EP3903280A1 - Methode de prediction du risque de recidive apres un traitement d'une tumeur par rayonnement - Google Patents

Methode de prediction du risque de recidive apres un traitement d'une tumeur par rayonnement

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Publication number
EP3903280A1
EP3903280A1 EP19821105.4A EP19821105A EP3903280A1 EP 3903280 A1 EP3903280 A1 EP 3903280A1 EP 19821105 A EP19821105 A EP 19821105A EP 3903280 A1 EP3903280 A1 EP 3903280A1
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EP
European Patent Office
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tumor
image
area
voxels
images
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19821105.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Baudouin Denis De Senneville
Arnaud HOCQUELET
Hervé TRILLAUD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux, Universite de Bordeaux, Institut Polytechnique de Bordeaux filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3903280A1 publication Critical patent/EP3903280A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0012—Biomedical image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10072—Tomographic images
    • G06T2207/10088—Magnetic resonance imaging [MRI]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30096—Tumor; Lesion

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for medical prediction in the field of treatment of a tumor by radiation.
  • the present invention relates more specifically to a method and a system for predicting a risk of recurrence after treatment of a tumor with radiation.
  • the method according to the invention can be applied in a phase of
  • preoperative planning especially to determine a strategy
  • the method according to the invention can also be applied in a postoperative planning phase: in this case, it is used with actual post-processing data.
  • the method according to the invention can generally be used as a
  • Radiation is to be understood in a broad sense, insofar as it can be electromagnetic, corpuscular, thermal radiation or the application of an electric field ...
  • the techniques for treating a tumor by radiation can be any technique for treating a tumor by radiation.
  • thermotherapy consists in varying the temperature
  • hypothermia at the level of the tumor, so as to obtain cell destruction. It can be a radiofrequency, microwave, focused ultrasound, laser (hyperthermia) or cryotherapy (hypothermia) treatment.
  • the intervention consists of implanting probes, or fine needles, into the tumor using imagery, which probes will heat or freeze the tumor to destroy it.
  • Radiofrequency ablation is a thermotherapy technique used for the treatment of localized tumors, in particular for the treatment of hepatic, pulmonary, renal and bone tumors. Radiofrequency ablation is
  • At least one radiofrequency probe is introduced per channel.
  • a high frequency alternating current typically between 450 and 600 kHz
  • a high frequency alternating current typically between 450 and 600 kHz
  • This heat producing effect depends on the electrical conductive properties of the tissues.
  • preoperative planning aims on the one hand to evaluate the extension of the tumor by means of suitable imaging techniques, for example by computed tomography (which can be designated by“ CT ”throughout this description) or by imaging by Magnetic Resonance (which can be designated by “MRI” throughout this description), capable of determining the size, number, location and shape of the tumor or tumors if there are several foci ( or tumor nodules).
  • suitable imaging techniques for example by computed tomography (which can be designated by“ CT ”throughout this description) or by imaging by Magnetic Resonance (which can be designated by “MRI” throughout this description), capable of determining the size, number, location and shape of the tumor or tumors if there are several foci ( or tumor nodules).
  • CT computed tomography
  • Magnetic Resonance which can be designated by “MRI” throughout this description
  • preoperative aims to prepare the treatment.
  • the information obtained on the tumor makes it possible to target the treatment area, to choose the appropriate radiation technique and the material in particular the adapted probe, to define the implantation of said material, to define a number of necessary insertions of said probe as a function of the size of the tumor.
  • the ablation by radiation is guided by one or more suitable imaging techniques (ultrasound, CT, MRI, etc.), in particular in order to check whether a probe is inserted in the correct position and with the planned inclination and correct, if necessary, the position and / or the inclination of a probe, or even to check whether the radiation is correctly applied in the targeted area.
  • suitable imaging techniques ultrasound, CT, MRI, etc.
  • the temperature of the probe, and more particularly of the tip of the probe in contact with the target can be controlled.
  • the temperature which one seeks to obtain at the level of the tumor is generally situated between 60 and 100 ° C. and it must generally be maintained for a period which can vary for example between 5 and 10 minutes. From 60 ° C and over a period which is defined as a function of the hyperthermia technique chosen, the tumor tissues can be irreversibly necrosed by protein denaturation. But beyond 100 ° C and for a period greater than a few seconds, the tissues carbonize which reduces electrical and thermal conduction by their insulating effect.
  • an evaluation phase of the ablation results is carried out and also implements one or more suitable imaging techniques (CT, MRI, etc.).
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • an area is defined
  • ablation which includes the target tumor as well as a minimum safety margin to be respected around said target tumor.
  • a minimum safety margin to be respected between the limit of the tumor and the limit of the ablation zone.
  • the ablation zone must indeed have an appropriate size to ensure the
  • the optimal safety margin can be defined to a few millimeters, for example between 5 and 10 millimeters for hepatocellular carcinoma (also designated by "CHC”) and metastases.
  • the value of the optimal safety margin varies depending on the tumor treated and the grades of aggressiveness of the tumor.
  • the aggressiveness grades of a tumor can be determined on the basis of size criteria and texture analyzes using images obtained by MRI for example.
  • the degree of aggressiveness of a tumor is quantified using a biopsy.
  • a problem with radiation ablation is firstly to define an optimal safety margin which must be respected between the limit of the tumor and the limit of the ablation zone, and secondly to determine the safety margin observed during processing (which could also be called the "processing margin").
  • patent US2014 / 0064446 describes a method and a device for determining a processing margin of a target area comprising the following steps:
  • the recurrence rate seems to come from an insufficiently precise definition of the optimal safety margin and above all from an insufficiently precise evaluation of the real safety margin which does not take into account the complex form of the tumor.
  • a precise estimate of the tumor area treated with a treatment margin less than or equal to a given optimal safety margin (which can be defined to a few millimeters, for example between 5 and 10 millimeters), should make it possible to better identify the patients at high risk of recurrence after radiation treatment.
  • a correlation has been established between the risk of recurrence in a group of patients treated with radiation and the value of the tumor area under treatment, namely the area treated with an insufficient safety margin.
  • a prediction method based on an image processing technique comprising the acquisition of at least a first image taken before the treatment and comprising the surface of the tumor to be ablated and at least a second image taken after the treatment and comprising the treated surface (or ablation surface); a registration between the first and the second image, and segmentation of the ablation surface and the tumor surface from the first and second images so as to determine the surfaces treated with margins less than or equal to the given optimal safety margin with respect to the surface limits of the tumor.
  • the inventors propose a method and a prediction system aimed at reducing the rate of recurrence and / or spread of the tumor following radiation treatment.
  • the objective of the invention is to predict more accurately and more safely a risk of recurrence and / or spread of a tumor following radiation treatment.
  • Another objective of the invention is to have a method and a
  • An object of the invention to achieve this goal is a method of
  • the method according to the invention preferably further comprises:
  • the extent of the vicinity around the tumor is variable and is typically defined by the practitioner. This can be a safety interval including at least the optimal safety margin and / or an area around the tumor whose microscopic tumor invasion is not visible in imaging.
  • a "3D image” is defined as a synthetic image
  • a 3D image can be obtained directly using suitable imaging techniques, for example obtained by MRI, or can be obtained using a series of two-dimensional images, for example by CT or MRI or even by ultrasound.
