EP2129436A1 - Bolus pour radiotherapie, et procede pour determiner la forme d'un tel bolus - Google Patents

Bolus pour radiotherapie, et procede pour determiner la forme d'un tel bolus

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EP2129436A1
EP2129436A1 EP08762167A EP08762167A EP2129436A1 EP 2129436 A1 EP2129436 A1 EP 2129436A1 EP 08762167 A EP08762167 A EP 08762167A EP 08762167 A EP08762167 A EP 08762167A EP 2129436 A1 EP2129436 A1 EP 2129436A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bolus
volume
target
polyurethane gel
shape
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08762167A
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German (de)
English (en)
Inventor
François Campana
Jean-Yves Kristner
Jérémy Lachet
Nathalie Fournier-Bidoz
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Institut Curie
Original Assignee
Institut Curie
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Filing date
Publication date
Application filed by Institut Curie filed Critical Institut Curie
Priority to EP08762167A priority Critical patent/EP2129436A1/fr
Publication of EP2129436A1 publication Critical patent/EP2129436A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1089—Electrons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1092—Details
    • A61N2005/1096—Elements inserted into the radiation path placed on the patient, e.g. bags, bolus, compensators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2220/00—Compositions for preparing gels other than hydrogels, aerogels and xerogels

Definitions

  • the present invention relates to a bolus for receiving irradiation during radiotherapy. It finds a particularly interesting but non-limiting application in breast radiotherapy.
  • bolus is meant a material, if possible tissue equivalent, placed in contact with an irradiated region to correct surface irregularities or to give the dose distribution in depth a shape adapted to the anatomical structures to be protected or irradiated.
  • radiotherapy becomes essential in the treatment of breast cancer, whatever the stage of evolution of the tumor and whatever the therapeutic protocol; it limits the risk of local recurrence by 70%.
  • radiotherapy is essential in radical surgery where mammectomy associated with axillary dissection is followed by irradiation of the chest wall and lymphatic drainage areas. It becomes essential with the development of conservative treatments, surgery being limited to lumpectomy and axillary dissection.
  • radiotherapy is essential in all forms of breast cancer including, most often associated with surgery and sometimes chemotherapy. In France, 50% of radiotherapy treatments after mastectomy use electron beam irradiation.
  • the treatment consists of irradiating a target volume that can be:
  • the problem related to irradiation is the presence of healthy organs in the immediate vicinity of the target to be treated.
  • healthy organs which can for example include: - the lung,
  • the common practice is to place a bolus on the area to be treated so as to artificially increase the thickness of the skin and thus reduce the depth of penetration of the irradiation beam.
  • the most commonly used bolus is silicone sold per slice of a thickness ranging from 5 to 10mm. This silicone bolus is difficult to handle and remains expensive to buy.
  • Figure 2 we see such a bolus placed on a body whose surface has an irregular shape. Because of the relative stiffness of the silicone, the spaces 3, 4 and 5 are formed between the body 2 and the bolus 1. Furthermore, it is easily understood that the penetration of the electron beam is not homogeneous.
  • the disadvantages of the silicone bolus are therefore essentially:
  • this silicone bolus is not equivalent fabric, a high cost
  • this bolus requires heating the water to a temperature between 70 and 100 0 C before incorporating a natural organic polymer.
  • This method of manufacturing at high temperature is very restrictive and requires a permanent and severe control to avoid including the presence of air bubbles.
  • Kudchadker et al (Journal of Applied Clinical Medical Physics, pp. 322-333, vol.4, number 4, and FaII 2003) describes a conformational bolus of wax for the treatment of cancer. radiotherapy treatment of tumors of the head and neck. Two boluses were designed from data generated by a GST (Treatment Planning System).
  • the boluses were machine-machined from modeling wax with an approximate density of 0.92 gm / cm3 (p.
  • Oncol. Biol. Phys. 51, 1142-1151 describes the use of a compensatory bolus wax in the radiotherapy of breast tumors. The authors describe the use of a 3-4 cm thick wax bolus and the application of 16 MeV energy.
  • polyurethane-based materials are known for various applications.
  • Document FR 2 682 289 discloses a heat or cooling energy accumulator consisting of a polyurethane or silicone gel in a very flexible envelope (pi, I. 31). This envelope is necessary for the accumulator because one of the characteristics of the gel in general is to be sticky (p 1., I. 31-33) and the crosslinking of the original liquid components of the gel is easier in an envelope.
  • No. 6,191,216 discloses hydrophilic and self-adhesive polyurethane gel substances.
  • US 5,120,816 discloses polyurethane resins characterized by increased strength. The applications of these resins These include the manufacture of intravenous catheters (col.1.149-53). US 5,120,816 also discloses, among other objects made with such a resin, animal boluses (col.14, 1.49). The description (p.10, 1.30-35) refers to animal boluses such as cattle or sheep, for which the increased strength characteristic of the polyurethane resin is important. Or “bolus” is a medical term also referring to an intravenous injection of a large dose of a therapeutic agent. The term “bolus” in US 5,120,816 is therefore different from the bolus as treated in the present invention, which is a tissue equivalent material for balancing an irradiation dose.
