcul de la dose : le physicien médical utilise le TPS pour modéliser les faisceaux, leur intensité et leur angle d’entrée.
• Vérification du plan : le plan est validé après simulation pour garantir que la tumeur recevra la dose prescrite sans excéder les limites de sécurité pour les organes voisins.

Sources et références fiables

Voici des ressources validées que vous pouvez consulter pour aller plus loin :

• INCa (Institut National du Cancer) – Radiothérapie : préparation et déroulement du traitement https://www.e-cancer.fr
   
• SFRO (Société Française de Radiothérapie Oncologique) – Recommandations professionnelles
  https://www.sfro.fr
   
• RaySearch Laboratories – RayStation, logiciel de planification internationalement reconnu
  https://www.raysearchlabs.com
   
• Varian Medical Systems – Solutions de planification et de traitement
  https://www.varian.com
   
• VIDAL.fr – Fiche d’information sur la radiothérapie externe
  https://www.vidal.fr
   
• Cancer Research UK – Understanding radiotherapy planning https://www.cancerresearchuk.org
   

JACMP – Accuracy of VMAT and IGRT in clinical practice https://aapm.onlinelibrary.wiley.com