  • volume we must broadly understand an element of volume of a 3D image to which we can individually associate data (color, intensity, density ).
  • a volume or voxel element can in particular be defined in different ways and not necessarily in a cubic and / or spherical manner. For example, this can be a 3D facet.
  • the 3D image can thus be defined as a set of voxels.
  • the first voxels inside the tumor include the voxels included in the tumor, encompassing the surface of the tumor.
  • the images can be designated by 3D "masks”.
  • the "treated area” corresponds to the part of the tumor area that has been ablated or necrotic and can also be designated by “ablation area”.
  • the "untreated area” corresponds to the part of the tumor area that has not been ablated or necrotic.
  • the method according to the invention is a simple prediction method
  • the volume of the tumor as well as the volume of the area around the tumor (treated or untreated). It can be easily automated and / or computerized.
  • the method further comprises a step
  • intermediate spatial mapping between the first and second 3D images said intermediate step being after the first and second obtaining steps and before or during the processing step of the first and second 3D images obtained.
  • the intermediate step of matching includes a first sub-step of scaling between the first and second 3D images, so that said first and second 3D images are on the same voxel scale in three dimensions, consisting for example of an interpolation method.
  • the intermediate matching step comprises a second sub-step of superimposing the first and second 3D images, consisting for example of a method of registration of images.
  • the processing step comprises a first step of segmenting the at least one first 3D image, so as to identify the tumor.
  • the processing step comprises a second step of segmenting the at least one second 3D image, so as to identify the area treated.
  • segmentation it is necessary to understand any image processing operation which has the aim of gathering pixels or voxels together according to defined criteria.
  • the pixels or voxels are thus grouped into regions, which constitute a tiling or a partition of the image.
  • An example of segmentation is binarization which produces two classes of pixels or voxels, in general, they are represented by black pixels or voxels and white pixels or voxels.
  • a segmentation can be carried out on a series of 2D images or on a 3D image.
  • the first step of obtaining a first 3D image of the tumor area is carried out by acquisition of at least one image before the treatment of the tumor, for example by MRI, computed tomography or ultrasound .
  • At least one of the first and the second 3D image is obtained by a series of 2D images.
  • the second step of obtaining a second 3D image of the tumor area is carried out by acquisition of at least one image after the treatment of the tumor, for example by MRI, computed tomography or ultrasound .
  • the second step of obtaining a second 3D image of the tumor area after treatment is carried out by simulating a treated area.
  • the processing step comprises a first sub-step for processing the first 3D image so as to determine the first voxels inside the tumor.
  • the processing step comprises:
  • a second sub-step for processing the second 3D image so as to obtain second voxels of the untreated area a third sub-step of determining an exposure distance for all or part of the first determined voxels, consisting in determining the smallest of the 3D Euclidean distances between said first voxel and the second voxels of the untreated area.
  • the processing step further comprises an additional sub-step of defining a bounding box of the untreated area, so as to reduce the number of second voxels, said sub-step additional being before or during the third sub-step.
  • bounding box it is necessary to understand a limit zone in three dimensions beyond which points, pixels or voxels in the case of the invention are not taken into account or sought.
  • the exposure distance threshold is greater than or equal to five millimeters.
  • the invention also relates to a system for predicting the risk of
  • a processing unit configured to obtain exposure distances for all or part of the first voxels inside the tumor from the first and second 3D images; - a comparison unit configured to compare the exposure distances obtained with a predefined distance threshold, so as to determine whether at least one exposure distance is less than or equal to said predefined threshold.
  • the processing unit can be configured to implement all or part of the embodiments of the processing step.
  • tumor able to allow the visualization of the tumor can be an MRI, a CT scanner, an ultrasound scanner, or any other suitable imaging means, or a combination of means. They may include means for obtaining a first 3D image from a first series of 2D images acquired before processing.
  • tumor able to allow the visualization of the tumor can be an MRI, a CT scanner, an ultrasound scanner, or any other suitable imaging means, or a combination of means. They may include means for obtaining a second 3D image from a second series of 2D images after processing. Alternatively, they may include means for simulating a treated area from an intervention strategy, and from the first 3D image of the tumor before treatment.
  • the acquired signal and therefore the acquired image may be of a very different nature.
  • the image can be processed in order to have a 3D matrix containing the data of the image (or images) acquired.
  • the method and the system according to the invention can be used as a decision aid for the treatment of a tumor by electroporation, for example
  • thermotherapy or by radiotherapy and in particular hadrontherapy such as carbontherapy or protontherapy.
  • FIG.1 Figures 1a and 1b schematically illustrate two different ablation regions (in light) around the same tumor (in dark);
  • Figures 2a and 2b illustrate an example of images processed by the
  • the method according to the invention proposes to determine in the volume of the tumor area considered the areas which have been untreated and / or the areas which have been insufficiently treated, ie which are below a defined optimum safety margin. , for which there is a risk of recurrence.
  • the method according to the invention consists in calculating the distance
  • the first 3D image is acquired before processing.
  • the second 3D image can be either a 3D image acquired after a
  • Each 3D image (or each 2D image in a series of 2D images) is
  • the first and second images are matched (or
  • the mapping includes scaling the first and second images. Scaling can be performed by trilinear interpolation on a grid of voxels of common size, for example 1 x 1 x 1 mm 3 .
  • the mapping further includes superimposing the first and second images.
  • FIG. 2a shows an example of a coronal section of a 3D image produced by computed tomography of the liver of a patient on which the binary masks of the tumor (darker central area) and of the area are superimposed in transparency. treated (clearer central area).
  • the objective is to calculate a 3D map containing, for all or part of voxels located inside the tumor, the exposure distance or Euclidean distance (3D) necessary for reach the outer edge closest to the treated area.
  • FIG. 2b shows the 3D map of the exposure distances obtained using the masks shown in FIG. 2a.
  • the second voxels that is to say the voxels located outside the treated area.
  • a bounding box (represented by the dotted lines in FIG. 2a) positioned around the treated area can be used in order to reduce the costs in terms of calculation time of the enumeration steps.
  • the bounding box can be obtained by implementing one of the known techniques for restricting the calculations to a sub-region of an image.
  • the use of a bounding box makes it possible to limit the search space. In other words, instead of scanning all the voxels in the entire untreated area that appears in an image and looking for the minimum exposure distances of the first voxels (tumor voxels) with all the second voxels (voxels not treated), only the second voxels located in said box are scanned. This makes it possible to reduce the costs in terms of computation time of the method according to the invention.
  • the 3D exposure distance map thus obtained makes it possible in particular to determine whether there is an untreated zone (or zones), that is to say the distance of which is less than zero.
  • the 3D exposure distance map thus obtained also makes it possible to
  • the distance threshold is greater than or equal to five millimeters.
  • the value of the optimal distance threshold or safety margin can be defined as a function of the known risk of recurrence when the exposure distance is less than said threshold.
  • the value of the distance threshold may vary depending on the tumor treated and the degrees of aggressiveness of the tumor.
  • the aggressiveness grades of a tumor can be determined from texture analyzes using images obtained for example by computed tomography or by magnetic resonance imaging, or other means known to those skilled in the art.