  • the present invention aims to remedy the majority of the aforementioned drawbacks by proposing a new bolus composition for radiotherapy.
  • the present invention particularly aims a new bolus simple to achieve and inexpensive.
  • Another object of the invention is a bolus easy to model and accepting very fine cuts and not simply a stack of layers.
  • this bolus comprises polyurethane gel.
  • the bolus according to the present invention can be designed easily. Indeed the polyurethane gel is a material from a mixture of two components at room temperature and at normal pressure. The hardening is done cold, so no heating and no contraction phenomenon. The use of a mold is easy. On the contrary, the bolus described in US Pat. No. 6,231,858 requires a complex implementation, in particular by heating at a temperature between 70 and 100 °.
  • the polyurethane gel according to the invention is an inexpensive material which is considerably less expensive than silicone, for example.
  • the invention is particularly notable in that the polyurethane gel is a material widely used in the building industry, in the production of motorcycle seats, in shoe soles or in health equipment for absorbing low intensity shocks. Its massive use in the mechanical industry explains its low cost.
  • FR 2,682,289, US 6,191,216 and US 5,120,816 do not describe or suggest a bolus for receiving irradiation during radiotherapy and comprising polyurethane gel.
  • Radiotherapy concerns a well-defined technical field in which irradiations are carried out to destroy tumor cells in a targeted manner while wishing to save peripheral healthy tissue.
  • a bolus comprising polyurethane gel according to the invention is flexible and has self-adhesive properties, its thickness may be limited and it is possible to adjust its density accurately. In addition, it can be easily manufactured by molding. Unlike a rigid bolus wax as described in the prior art, a bolus according to the invention does not necessarily imply the establishment of fixing means (adhesive) for its maintenance during treatment.
  • the bolus can also be placed, at least partially, on the side of the patient. Its flexibility and lightness make it more comfortable for the patient. According to the invention, it is possible to compensate for the irregularity of a wall to be treated, for example after a mastectomy.
  • the polyurethane gel according to the invention has a density substantially equal to 1, which avoids any problems related to the bolus-body transition. A bolus equivalent tissue is obtained.
  • the bolus consists of a polyurethane gel composed of a mixture of polyol and isocyanate, the latter may be aliphatic or aromatic.
  • the polyurethane gel comprises at most fifteen percent of isocyanate, preferably between five and fifteen percent. More specifically, this polyurethane gel comprises substantially from eight to ten percent of isocyanate and from ninety-two to ninety percent of polyol. Such a distribution provides an easy to work polyurethane gel with ideal elasticity, hardness and tackiness.
  • this bolus is intended to be plated on the body. It has a shape for placing substantially the maximum dose in a predefined target within said body.
  • the texture of the polyurethane gel according to the invention makes it possible to produce very fine details. It is easy to mold and cut.
  • the bolus according to the invention ensures a compensator function vis-à-vis the irradiation and allows to have a uniform irradiation on the entire target.
  • the shape of the bolus is such that the bolus perfectly matches the surface of the body and the thickness of the target-and-bolus assembly is substantially the same over the entire area to be treated.
  • a method for determining the shape of a bolus according to the present invention this bolus being intended to receive irradiation during radiotherapy. The method advantageously comprises the following steps:
  • volume expansion is a known technique in which an algorithm is implemented as defined in particular in the following publications:
  • the volume expansion is carried out until the thickness between the first volume and the second volume is substantially constant over the entire target.
  • the volume expansion can also be performed until the contour of the second volume is substantially tangent at a point on the surface of the target, this tangency point being located in the thickest zone of the target, so that that the extended volume encompasses the entire target and even includes an external volume, that of the bolus in this case.
  • the bolus is then prepared by molding, especially a cold molding, at room temperature.
  • a bolus according to the invention can therefore be manufactured easily and reproducibly by molding, whereas a wax bolus according to the prior art requires double machining (internal / external).
  • FIG. 1 is a graph illustrating the dose efficiency of an electron beam as a function of the penetration distance in a human body, according to the prior art
  • FIG. 2 is a diagrammatic sectional view of a bolus according to the prior art placed on a breast to be irradiated for treatment in radiotherapy,
  • FIG. 3 is a diagrammatic sectional view of a bolus according to the present invention plated on a volume during a treatment in radiotherapy
  • FIG. 4 is a graph illustrating the dose efficiency of an electron beam as a function of the penetration distance in a human body, in the presence (4b) and absence (4a) of a bolus according to the present invention
  • FIGS. 5 to 7 are simplified views illustrating the various steps for determining the shape of a bolus according to the present invention.
  • FIG. 8 is a three-dimensional view of a bolus obtained following the steps described in FIGS. 5 to 7.
  • a bolus will now be described as a compensator for radiation irradiation of an electron beam.
  • mastectomy consisting of a total surgical removal of a breast.