  • the method according to the invention can be implemented for example by carrying out an automated image processing of the images obtained before treatment of the tumor and an automated image processing of the images obtained just after a first treatment of the tumor, so as to provide information capable of helping a practitioner in his decision (he can decide for example to supplement the first treatment by a second treatment, if a 3D exposure distance at risk is detected, that is to say below the threshold defined distance; the practitioner may decide to supplement with a second treatment immediately after the first treatment in order to avoid a risk of recurrence, and he may also decide to benefit from the same therapeutic session while the patient is still under general anesthesia) .
  • the method according to the invention is therefore a decision aid which can thus make it possible to reduce the risk of recurrence, the decision being taken by the practitioner according to the information he receives.
  • the method according to the invention can for example be implemented in one or in the following phases: preoperative planning phase or postoperative planning phase.
  • the “preoperative planning phase” is a preoperative phase which aims, on the one hand, to assess the extension of the tumor using suitable imaging techniques, for example by computed tomography or MRI, able to determine or estimate characteristics of the tumor: size, number, location, volume or plurality of volumes.
  • the determined or estimated characteristics of the tumor are determined or estimated characteristics of the tumor
  • target the treatment area choose the appropriate radiation technique, define the equipment, in particular at least one suitable probe, define the location of said equipment, define the position of each probe and its inclination, define a number necessary insertions of the probe (s) depending on the size of the tumor. More broadly, they make it possible to determine an optimal intervention strategy.
  • the method according to the invention can act as a strategy aid
  • optimal intervention and in particular as an aid in determining the area to target, for example by reintegrating areas calculated by the method as being insufficiently treated or even untreated.
  • the prediction method can include:
  • a complementary step of defining an intervention strategy which includes at least the definition of the targeting area, corresponding for example to a sphere or an ellipsoid encompassing the tumor with a specified safety margin to estimate at least a volume of 'ablation;
  • a first 3D image can be acquired either by a CT or MRI type imaging technique, for example using specific MRI acquisition sequences, or even by ultrasound.
  • the intervention strategy includes the definition of a dose, i.e. the radiation applied and the duration of application, the application of which is simulated to the defined and identified targeting area on the first 3D image.
  • the dose is applied more or less homogeneously over the entire area.
  • the prediction method can also comprise:
  • an intermediate step of spatial correspondence between the first and second 3D images which may include in particular a scaling step and a step of superimposing the images, said intermediate step being after the first and second steps d 'obtaining; a step of processing the first and second 3D images so as to obtain an exposure distance for all or part of the first voxels inside the tumor; and
  • - a step of comparing the exposure distances with a predefined distance threshold, so as to determine whether at least one exposure distance is less than or equal to said predefined threshold.
  • the processing step can be carried out at any time after the first and second obtaining steps and before the comparison step.
  • the processing step can include the following substeps:
  • a third substep for determining an exposure distance for each first determined voxel consisting in determining the smallest of the 3D Euclidean distances between said first voxel and said second voxels obtained.
  • the 3D map thus provides, in each first voxel of the determined tumor, the distance (preferably in millimeters) of said voxel considered to the nearest outer edge of the ablation zone.
  • the 3D map allows to know the voxels of the tumor
  • This information can be used to act on the intervention strategy (targeting zone, thermal dose, etc.) so that the most voxels in the tumor, even all the voxels, approach or even exceed the threshold of exposure distance.
  • a treatment evaluation phase can be carried out, typically by acquiring images of the post-treatment tumor area.
  • the method according to the invention can act as a decision aid, for example if a 3D exposure distance at risk is detected, that is to say less than the defined distance threshold.
  • the practitioner may decide to supplement the first treatment with a second treatment immediately after the first treatment in order to avoid an obvious risk of recurrence.
  • the prediction method can include:
  • a first 3D image can be acquired either by an imaging technique of the CT or MRI type, for example using specific MRI acquisition sequence or by ultrasound.
  • a second 3D image can be acquired either by an MRI or CT type imaging technique, for example using specific MRI acquisition sequences or by ultrasound.
  • a second image can be acquired using a thermometry imaging technique (by MRI). This can make it possible to obtain information in real time and to calculate a thermal dose map at any time, which gives access to tissue necrosis and therefore to the areas treated.
  • the prediction method can also comprise:
  • an intermediate step of spatial correspondence between the first and second 3D images which may include in particular a scaling step and a step of superimposing the images, said intermediate step being after the first and second steps d 'obtaining;
  • - a step of comparing the exposure distances with a predefined distance threshold, so as to determine whether at least one exposure distance is less than or equal to said predefined threshold.
  • the processing step can be carried out at any time after the first and second obtaining steps and before the comparison step.
  • the processing step can include the following substeps:
  • a third sub-step for determining an exposure distance for each first determined voxel consisting in determining the smallest of the 3D Euclidean distances between said first voxel and the second voxels obtained.
  • This provides a 3D map capable of providing the exposure distances for the first determined voxels. This allows in particular to determine if there is a risk of recurrence.
  • the prediction method can also comprise, if the practitioner decides:
  • the practitioner can decide to take advantage of the same therapeutic session while the patient is still under general anesthesia.
  • the method according to the invention can also be implemented in the intraoperative phase, as a decision aid for the operating practitioner.
  • the steps of the method can be equivalent to those implemented in the postoperative planning phase, except that the subsequent step of planning a second treatment is replaced by a step of prolonging the current treatment in order to to treat the areas identified as insufficiently treated, for example by moving the treatment radius (for example the thermotherapy probe).
  • Hardware software
  • software software
  • the method according to the invention can be applied as an aid for the treatment of a tumor by radiotherapy and in particular hadrontherapy such as carbontherapy or protontherapy, by electroporation or by
  • thermotherapy The thermotherapy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Medical Informatics (AREA)
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  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Un objet de l'invention est une méthode de prédiction du risque de récidive après un traitement de tumeur par rayonnement comprenant les étapes suivantes : - une première étape d'obtention d'au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur; - une deuxième étape d'obtention d'au moins une deuxième image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation d'une zone traitée; - une étape de traitement des première et deuxième images 3D obtenues de manière à déterminer une distance d'exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l'intérieur de la tumeur; - une étape de comparaison des distances d'exposition déterminées avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d'exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini. Un autre objet est un système de prédiction du risque de récidive.

Description

Description
Titre de l'invention : Méthode de prédiction do risque de récidive après on traitement d’une tumeur par rayonnement
|Domaine technique de l’invention
[0001 ] La présente invention concerne une méthode et un système de prédiction médicale dans le domaine du traitement d’une tumeur par rayonnement.
[0002] La présente invention concerne plus précisément une méthode et un système de prédiction d’un risque de récidive après un traitement d’une tumeur par rayonnement.
[0003] La méthode selon l’invention peut être appliquée dans une phase de
planification préopératoire, en particulier pour déterminer une stratégie
d’intervention optimale : dans ce cas, elle est utilisée avec des données de post traitement simulées.
[0004] La méthode selon l’invention peut être également appliquée dans une phase de planification postopératoire : dans ce cas, elle est utilisée avec des données de post-traitement réelles.
[0005] La méthode selon l’invention peut généralement être utilisée comme une
méthode d’aide à la décision.
Etat de la technique
[0006] Les techniques de traitement d’une tumeur par rayonnement sont des
techniques médicales qui consistent à appliquer un rayonnement au niveau de la tumeur, de manière à obtenir une destruction cellulaire, et ce, sans résection. Le rayonnement est à comprendre au sens large, dans la mesure où il peut s’agir de rayonnement électromagnétique, corpusculaire, thermique ou encore de l’application d’un champ électrique...
[0007] Les techniques de traitement d’une tumeur par rayonnement peuvent
comprendre l’électroporation, la thermothérapie ou la radiothérapie et notamment l’hadronthérapie telle que la carbonthérapie ou la protonthérapie. [0008] Par exemple, la thermothérapie consiste à faire varier la température
(hyperthermie ou hypothermie) au niveau de la tumeur, de manière à obtenir une destruction cellulaire. Il peut s’agir de traitement par radiofréquence, micro-ondes, ultrasons focalisés, laser (hyperthermie) ou par cryothérapie (hypothermie).
L’intervention, consiste à implanter des sondes, ou fines aiguilles, au sein de la tumeur en utilisant l’imagerie, lesquelles sondes vont chauffer ou geler la tumeur pour la détruire.
[0009] Parmi celles-ci, la technique d’ablation par radiofréquence (« RF ») offre des perspectives très intéressantes pour le traitement des tumeurs. L’ablation par radiofréquence est une technique de thermothérapie utilisée pour le traitement des tumeurs localisées, en particulier pour le traitement des tumeurs hépatiques, pulmonaires, rénales et osseuses. L’ablation par radiofréquence est
particulièrement adaptée à une taille tumorale généralement inférieure à 5 cm, et il est souvent nécessaire de recourir à une technique d’ablations multiples et chevauchées.
[0010] En pratique, on introduit au moins une sonde de radiofréquence par voie
cutanée dans la tumeur cible. Ensuite un courant alternatif de haute fréquence (typiquement entre 450 et 600 kHz) est délivré via la sonde à travers la tumeur, de manière à provoquer l’agitation des molécules ioniques des tissus, ce qui a pour effet de produire une chaleur de friction. Cet effet de production de chaleur dépend de propriétés conductrices électriques des tissus.
[0011 ] Préalablement au traitement par rayonnement, une phase dite « phase de
planification préopératoire » vise d’une part à évaluer l’extension de la tumeur grâce à des techniques d’imagerie adaptées, par exemple par tomodensitométrie (qui peut être désigné par « TDM » dans l’ensemble de la présente description) ou par Imagerie par Résonnance Magnétique (qui peut être désigné par « IRM » dans l’ensemble de la présente description), aptes à déterminer la taille, le nombre, la localisation et la forme de la tumeur ou des tumeurs s’il y a plusieurs foyers (ou nodules) tumoraux. D’autre part, la phase de planification
préopératoire vise à préparer le traitement.
[0012] Ainsi, les informations obtenues sur la tumeur permettent de cibler la zone de traitement, de choisir la technique de rayonnement adaptée et le matériel notamment la sonde adaptée, de définir l’implantation dudit matériel, de définir un nombre d’insertions nécessaires de ladite sonde en fonction de la taille de la tumeur.
[0013] Pendant la phase de traitement, l’ablation par rayonnement est guidée par une ou des techniques d’imagerie adaptées (échographie, TDM, IRM ...), afin notamment de vérifier si une sonde est insérée à la bonne position et avec l’inclinaison planifiée et de corriger le cas échéant la position et/ou l’inclinaison d’une sonde, ou encore de vérifier si le rayonnement est bien appliqué dans la zone ciblée.
[0014] Dans les techniques de thermothérapie, la température de la sonde, et plus particulièrement de la pointe de la sonde en contact avec la cible, peut être contrôlée. En particulier, dans les techniques d’hyperthermie, la température que l’on cherche à obtenir au niveau de la tumeur est généralement située entre 60 et 100°C et elle doit généralement être maintenue pendant une durée pouvant varier par exemple entre 5 et 10 minutes. A partir de 60°C et sur une durée qui est définie en fonction de la technique d’hyperthermie choisie, les tissus tumoraux peuvent être nécrosés de manière irréversible par dénaturation protéique. Mais au-delà de 100°C et pour une durée supérieure à quelques secondes, les tissus se carbonisent ce qui réduit la conduction électrique et thermique par leur effet isolant.
[0015] Après le traitement, une phase d’évaluation des résultats de l’ablation est réalisée et met en oeuvre également une ou des techniques d’imagerie adaptées (TDM, IRM ...).
[0016] Pour qu’une ablation par rayonnement soit efficace, on définit une zone
d’ablation qui comprend la tumeur cible ainsi qu’une marge de sécurité minimale à respecter autour de ladite tumeur cible. En d’autres termes, on définit une marge de sécurité minimale à respecter entre la limite de la tumeur et la limite de la zone d’ablation.
[0017] La zone d'ablation doit en effet avoir une taille appropriée pour assurer la
destruction de la totalité de la tumeur tout en préservant les tissus sains au voisinage de la tumeur. On peut donc également parler de « marge de sécurité optimale ». [0018] La marge de sécurité optimale peut être définie à quelques millimètres, par exemple entre 5 et 10 millimètres pour le carcinome hépatocellulaire (également désigné par « CHC ») et les métastases.
[0019] De manière générale, la valeur de la marge de sécurité optimale varie en fonction de la tumeur traitée et des grades d’agressivité de la tumeur. Les grades d’agressivité d’une tumeur peuvent être déterminés à partir des critères de tailles et d’analyses de texture à l’aide d’images obtenues par IRM par exemple. De manière usuelle, la quantification du grade d’agressivité d’une tumeur s’effectue également à l’aide d’une biopsie.
[0020] Une problématique de l’ablation par rayonnement est d’une part de définir une marge de sécurité optimale qui doit être respectée entre la limite de la tumeur et la limite de la zone d’ablation, et d’autre part de déterminer la marge de sécurité ayant été observée lors du traitement (pouvant également être nommée « marge de traitement »).
[0021 ] Sur ce dernier point, des méthodes existent pour déterminer la marge de sécurité observée lors du traitement. Par exemple, le brevet US2014/0064446 décrit un procédé et un dispositif pour déterminer une marge de traitement d’une zone cible comprenant les étapes suivantes :
- acquérir une image pré et post traitement de la zone cible,
- segmenter les images pour en déterminer les contours,
- quantifier la marge de traitement de la zone cible.
[0022] De cette manière, le praticien peut évaluer si la marge de traitement est
correcte ou s’il est nécessaire de continuer le traitement d’ablation.
[0023] Il est possible, si une telle évaluation est réalisée juste après le traitement de poursuivre le traitement si la marge de traitement est jugée insuffisante, alors que le patient est encore sous anesthésie.
[0024] L’ablation par rayonnement est beaucoup moins invasive que la résection chirurgicale classique. Cependant cette technique présente actuellement des limites.
[0025] Même si l’étape d’évaluation des résultats de l’ablation montre que les tissus tumoraux sont complètement nécrosés, il persiste un taux de récidive locale, accompagnée d’une progression de la tumeur dans les mois ou années
(typiquement dans les deux ans) qui suivent le traitement allant de 10 à 30%.