  • the bolus according to the present invention is made from a polyurethane gel composed of a mixture of 90 percent polyol and 10 percent isocyanate. It has a density of 1. The fluidity of this polyurethane gel allows a very fine modeling.
  • Figure 3 we see a volume 11 having a recess 12 following a surgical operation.
  • Target 15 is between the skin (limit of volume 11) and lung (16).
  • the treatment consists of an irradiation of electron beam 13 from a source 14.
  • the dotted lines delimit the target 15 which is the volume of the body subjected to the treatment.
  • the bolus 10 according to the present invention has a three-dimensional shape such that the path of the electron beam 13 passing through the treatment volume 15 have substantially the same thickness.
  • the distance between the surface 18 of the bolus 10 and the surface 17 of the lung 16 is substantially the same over the entire volume to be treated.
  • the bolus 10 was made from the polyurethane gel and then modeled so as to perfectly match the outer surface of the breast 11.
  • a graph is shown illustrating two yield curves 4a and 4b as a function of the depth of penetration of the beam. of electrons for a 9MeV electron source and a 1cm bolus.
  • Curve 4a corresponds to a yield without a bolus according to the present invention.
  • Curve 4b corresponds to a yield with a bolus of 1 cm thick according to the present invention.
  • FIGS. 5 to 7 various stages of manufacture of a compensating bolus for equalizing the thicknesses traversed between the entry surface and the posterior edge of the target volume (costal wall) at each cutting level are seen.
  • Figure 5 is a sectional view of a body at the thorax. We distinguish the heart 19 and a lung 20 which are organs to be protected against electron radiation. We begin by defining the outer wall 21 of the thorax 22, in particular using clinical landmarks in the form of metal beads on the skin. A first volume 23 is then defined which represents the deep part of the volume to be irradiated. This first three-dimensional volume is in the thorax. The bolus must be made in such a way that the dose distribution between the skin and the volume 23 is between 90 and 100%.
  • an expansion is made from the first volume 23 so as to generate a second volume 24.
  • the expansion is carried out until a smooth surface is obtained on the section of maximum thickness.
  • This expansion can advantageously be achieved by means of computer hardware.
  • a third volume is determined which is external to the thorax 22 and delimited by the contour of the second volume 24 and the contour of the thorax 21.
  • This third volume represents the dimensions of the bolus to be designed.
  • FIG. 7 a precise delimitation of the bolus is made and FIG. 8 is a three-dimensional representation of the bolus on the thorax to be treated.
  • the thickness of a bolus according to the invention is preferably less than or equal to 1 cm; the electron energy to be applied is less than when the bolus has a thickness of 3 to 4 cm, as described in the prior art.
  • the use of a bolus according to the invention makes it possible, for example, to apply an energy of less than or equal to 12 MeV, thus limiting the risk of complications related to a high dosage at the cutaneous level and in other tissues or organs. .
  • the density of the polyurethane gel of the bolus according to the invention can be adjusted precisely and homogeneously to reach, preferably, a density very close to or equal to 1 gm / cm3, the bolus can therefore be assimilated perfectly to the skin for calculating the doses administered.
  • the density of the silicone may not be uniform and is slightly greater than 1 gm / cm3.
  • the density of the wax is less than 1 gm / cm3 (see Kudchadker et al).
  • a bolus according to the invention may have the appearance of a polyurethane gel plate of variable dimensions.
  • the dimensions of the plate may be, for example, 30 cm x 30 cm, for a thickness preferably between 0.5 and 1 cm.
  • This plate may have notches, for example to allow adaptation to the right or left side of the patient.
  • a bolus according to the invention has one or more bevelled edges, so as to avoid an "edge effect” or "dose drops" for tissues located under the edges of the plate.
  • the cut and bevelled edges of the plates can be obtained either directly during molding, by casting the polyurethane gel in a suitable mold, or by cutting the plate after molding.
  • a bolus according to the invention may also have the appearance of a plate whose thickness and contours are determined according to parameters specific to the patient.
  • a bolus according to the invention may be composed of several plates and comprise, for example, a stack of plates, with a "standard" plate associated with a plate whose dimensions are adapted to the patient.
  • the plates are preferably bevelled so as to avoid dose heterogeneity at the transition between the different thicknesses of the bolus.
  • a bolus according to the invention may comprise, in addition to polyurethane gel, at least one additive making it possible to improve its properties, insofar as the presence of this additive does not modify the density characteristics desired for the radiotherapy envisaged.
  • a bolus according to the invention may comprise at least one additive having the effect of increasing its resistance to washing, disinfection and / or sterilization, such as, for example, gamma irradiation. applied for sterilization.
  • a bolus according to the invention may also comprise at least one additive having the effect of improving the tear resistance in the thin edges. These additives may be antioxidants or others such as those cited in US 6,191,216.
  • the invention also relates to molds for making the boluses comprising polyurethane gel according to the invention.
  • the mold necessary for the realization of the boulus by pouring the gel can be obtained after export of an electronic file "volume” edited using a treatment planning tool TPS (Treatment Planning System) to a digital machining center.
  • TPS Treatment Planning System
  • Such a mold allows direct casting of the polyurethane gel.
  • the invention is not limited to the examples that have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
  • the present invention can be applied for irradiation other than that of an electron beam, such as, for example, gamma radiation or X-ray radiation. It is also possible to provide a volume bolus and then a very fine cutting to conform the bolus according to the target.

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Abstract

L invention concerne un bolus destiné à recevoir une irradiation lors d une radiothérapie. Avantageusement, ce bolusest réalisé à partir d un gel polyuréthane de densité égale à 1 et composé préférentiellement d un mélange de polyol et de dix pourcents d isocyanate. Le bolus est avantageusement réalisé à froid.

Description

" Bolus pour radiothérapie, et procédé pour déterminer la forme d'un tel bolus."
La présente invention se rapporte à un bolus destiné à recevoir une irradiation lors d'une radiothérapie. Elle trouve une application particulièrement intéressante mais non limitative dans la radiothérapie du sein.
Par bolus, on entend un matériau, si possible équivalent-tissu, placé au contact d'une région irradiée pour corriger des irrégularités de surface ou pour donner à la distribution de dose en profondeur une forme adaptée aux structures anatomiques à protéger ou à irradier.
D'une façon générale, la radiothérapie devient incontournable dans le traitement des cancers du sein, quel que soit le stade d'évolution de la tumeur et quel que soit le protocole thérapeutique ; elle limite le risque de récidives locales de 70%. Ainsi, la radiothérapie est indispensable en chirurgie radicale où la mammectomie associée au curage axillaire est suivie d'une irradiation de la paroi thoracique et des aires ganglionnaires lymphatiques de drainage. Elle devient essentielle avec le développement des traitements conservateurs, la chirurgie se limitant à une tumorectomie et à un curage axillaire. Autrement dit, la radiothérapie est indispensable dans toutes les formes de cancers du sein notamment, associé le plus souvent à la chirurgie et parfois à la chimiothérapie. En France, 50% des traitements en radiothérapie après mastectomie utilisent l'irradiation par faisceau d'électrons.
Le traitement consiste à irradier un volume cible qui peut être :
- le sein ou la paroi thoracique,
- la région axillaire, - la région sus-claviculaire,
- la chaîne mammaire interne.
Or, le problème lié à l'irradiation est la présence d'organes sains à proximité immédiate de la cible à traiter. On doit éviter l'irradiation de ces organes sains qui peuvent par exemple comprendre : - le poumon,
- le cœur, - le plexus brachial, la moelle épinière cervicale, le larynx, ou la thyroïde. Sur la figure 1 selon l'art antérieur, on voit une courbe représentant le rendement énergétique d'une irradiation de faisceau d'électrons en fonction de la profondeur (Z) dans le corps. Des phénomènes physiques font que le rendement ne suit pas une décroissance linéaire depuis la peau jusqu'à l'intérieur du corps. Le rendement présente plutôt un maximum de dose à une certaine profondeur par rapport à la peau puis décroît rapidement de manière exponentielle. Dans la plupart des cas, il est nécessaire de décaler ce maximum pour que ce dernier se situe exactement sur la cible tout en épargnant au maximum les organes sains. Sur la figure 1 par exemple, le maximum de dose est à une profondeur de 20mm. Pour réaliser un décalage, la pratique courante consiste à placer un bolus sur la zone à traiter de façon à augmenter artificiellement l'épaisseur de la peau et réduire ainsi la profondeur de pénétration du faisceau d'irradiation. Le bolus le plus couramment utilisé est en silicone vendu par tranche d'une épaisseur allant de 5 à 10mm. Ce bolus en silicone est difficilement maniable et reste onéreux à l'achat. Sur la figure 2 selon l'art antérieur, on voit un tel bolus posé sur un corps dont la surface présente une forme irrégulière. A cause de la rigidité relative de la silicone, les espaces 3, 4 et 5 se forment entre le corps 2 et le bolus 1. Par ailleurs, on comprend aisément que la pénétration du faisceau d'électrons ne soit pas homogène. Les inconvénients du bolus en silicone sont donc essentiellement :
- une maniabilité difficile,
- une densité différente de 1, ce bolus en silicone n'est pas équivalent tissu, - un coût élevé, et
- une disponibilité par tranche d'épaisseur fixe, ce qui ne permet pas d'épouser convenablement la surface irrégulière d'un corps humain : ceci conduit à une inhomogénéité de la distribution de doses dans le volume cible. On connaît le document US 6,231,858 qui décrit un bolus pour radiothérapie constitué d'un gel aqueux. Ce gel est élaboré à partir d'un mélange de polymères organiques naturels et d'eau. Ce bolus est peu coûteux et peut être conformé de façon à corriger la distribution de doses.