[0026] Outre la biologie tumorale, le taux de récidive semble provenir d’une définition insuffisamment précise de la marge de sécurité optimale et surtout d’une évaluation insuffisamment précise de la marge de sécurité réelle qui ne prend pas en compte la forme complexe de la tumeur.
[0027] De manière à améliorer la technique d’ablation par rayonnement, il a été
identifié qu’une estimation précise de la surface tumorale traitée ayant une marge de traitement inférieure ou égale à une marge de sécurité optimale donnée (qui peut être définie à quelques millimètres, par exemple entre 5 et 10 millimètres), doit permettre de mieux identifier les patients à haut risque de récidive après un traitement par rayonnement. En d’autres termes, il a été établi une corrélation entre le risque de récidive chez un groupe de patients traités par rayonnement et la valeur de la surface tumorale sous traitée, à savoir la surface traitée avec une marge de sécurité insuffisante.
[0028] Il a donc été recherché une méthode pour déterminer la surface tumorale
traitée avec une marge de traitement inférieure ou égale à la marge de sécurité optimale donnée, de manière à prédire un risque de récidive, et pouvoir intervenir en conséquence.
[0029] La problématique est illustrée en figures 1 a et 1 b qui illustrent
schématiquement deux régions d’ablation différentes (en clair) autour d’une même tumeur (en foncé). Ces deux cas présentent des marges minimales identiques, mais des surfaces d’exposition de la tumeur différentes. En effet, dans les deux cas la marge minimale est égale à zéro millimètre mais dans le cas 1 a la surface exposée de la tumeur est faible alors que dans le cas 1 b la surface d’exposition de la tumeur est plus élevée. La probabilité de non-traitement de nodules satellites, et donc de récidive, est plus élevée dans le cas 1 b.
[0030] Il existe par exemple une méthode de prédiction basée sur une technique de traitement d’images, comprenant l’acquisition d’au moins une première image prise avant le traitement et comportant la surface de la tumeur à ablater et d’au moins une seconde image prise après le traitement et comportant la surface traitée (ou surface d’ablation) ; un recalage entre la première et la seconde image, et une segmentation de la surface d’ablation et de la surface de la tumeur à partir des première et seconde images de manière à déterminer les surfaces traitées avec des marges inférieures ou égales à la marge de sécurité optimale donnée par rapport aux limites de surface de la tumeur. Cette méthode ainsi que les résultats de l’étude clinique sont publiées dans un l’article «Three-dimensional Measurement of HCC ablation zones and margins for predicting local tumor progression» A. Hocquelet et al.
[0031 ] Cependant, il reste encore un taux important de récidive. Ainsi, les inventeurs proposent une méthode et un système de prédiction visant à diminuer le taux de récidive et/ou de propagation de la tumeur suite à un traitement par rayonnement.
[0032] L’objectif de l’invention est de prédire de manière plus précise et plus sûre un risque de récidive et/ou de propagation d’une tumeur suite à un traitement par rayonnement.
[0033] Un autre objectif de l’invention est de disposer d’une méthode et d’un
système de prédiction simple d’utilisation, tout en améliorant la précision de prédiction.
Expose de l’invention
[0034] Un objet de l’invention permettant d’atteindre ce but est une méthode de
prédiction du risque de récidive après un traitement de tumeur par rayonnement comprenant les étapes suivantes :
- une première étape d’obtention d’au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur ;
- une deuxième étape d’obtention d’au moins une deuxième image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation d’une zone traitée ;
- une étape de traitement des première et deuxième images 3D obtenues de manière à déterminer une distance d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l’intérieur de la tumeur.
[0035] La méthode selon l’invention comprend en outre de préférence :
- une étape de comparaison des distances d’exposition déterminées avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d’exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini. [0036] Selon l’invention, par « zone tumorale », il faut comprendre la zone
comprenant la tumeur visible en imagerie et le voisinage autour de ladite tumeur. L’étendue du voisinage autour de la tumeur est variable et est typiquement définie par le praticien. Cela peut être un intervalle de sécurité comprenant a minima la marge de sécurité optimale et/ou une zone autour de la tumeur dont l’invasion microscopique tumorale n’est pas visible en imagerie.
[0037] Selon l’invention, on définit par « image 3D », une image de synthèse
représentée dans un repère à trois coordonnées. Une image 3D peut être obtenue directement à l’aide de techniques d’imagerie adaptées, par exemple obtenue par IRM, ou peut être obtenue à l’aide d’une série d’images en deux dimensions, par exemple par TDM ou IRM voire par échographie.
[0038] Par le terme « voxel », il faut comprendre largement un élément de volume d’une image en 3D auquel on peut associer individuellement des données (couleur, intensité, densité ...). Un élément de volume ou voxel peut notamment être défini de différentes manières et non nécessairement de manière cubique et/ou sphérique. Par exemple, cela peut être une facette 3D. L’image 3D peut ainsi être définie comme un ensemble de voxels. En outre, les premiers voxels à l’intérieur de la tumeur comprennent les voxels compris dans la tumeur, englobant la surface de la tumeur.
[0039] Lorsque deux images 3D sont superposées, on peut désigner les images par des « masques » 3D.
[0040] Dans l’ensemble de la description, la « zone traitée » correspond à la partie de la zone tumorale ayant été ablatée ou nécrosée et peut également être désignée par « zone d’ablation ». La « zone non traitée » correspond à la partie de la zone tumorale n’ayant pas été ablatée ou nécrosée.
[0041 ] Selon l’invention, par « distance d’exposition » d’un voxel de la tumeur, il faut comprendre la distance entre ledit voxel de la tumeur et le bord extérieur le plus proche de la zone traitée, en d’autres termes la distance minimale entre ledit voxel de la tumeur et la zone non traitée.
[0042] Dans l’ensemble de la description, le « seuil de distance » ou « seuil de
distance d’exposition » est équivalent aux termes « marge de sécurité optimale » telle que définis plus avant. [0043] La méthode selon l’invention est une méthode de prédiction simple
d’utilisation tout en étant précise dans la mesure où elle prend en compte le volume de la tumeur ainsi que le volume de la zone autour de la tumeur (traitée ou non traitée). Elle peut être aisément automatisée et/ou informatisée.
[0044] En outre, elle permet en d’adapter la marge de sécurité optimale, notamment dans une utilisation en préopératoire. Plus largement, elle permet de réaliser une simulation de traitement et d’optimiser la stratégie d’intervention. Elle est également une aide à la décision pour un praticien qui peut décider de réagir rapidement après le traitement.
[0045] Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre une étape
intermédiaire de mise en correspondance spatiale entre les première et deuxième images 3D, ladite étape intermédiaire étant après les première et deuxième étapes d’obtention et avant ou pendant l’étape de traitement des première et deuxième images 3D obtenues.
[0046] Selon l’invention, par « mise en correspondance spatiale » ou « mise en
correspondance » d’images, il faut comprendre toute opération qui consiste à mettre en correspondance au moins deux images afin de pouvoir comparer ou combiner leurs informations respectives. Une telle opération peut être également désignée par « recalage ».