Cependant, la fabrication de ce bolus nécessite de chauffer l'eau à une température entre 70 et 1000C avant d'y incorporer un polymère organique naturel. Ce mode de fabrication à haute température est très contraignant et nécessite un contrôle permanent et sévère afin d'éviter notamment la présence de bulles d'air.
L'article « Utilization of custom électron bolus in head an neck radiotherapy » de Kudchadker et al (Journal of Applied Clinical Médical Physics, pp 322-333, Vol.4, number 4, FaII 2003) décrit un bolus conformationnel en cire pour le traitement par radiothérapie de tumeurs de la tête et du cou. Deux bolus ont été conçus à partir de données générées par un TPS (Treatment Planning System ou Système de
Planification du Traitement). Les bolus ont été usinés par une machine à partir de cire à modeler d'une densité approximative de 0.92 gm/cm3 (p.
324, C).
L'article de Perkins et al « A custom three dimensional électron bolus technique for optimization of post-mastectomy irradiation » Int. J. Radiât.
Oncol. Biol. Phys. 51, 1142-1151, décrit l'utilisation d'un bolus compensatoire en cire dans la radiothérapie de tumeurs du sein. Les auteurs décrivent l'utilisation d'un bolus en cire d'une épaisseur de 3 à 4 cm et l'application d'une énergie de 16 MeV.
Par ailleurs, dans des domaines très éloignés et indépendants de la radiothérapie, on connaît des matériaux à base de polyuréthane pour des applications diverses.
Le document FR 2 682 289, décrit un accumulateur d'énergie calorifique ou frigorifique, constitué par un gel de polyuréthane ou de silicone dans une enveloppe très souple (pi, I. 31). Cette enveloppe est nécessaire pour l'accumulateur car une des caractéristiques du gel en général est d'être poisseux (p 1., I. 31-33) et la réticulation des composants liquides d'origine du gel est plus facile dans une enveloppe.
Le document US 6 191 216, décrit des substances en gel de polyuréthane, hydrophiles et auto-adhésives. Le document US 5 120 816 décrit des résines de polyuréthanes caractérisées par une résistance accrue. Les applications de ces résines sont notamment la fabrication de cathéters intraveineux (col. l, 1.49-53). US 5 120 816 décrit aussi, parmi d'autres objets fabriqués avec une telle résine, des bolus pour animaux (col.14, 1.49). La description (p.10, 1.30- 35) fait référence à des bolus pour animaux tels que le bétail ou les moutons, pour lesquels la caractéristique de résistance accrue de la résine de polyuréthane est importante. Or « bolus » est un terme médical désignant également une injection intraveineuse d'une dose importante d'un agent thérapeutique. Le terme « bolus » dans le document US 5 120 816 est donc différent du bolus tel que traité dans la présente invention, qui est un matériau équivalent-tissu pour équilibrer une dose d'irradiation.
La présente invention a pour but de remédier au plus grand nombre des inconvénients précités en proposant une nouvelle composition de bolus pour radiothérapie.
La présente invention a en particulier pour but un nouveau bolus simple à réaliser et peu onéreux.
Un autre but de l'invention est un bolus facile à modeler et acceptant des découpages très fins et non simplement un empilement de couches.
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un bolus destiné à recevoir une irradiation lors d'une radiothérapie. Selon l'invention, ce bolus comprend du gel polyuréthane. Le bolus selon la présente invention peut être conçu de manière aisée. En effet le gel polyuréthane est un matériau provenant d'un mélange de deux composants à température ambiante et à pression normale. Le durcissement se fait à froid, donc pas de chauffage et pas de phénomène de contraction. L'utilisation d'un moule est donc aisée. Au contraire, le bolus décrit dans le document US 6 231 858 nécessite une mise en œuvre complexe notamment en chauffant à une température entre 70 et 100°.
Par ailleurs, le gel polyuréthane selon l'invention est un matériau peu onéreux largement moins coûteux que la silicone par exemple. L'invention est notamment remarquable par le fait que le gel polyuréthane est un matériau très utilisé dans l'industrie du bâtiment, dans la réalisation de siège pour moto, dans les semelles de chaussure ou encore dans des équipements de santé pour absorber des chocs de faible intensité. Son utilisation massive en industrie mécanique explique notamment son faible coût. Les documents FR 2 682 289, US 6 191 216 et US 5 120 816 ne décrivent ni ne suggèrent un bolus destiné à recevoir une irradiation lors d'une radiothérapie et comprenant du gel polyuréthane. La radiothérapie concerne un domaine technique bien défini dans lequel on réalise des irradiations pour détruire des cellules tumorales de façon ciblée tout en souhaitant épargner des tissus sains périphériques. L'utilisation d'un gel polyuréthane en radiothérapie n'était pas évidente pour l'homme du métier d'autant plus que le polyuréthane est un matériau connu et utilisé de longue date ; de même les méthodes en radiothérapie sont connues de longue date. Les articles de Kudchadker et Perkins selon l'art antérieur ne décrivent ni ne suggèrent non plus un bolus pour radiothérapie comprenant du gel polyuréthane. Un bolus comprenant du gel polyuréthane selon l'invention est souple et présente des propriétés auto- adhésives, son épaisseur peut-être limitée et il est possible d'ajuster sa densité de façon précise. De plus, il peut être aisément fabriqué par moulage. Contrairement à un bolus rigide en cire comme décrit dans l'art antérieur, un bolus selon l'invention n'implique pas obligatoirement la mise en place de moyens de fixation (adhésif) pour son maintien pendant le traitement. Du fait de ses propriétés auto-adhésives, le bolus peut également être placé, au moins partiellement, sur le côté du patient. Sa souplesse et sa légèreté le rendent plus confortable pour le patient. Selon l'invention, on peut compenser l'irrégularité d'une paroi à traiter, par exemple après une mastectomie.