[0047] Selon un mode de réalisation particulier, l’étape intermédiaire de mise en correspondance comprend une première sous-étape de mise à l’échelle entre les première et deuxième images 3D, de manière à ce que lesdites première et deuxième images 3D soient sur une même échelle de voxel dans les trois dimensions, consistant par exemple en une méthode d’interpolation.
[0048] Selon un mode de réalisation particulier, l’étape intermédiaire de mise en correspondance comprend une deuxième sous-étape de superposition des première et deuxième images 3D, consistant par exemple en une méthode de recalage d’images.
[0049] Selon un mode de réalisation, l’étape de traitement comprend une première étape de segmentation de la au moins une première image 3D, de manière à identifier la tumeur. [0050] Selon un mode de réalisation, l’étape de traitement comprend une deuxième étape de segmentation de la au moins une seconde image 3D, de manière à identifier la zone traitée.
[0051 ] Selon l’invention, par « segmentation », il faut comprendre toute opération de traitement d'images qui a pour but de rassembler des pixels ou des voxels entre eux suivant des critères définis. Les pixels ou voxels sont ainsi regroupés en régions, qui constituent un pavage ou une partition de l'image. Un exemple de segmentation est la binarisation qui produit deux classes de pixels ou voxels, en général, ils sont représentés par des pixels ou voxels noirs et des pixels ou voxels blancs.
[0052] Selon l’invention, une segmentation peut être réalisée sur une série d’images 2D ou sur une image 3D.
[0053] Selon un mode de réalisation, la première étape d’obtention d’une première image 3D de la zone tumorale est réalisée par acquisition d’au moins une image avant le traitement de la tumeur, par exemple par IRM, tomodensitométrie ou échographie.
[0054] Selon un mode de réalisation, au moins une parmi la première et la deuxième image 3D est obtenue par une série d’images 2D.
[0055] Selon un mode de réalisation, la deuxième étape d’obtention d’une deuxième image 3D de la zone tumorale est réalisée par acquisition d’au moins une image après le traitement de la tumeur, par exemple par IRM, tomodensitométrie ou échographie.
[0056] Selon un mode de réalisation alternatif, la deuxième étape d’obtention d’une deuxième image 3D de la zone tumorale après traitement est réalisée par simulation d’une zone traitée.
[0057] Selon un mode de réalisation, l’étape de traitement comprend une première sous-étape de traitement de la première image 3D de manière à déterminer des premiers voxels à l’intérieur de la tumeur.
[0058] Selon un mode de réalisation, l’étape de traitement comprend :
- une deuxième sous-étape de traitement de la deuxième image 3D de manière à obtenir des deuxièmes voxels de la zone non traitée ; et - une troisième sous-étape de détermination d’une distance d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels déterminés, consistant à déterminer la plus petite des distances euclidiennes 3D entre ledit premier voxel et les deuxièmes voxels de la zone non traitée.
[0059] Selon un mode de réalisation particulier, le calcul de la plus petite des
distances euclidiennes entre un premier voxel et les deuxièmes voxels
comprend :
- une première sous-étape d’énumération des deuxièmes voxels ;
- des secondes sous-étapes de calcul des distances euclidiennes entre le premier voxel et les deuxièmes voxels ;
-une troisième sous-étape de détermination de la plus petite distance
euclidienne parmi les distances euclidiennes calculées.
[0060] Selon un mode de réalisation particulier, l’étape de traitement comprend en outre une sous-étape supplémentaire de définition d’une boîte englobante de la zone non traitée, de manière à réduire le nombre de deuxièmes voxels, ladite sous-étape supplémentaire étant avant ou pendant la troisième sous-étape.
[0061 ] Selon l’invention, par « boîte englobante », il faut comprendre une zone limite en trois dimensions au-delà de laquelle des points, pixels ou voxels dans le cas de l’invention ne sont pas pris en compte ou recherchés.
[0062] Selon un mode de réalisation particulier, le seuil de distance d’exposition est supérieur ou égal à cinq millimètres.
[0063] L’invention concerne également un système de prédiction du risque de
récidive après un traitement de tumeur par rayonnement comprenant :
- des moyens pour obtenir au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur ;
- des moyens pour obtenir au moins une deuxième image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation d’une zone traitée ;
- une unité de traitement configurée pour obtenir des distances d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l’intérieur de la tumeur à partir des première et deuxième images 3D ; - une unité de comparaison configurée pour comparer les distances d’exposition obtenues avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d’exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini.
[0064] L’unité de traitement peut être configurée pour implémenter tout ou partie des modes de réalisation de l’étape de traitement.
[0065] Les moyens pour d’obtenir au moins une première image 3D de la zone
tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur peuvent être une IRM, un tomodensitomètre, un échographe, ou tout autre moyen d’imagerie adapté, ou encore une combinaison de moyens. Ils peuvent comprendre des moyens pour obtenir une première image 3D à partir d’une première série d’images 2D acquises avant traitement.
[0066] Les moyens pour d’obtenir au moins une deuxième image 3D de la zone
tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur peuvent être une IRM, un tomodensitomètre, un échographe, ou tout autre moyen d’imagerie adapté, ou encore une combinaison de moyens. Ils peuvent comprendre des moyens pour obtenir une deuxième image 3D à partir d’une deuxième série d’images 2D après un traitement. Alternativement, ils peuvent comprendre des moyens pour simuler une zone traitée à partir d’une stratégie d’intervention, et de la première image 3D de la tumeur avant traitement.
[0067] Selon qu’on utilise une IRM, un TDM ou une échographe, le signal acquis et par conséquent l’image acquise peut être de nature bien différente. Dans tous les cas, l’image peut être traitée afin d’avoir une matrice 3D contenant les données de l’image (ou des images) acquise(s).
[0068] La méthode et le système selon l’invention peuvent être utilisés comme aide à la décision pour le traitement d’une tumeur par électroporation, par
thermothérapie, ou par radiothérapie et notamment l’hadronthérapie telle que la carbonthérapie ou la protonthérapie.
Brève description des figures
[0069] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, faite notamment en regard des figures annexées parmi lesquelles : [0070] [Fig.1 ] Les figures 1 a et 1 b illustrent schématiquement deux régions d’ablation différentes (en clair) autour d’une même tumeur (en foncé) ;
[0071 ] [Fig.2] Les figures 2a et 2b illustrent un exemple d’images traitées par la
méthode selon l’invention.
Description des modes de réalisation
[0072] Les figures 1 a et 1 a ont été décrites dans la partie « Etat de la technique » de la présente description et ne seront pas reprises ici.
[0073] La méthode selon l’invention propose de déterminer dans le volume de la zone tumorale considérée les zones qui ont été non traitées et/ou les zones qui ont été insuffisamment traitées i.e. qui sont en dessous d’une marge de sécurité optimale définie, pour lesquelles il existe un risque de récidive.
[0074] Pour ce faire, la méthode selon l’invention consiste à calculer la distance
d’exposition de tout ou partie de premiers voxels localisés dans la tumeur à partir d’au moins deux images (ou masques) 3D binaires :
- au moins une première image 3D contenant la tumeur ;
- au moins une deuxième image 3D contenant la zone traitée (réelle ou simulée).
[0075] La première image 3D est acquise avant le traitement.
[0076] La seconde image 3D peut être soit une image 3D acquise après un
traitement réel, soit une image 3D acquise par une simulation de traitement.
[0077] Chaque image 3D (ou chaque image 2D d’une série d’images 2D) est
segmentée selon une méthode de traitement d'images apte à rassembler des voxels entre eux suivant des critères définis, de manière à obtenir des premiers voxels à l’intérieur de la tumeur et des deuxièmes voxels de la zone non traitée.
[0078] Les première et deuxième images sont mises en correspondance (ou
« recalées »), avant ou après l’étape de segmentation. De préférence, la mise en correspondance comprend une mise à l’échelle des première et deuxième images. La mise à l’échelle peut être réalisée par une interpolation trilinéaire sur une grille de voxels de taille commune, par exemple 1 x1 x1 mm3. De préférence, la mise en correspondance comprend en outre une superposition des première et deuxième images. [0079] La figure 2a montre un exemple d’une coupe coronale d’une image 3D réalisée par tomodensitométrie du foie d’un patient sur laquelle sont superposés en transparence les masques binaires de la tumeur (zone centrale plus foncée) et de la zone traitée (zone centrale plus claire).
[0080] A partir de ces deux masques binaires, l’objectif est de calculer une carte 3D contenant, pour tout ou partie de voxels localisés à l’intérieur de la tumeur, la distance d’exposition ou distance euclidienne (3D) nécessaire pour atteindre le bord extérieur le plus proche de la zone traitée.
[0081 ] La figure 2b montre la carte 3D des distances d’exposition obtenues à l’aide des masques reportés en figure 2a.
[0082] Un exemple d’algorithme rapide et facilement implémentable numériquement consiste à opérer directement sur les voxels de la manière suivante :
- énumérer individuellement chaque premier voxel (voxel de la tumeur) ; et
- pour chaque voxel de la tumeur :
• énumérer les seconds voxels (c'est-à-dire les voxels situés à l’extérieur de la zone traitée) exhaustivement ;
• calculer les distances euclidiennes 3D entre le premier voxel et les
seconds voxels énumérés ;
• déterminer la plus petite des distances euclidiennes 3D calculées.
[0083] Alternativement, on peut ne pas énumérer les seconds voxels (c'est-à-dire les voxels situés à l’extérieur de la zone traitée). On peut par exemple reconstruire les surfaces extérieures à la tumeur et à la zone d’ablation (ou zone traitée) à l’aide de facettes 3D et/ou polygones.
[0084] On obtient une carte 3D apte à fournir les distances d’exposition pour tout ou partie des voxels de la tumeur.
[0085] Avantageusement, une boîte englobante (représentée par les pointillés dans la figure 2a) positionnée autour de la zone traitée peut être utilisée afin de réduire les coûts en termes de temps de calculs des étapes d’énumération. La boîte englobante peut être obtenue en mettant en oeuvre une parmi les techniques connues pour restreindre les calculs à une sous-région d’une image. [0086] L’utilisation d’une boîte englobante permet de borner l’espace de recherche. En d’autres termes, au lieu de parcourir tous les voxels de toute la zone non traitée qui figure dans une image et de chercher le minimum des distances d’exposition des premiers voxels (voxels de la tumeur) avec tous les seconds voxels (voxels non traités), on parcourt uniquement les seconds voxels situés dans ladite boîte. Cela permet de réduire les coûts en termes de temps de calculs de la méthode selon l’invention.
[0087] La carte des distances d’exposition 3D ainsi obtenue permet notamment de déterminer s’il y a une zone (ou des zones) non traitée(s), c’est à dire dont la distance est inférieure à zéro.
[0088] La carte des distances d’exposition 3D ainsi obtenue permet en outre de
déterminer s’il y a une zone (ou des zones) insuffisamment traitée(s), c’est à dire dont la distance est inférieure ou égale à un seuil de distance (ou marge de sécurité optimale) défini. Par exemple, le seuil de distance est supérieur ou égal à cinq millimètres.
[0089] La valeur du seuil de distance ou marge de sécurité optimale peut être définie en fonction du risque de récidive encouru connu lorsque la distance d’exposition est inférieure audit seuil.
[0090] En outre, la valeur du seuil de distance peut varier en fonction de la tumeur traitée et des grades d’agressivité de la tumeur. Les grades d’agressivité d’une tumeur peuvent être déterminés à partir des analyses de texture à l’aide d’images obtenues par exemple par tomodensitométrie ou par imagerie par résonnance magnétique, ou d’autres moyens connus par l’homme du métier.
[0091 ] On observe sur la figure 2b que la zone en haut à gauche de la tumeur
s’avère présenter une distance d’exposition 3D inférieure au seuil de distance, et peut donc être considérée comme insuffisamment traitée.
[0092] Il est possible de poursuivre ensuite l’analyse des images, ou de réaliser des images ou des mesures complémentaires, de manière à caractériser une zone insuffisamment traitée en déterminant par exemple son volume, son centre de gravité, ses axes principaux, ou encore en déterminant si plusieurs zones sont concernées etc. [0093] La méthode selon l’invention peut être implémentée par exemple en réalisant un traitement d’image automatisé des images obtenues avant traitement de la tumeur et un traitement d’image automatisé des images obtenues juste après un premier traitement de la tumeur, de manière à fournir une information apte à aider un praticien dans sa décision (il peut décider par exemple compléter le premier traitement par un second traitement, s’il est détecté une distance d’exposition 3D à risque, c’est à dire inférieure au seuil de distance défini ; le praticien peut décider de compléter par un second traitement juste après le premier traitement afin d’éviter un risque de récidive, et il peut aussi décider de profiter de la même session thérapeutique alors que le patient est encore sous anesthésie générale).
[0094] La méthode selon l’invention est donc une aide à la décision qui peut ainsi permettre de réduire le risque de récidive, la décision étant prise par le praticien en fonction de l’information qu’il reçoit.
[0095] La méthode selon l’invention peut par exemple être mise en oeuvre dans une ou dans les phases suivantes : phase de planification préopératoire ou phase de planification postopératoire.
[0096] Phase de planification préopératoire
[0097] Comme expliqué plus avant, la « phase de planification préopératoire » est une phase préopératoire qui vise d’une part à évaluer l’extension de la tumeur grâce à des techniques d’imagerie adaptées, par exemple par tomodensitométrie ou par IRM, aptes à déterminer ou estimer des caractéristiques de la tumeur : taille, nombre, localisation, volume ou pluralité de volumes.
[0098] D’autre part, les caractéristiques déterminées ou estimées de la tumeur
permettent de préparer le traitement : cibler la zone de traitement, choisir la technique de rayonnement adaptée, définir le matériel, notamment au moins une sonde adaptée, définir l’implantation dudit matériel, définir la position de chaque sonde et son inclinaison, définir un nombre d’insertions nécessaires de la (ou des) sonde(s) en fonction de la taille de la tumeur. Plus largement, elles permettent de déterminer une stratégie optimale d’intervention.
[0099] La méthode selon l’invention peut intervenir comme aide à la stratégie
optimale d’intervention, et notamment comme aide à la détermination de la zone à cibler, par exemple en réintégrant des zones calculées par la méthode comme étant insuffisamment traitées voire non traitées.