Avantageusement, le gel polyuréthane selon l'invention présente une densité sensiblement égale à 1, ce qui évite tous problèmes liés à la transition bolus-corps. On obtient un bolus équivalent tissu.
Avantageusement, le bolus est constitué d'un gel polyuréthane composé d'un mélange de polyol et d'isocyanate, ce dernier pouvant être aliphatique ou aromatique. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le gel polyuréthane comprend au plus quinze pourcents d'isocyanate, de préférence entre cinq et quinze pourcents. Plus précisément, ce gel polyuréthane comprend sensiblement de huit à dix pourcents d'isocyanate et de quatre-vingt-douze à quatre-vingt-dix pourcents de polyol. Une telle répartition permet d'obtenir un gel polyuréthane facile à travailler avec une élasticité, une dureté et un aspect collant idéaux.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ce bolus est destiné à être plaqué sur le corps. Il présente une forme permettant de placer sensiblement le maximum de dose dans une cible prédéfinie au sein dudit corps. La texture du gel polyuréthane selon l'invention permet de réaliser des détails très fins. Il est facile à mouler et à découper.
Le bolus selon l'invention permet d'assurer une fonction de compensateur vis-à-vis de l'irradiation et permet d'avoir une irradiation homogène sur l'ensemble de la cible.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la forme du bolus est telle que le bolus épouse parfaitement la surface du corps et l'épaisseur de l'ensemble cible-et-bolus est sensiblement la même sur toute la zone à traiter. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour déterminer la forme d'un bolus selon la présente invention, ce bolus étant destiné à recevoir une irradiation lors d'une radiothérapie. Le procédé comprend avantageusement les étapes suivantes :
- détermination d'un premier volume définissant une partie profonde de la cible à irradier au sein dudit corps,
- détermination d'un second volume par expansion volumique dudit premier volume, au moins une partie du second volume étant à l'extérieur du corps,
- détermination de la forme du bolus, cette forme étant en fait la partie du second volume se trouvant à l'extérieur du corps.
L'expansion volumique est une technique connue dans laquelle on met en œuvre un algorithme tel que défini notamment dans les publications suivantes :
R. Belshi, D. Pontvert, J. C. Rosenwald, and G. Gaboriaud, "Automatic three dimensional expansion of structures applied to détermination of Clinical Target Volume in conformai radiotherapy," Int J Rad Oncol Biol Phys, vol . 37, pp. 689-696, 1997; ou
[J. C. Stroom and P. R. M. Storchi, "Automatic calculation of three- dimensional margins around treatment volumes in radiotherapy planning," Phys Med Biol, vol . 42, pp. 745-755, 1997.
Avantageusement, on réalise l'expansion volumique jusqu'à ce que l'épaisseur entre le premier volume et le second volume soit sensiblement constante sur toute la cible.
On peut aussi réaliser l'expansion volumique jusqu'à ce que le contour du second volume soit sensiblement tangent en un point à la surface de la cible, ce point de tangence étant situé dans la zone la plus épaisse de la cible, de façon à ce que le volume étendu englobe toute la cible et inclut même un volume extérieur, celui du bolus en l'occurrence.
Avantageusement, le bolus est élaboré ensuite par moulage, notamment un moulage à froid, à température ambiante. Un bolus selon l'invention peut donc être fabriqué de façon aisée et reproductible par moulage, alors qu'un bolus en cire selon l'art antérieur nécessite un double usinage (interne/externe).
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est un graphe illustrant le rendement de dose d'un faisceau d'électrons en fonction de la distance de pénétration dans un corps humain, selon l'art antérieur,
La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un bolus selon l'art antérieur posé sur un sein devant être irradié pour un traitement en radiothérapie,
La figure 3 est une vue en coupe schématique d'un bolus selon la présente invention plaqué sur un volume lors d'un traitement en radiothérapie,
La figure 4 est un graphe illustrant le rendement de dose d'un faisceau d'électrons en fonction de la distance de pénétration dans un corps humain, en présence (4b) et en absence (4a) d'un bolus selon la présente invention, Les figures 5 à 7 sont des vues simplifiées illustrant les différentes étapes pour déterminer la forme d'un bolus selon la présente invention, et
La figure 8 est une vue tridimensionnelle d'un bolus obtenu à la suite des étapes décrites sur les figures 5 à 7.
Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire un bolus utilisé comme compensateur lors d'une radiothérapie par irradiation d'un faisceau d'électrons.
A titre d'exemple, pour traiter le cancer du sein, on peut être amené à réaliser une mastectomie, consistant en un enlèvement chirurgical total d'un sein.
Le bolus selon la présente invention est conçu à partir d'un gel polyuréthane composé d'un mélange de polyol à 90 pourcents et d'isocyanate à 10 pourcents. Il présente une densité de 1. La fluidité de ce gel polyuréthane permet de réaliser un modelage très fin. Sur la figure 3, on voit un volume 11 présentant un creux 12 suite à une opération chirurgicale. La cible 15 est comprise entre la peau (limite du volume 11) et poumon (16). Le traitement consiste en une irradiation de faisceau d'électrons 13 à partir d'une source 14. Les pointillés délimitent la cible 15 qui est le volume du corps soumis au traitement. Avantageusement, le bolus 10 selon la présente invention présente une forme tridimensionnelle telle que les trajets des rayons du faisceau d'électrons 13 traversant le volume de traitement 15 ont sensiblement une même épaisseur. En d'autres termes, la distance entre la surface 18 du bolus 10 et la surface 17 du poumon 16 est sensiblement la même sur tout le volume à traiter. Le bolus 10 a été réalisé à partir du gel polyuréthane puis modelé de façon à épouser parfaitement la surface extérieure du sein 11. Sur la figure 4 on voit un graphe illustrant deux courbes 4a et 4b de rendement en fonction de la profondeur de pénétration du faisceau d'électrons pour une source d'électrons de 9MeV et pour un bolus de lcm. La courbe 4a correspond à un rendement sans un bolus selon la présente invention. La courbe 4b correspond à un rendement avec un bolus de lcm d'épaisseur selon la présente invention. Grâce à une densité égale à 1, on voit avantageusement que la courbe 4b a subit une translation de 1 cm par rapport à la courbe 4a, le maximum s'est donc également déplacé de lcm. Un bolus de 1 cm selon l'invention occasionne un décalage de 1 cm. Ce maximum est atteint pour une profondeur de 10mm, puis la courbe décroît rapidement. Par conséquent, avec le bolus selon la présente invention, on peut concevoir un bolus ayant une forme adaptée pour que le maximum de rendement soit placé au niveau de la cible à irradier, ce qui permet de protéger des organes sains proches de la cible tel que le poumon.
Sur les figures 5 à 7, on voit différentes étapes de fabrication d'un bolus compensateur permettant d'égaliser les épaisseurs traversées entre la surface d'entrée et le bord postérieur du volume cible (paroi costale) à chaque niveau de coupe. La figure 5 est une vue en coupe d'un corps au niveau du thorax. On distingue le cœur 19 et un poumon 20 qui sont des organes à protéger contre le rayonnement d'électrons. On commence par définir la paroi extérieure 21 du thorax 22, en s'aidant notamment de repères cliniques sous forme de billes métalliques sur la peau. On définit ensuite un premier volume 23 qui représente la partie profonde du volume à irradier. Ce premier volume tridimensionnel se trouve dans le thorax. Le bolus doit être réalisé de telle sorte que la distribution de dose entre la peau et le volume 23 soit comprise entre 90 et 100 %.
Sur la figure 6, on réalise une expansion à partir du premier volume 23 de façon à générer un second volume 24. Par exemple, on réalise l'expansion jusqu'à obtention d'une surface lisse sur la coupe d'épaisseur maximale. Cette expansion peut avantageusement être réalisée au moyen d'un matériel informatique. Une fois l'expansion terminée, on détermine un troisième volume 25 qui est extérieur au thorax 22 et délimité par le contour du second volume 24 et le contour du thorax 21. Ce troisième volume 25 représente les dimensions du bolus à concevoir. Sur la figure 7 on réalise une délimitation précise du bolus et la figure 8 est une représentation tridimensionnelle du bolus sur le thorax à traiter.
L'épaisseur d'un bolus selon l'invention est, de préférence, inférieure ou égale à 1 cm ; l'énergie d'électrons qui doit être appliquée est moins importante que lorsque le bolus présente une épaisseur de 3 à 4 cm, tel que décrit dans l'art antérieur. L'utilisation d'un bolus selon l'invention permet, par exemple, d'appliquer une énergie inférieure ou égale à 12 MeV, limitant ainsi les risques de complications liées à un fort dosage au niveau cutané et dans d'autres tissus ou organes. Par rapport à un bolus en silicone ou en cire selon l'art antérieur, la densité du gel de polyuréthane du bolus selon l'invention peut être ajustée de façon précise et homogène pour atteindre, de préférence, une densité très proche ou égale à 1 gm/cm3, le bolus peut donc parfaitement être assimilé à de la peau pour le calcul des doses administrées. La densité du silicone peut ne pas être homogène et est légèrement supérieure à 1 gm/cm3. La densité de la cire est inférieure à 1 gm/cm3 (cf Kudchadker et al).
Un bolus selon l'invention peut présenter l'aspect d'une plaque en gel de polyuréthane de dimensions variables. Les dimensions de la plaque peuvent être, par exemple, de 30 cm x 30 cm, pour une épaisseur comprise de préférence entre 0,5 et 1 cm. Cette plaque peut comporter des encoches, par exemple pour permettre l'adaptation au côté droit ou gauche du patient. Dans un mode particulier de réalisation, un bolus selon l'invention présente un ou des bords biseautés, de façon à éviter un « effet de bord » ou des « chutes de dose » pour les tissus situés sous les bords de la plaque.
Les découpes et bords biseautés des plaques peuvent être obtenus soit directement lors du moulage, en coulant le gel de polyuréthane dans un moule adapté, soit par le découpage de la plaque après moulage.
Un bolus selon l'invention peut également présenter l'aspect d'une plaque dont l'épaisseur et les contours sont déterminés en fonction de paramètres propres au patient.
Un bolus selon l'invention peut être composé de plusieurs plaques et comprendre, par exemple, un empilement de plaques, avec une plaque « standard » associée à une plaque dont les dimensions sont adaptées au patient. Les plaques sont de préférence biseautées de façon à éviter une hétérogénéité de dose à la transition entre les différentes épaisseurs du bolus. Un bolus selon l'invention peut comporter, outre du gel de polyuréthane, au moins un additif permettant d'améliorer ses propriétés, dans la mesure où la présence de cet additif ne modifie pas les caractéristiques de densité souhaitées pour la radiothérapie envisagée. En particulier, un bolus selon l'invention peut comporter au moins un additif ayant pour effet d'augmenter sa résistance au lavage, à la désinfection et/ou la stérilisation, comme par exemple une irradiation gamma appliquée pour la stérilisation. Un bolus selon l'invention peut aussi comporter au moins un additif ayant pour effet d'améliorer la résistance au déchirement dans les bords à faible épaisseur. Ces additifs peuvent être des antioxydants ou d'autres tels que ceux cités dans le document US 6 191 216.
L'invention concerne aussi des moules pour fabriquer les bolus comprenant du gel de polyuréthane selon l'invention. Le moule nécessaire à la réalisation du boulus par coulée du gel peut être obtenu après export d'un fichier électronique « volume » édité au moyen d'un outil de planification de traitement TPS (Treatment Planning System) vers un centre d'usinage numérique.
On peut par exemple réaliser un tel moule en deux parties dans une planche usinable basse densité. Un tel moule permet une coulée directe du gel polyuréthane.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. En effet, la présente invention peut s'appliquer pour une irradiation autre que celle d'un faisceau d'électrons tel que par exemple le rayonnement gamma ou le rayonnement X. On peut par ailleurs prévoir la réalisation d'un bolus en volume puis un découpage très fin pour conformer le bolus en fonction de la cible.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bolus destiné à recevoir une irradiation lors d'une radiothérapie, caractérisé en ce qu'il comprend du gel polyuréthane.
2. Bolus selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gel polyuréthane présente une densité sensiblement égale à 1.
3. Bolus selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un gel polyuréthane composé d'un mélange de polyol et d'isocyanate.
4. Bolus selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gel polyuréthane comprend au plus quinze pourcents d'isocyanate.
5. Bolus selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gel polyuréthane comprend sensiblement de huit à dix pourcents d'isocyanate et quatre-vingt-douze à quatre-vingt-dix pourcents de polyol.
6. Bolus selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à être plaqué sur un corps, et en ce qu'il présente une forme permettant de placer sensiblement le maximum de dose d'irradiation dans une cible prédéfinie au sein dudit corps.
7. Bolus selon la revendication 6, caractérisé en ce que la forme du bolus est telle que le bolus épouse parfaitement la surface dudit corps et l'épaisseur de l'ensemble cible et bolus est sensiblement la même sur toute la zone à traiter.
8. Procédé pour déterminer la forme d'un bolus selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce bolus étant destiné à recevoir une irradiation lors d'une radiothérapie, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
- détermination d'un premier volume définissant une partie d'une cible à irradier au sein dudit corps, - détermination d'un second volume par expansion volumique dudit premier volume ; au moins une partie du second volume étant à l'extérieur du corps,
- détermination de la forme du bolus comme étant ladite partie du second volume se trouvant à l'extérieur du corps.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on réalise l'expansion volumique jusqu'à ce que l'épaisseur entre le premier volume et le second volume soit sensiblement constante sur toute la cible.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on réalise l'expansion volumique jusqu'à ce que le contour du second volume soit sensiblement tangent en un point à la surface de la cible, ce point de tangence étant situé dans la zone la plus épaisse de la cible.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on élabore le bolus par moulage.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on réalise le moulage à froid.
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