[0100] Dans ce cas, la méthode de prédiction peut comprendre :
- une première étape d’obtention d’au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur, réalisée par l’acquisition d’au moins une première image avant le traitement de la tumeur ;
- une étape complémentaire de définition d’une stratégie d’intervention qui comprend a minima la définition de la zone de ciblage, correspondant par exemple à une sphère ou une ellipsoïde englobant la tumeur avec une marge de sécurité spécifiée pour estimer au moins un volume d’ablation ;
- une deuxième étape d’obtention d’une deuxième image 3D de la zone tumorale obtenue par simulation selon la stratégie d’intervention définie de manière à identifier la ou les zones traitées simulées (et par déduction la ou les zones non traitées simulées).
[0101 ] Une première image 3D peut être acquise soit par une technique d’imagerie de type TDM ou IRM, par exemple à l’aide de séquence d’acquisition IRM spécifiques, ou encore par échographie.
[0102] En particulier, on peut simuler une zone traitée à partir de la stratégie
d’intervention. On peut notamment simuler la nécrose d’une tumeur à partir de la première image 3D de la tumeur avant traitement. Dans ce cas, la stratégie d’intervention comprend la définition d’une dose, c'est-à-dire le rayonnement appliqué et la durée d’application, dont on simule l’application à la zone de ciblage définie et identifiée sur la première image 3D. La dose est appliquée de manière plus ou moins homogène sur toute la zone. Par comparaison à une dose létale, on peut déterminer des zones nécrosées et donc traitées et des zones non nécrosées et donc non traitées et on obtient ainsi une deuxième image 3D.
[0103] Dans ce cas, la méthode de prédiction peut comprendre en outre :
- de préférence, une étape intermédiaire de mise en correspondance spatiale entre les première et deuxième images 3D, pouvant comprendre notamment une étape de mise à l’échelle et une étape de superposition des images, ladite étape intermédiaire étant après les première et deuxième étapes d’obtention ; - une étape de traitement des première et deuxième images 3D de manière à obtenir une distance d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l’intérieur de la tumeur; et
- une étape de comparaison des distances d’exposition avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d’exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini.
[0104] L’étape de traitement peut être réalisée à tout moment après les première et deuxième étapes d’obtention et avant l’étape de comparaison.
[0105] L’étape de traitement peut comprendre les sous-étapes suivantes :
- une première sous-étape de traitement de la première image 3D de manière à déterminer des premiers voxels à l’intérieur de la tumeur ;
- une deuxième sous-étape de traitement de la deuxième image 3D de manière à obtenir des deuxièmes voxels à l’extérieur de la zone traitée, consistant par exemple en une segmentation semi-automatique ;
- une troisième sous-étape de détermination d’une distance d’exposition pour chaque premier voxel déterminé, consistant à déterminer la plus petite des distances euclidiennes 3D entre ledit premier voxel et lesdits deuxièmes voxels obtenus.
[0106] Cela permet d’obtenir une carte 3D apte à fournir les distances d’exposition pour les premiers voxels déterminés.
[0107] La carte 3D fournit ainsi, en chaque premier voxel de la tumeur déterminé, la distance (de préférence en millimètre) dudit voxel considéré jusqu’au bord extérieur le plus proche de zone d’ablation.
[0108] Notamment, la carte 3D permet de connaître les voxels de la tumeur
suffisamment traités (dont les distances d’exposition sont supérieures au seuil de distance défini), insuffisamment traités (dont les distances d’exposition sont inférieures ou égales au seuil de distance défini et supérieures à zéro) voire pas traitées (dont les distances d’exposition sont inférieures à zéro). Ainsi, cela permet notamment de déterminer s’il existe un risque de récidive.
[0109] Ces informations peuvent être utilisées pour agir sur la stratégie d’intervention (zone de ciblage, dose thermique ...) afin que le plus de voxels de la tumeur, voire tous les voxels, se rapprochent voire dépassent le seuil de distance d’exposition.
[01 10] Ainsi, toutes les étapes précédentes sont de préférence répétées en modifiant à chaque fois l’étape complémentaire de définition d’une stratégie d’intervention jusqu’à atteindre une carte 3D représentant les voxels de la tumeur dépassant le seuil de distance. Ceci revient à estimer la valeur du volume traité avec des marges de traitement inférieures ou égales à la marge de sécurité optimale (définie par exemple à quelques millimètres).
[01 11 ] Cela permet au final de déterminer la meilleure stratégie d’intervention pour éviter le risque de récidive, ou du moins pour le minimiser, et ce,
avantageusement sans qu’il soit nécessaire à ce stade d’intervenir sur le patient. Par conséquent, cela permet d’éviter que le patient subisse plusieurs traitements soit consécutifs, soit séparés dans le temps.
[01 12] On peut avantageusement utiliser les centres de gravité des zones
insuffisamment traitées comme zone à cibler afin de se rapprocher du seuil de distance d’exposition.
[01 13] Phase de planification postopératoire.
[01 14] Après un traitement, une phase d’évaluation du traitement peut être réalisée, typiquement en acquérant des images de la zone tumorale post-traitement.
[01 15] La méthode selon l’invention peut intervenir comme aide à la décision, par exemple s’il est détecté une distance d’exposition 3D à risque, c’est à dire inférieure au seuil de distance défini. Le praticien peut notamment décider de compléter le premier traitement par un second traitement juste après le premier traitement afin d’éviter un risque évident de récidive.
[0116] Dans ce cas, la méthode de prédiction peut comprendre :
- une première étape d’obtention d’au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur, réalisée par l’acquisition d’au moins une première image avant le traitement de la tumeur ;
- une deuxième étape d’obtention d’au moins une deuxième image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation d’une zone traitée (et d’une zone non traitée), réalisée par acquisition d’au moins une image après un premier traitement de la tumeur. [01 17] Une première image 3D peut être acquise soit par une technique d’imagerie de type TDM ou IRM, par exemple à l’aide de séquence d’acquisition IRM spécifiques ou par échographie.
[01 18] Une deuxième image 3D peut être acquise soit par une technique d’imagerie de type IRM ou TDM, par exemple à l’aide de séquence d’acquisition IRM spécifiques ou par échographie.
[01 19] Alternativement ou de manière complémentaire, une deuxième image peut être acquise à l’aide d’une technique d’imagerie de thermométrie (par IRM). Cela peut permettre d’obtenir des informations en temps réel et de calculer à chaque instant une cartographie de dose thermique, laquelle donne accès à la nécrose tissulaire et donc aux zones traitées.
[0120] Dans ce cas, la méthode de prédiction peut comprendre en outre :
- de préférence, une étape intermédiaire de mise en correspondance spatiale entre les première et deuxième images 3D, pouvant comprendre notamment une étape de mise à l’échelle et une étape de superposition des images, ladite étape intermédiaire étant après les première et deuxième étapes d’obtention ;
- une étape de traitement des première et deuxième images 3D de manière à obtenir une distance d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l’intérieur de la tumeur; et
- une étape de comparaison des distances d’exposition avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d’exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini.
[0121 ] L’étape de traitement peut être réalisée à tout moment après les première et deuxième étapes d’obtention et avant l’étape de comparaison.
[0122] L’étape de traitement peut comprendre les sous-étapes suivantes :
- une première sous-étape de traitement de la première image 3D de manière à déterminer des premiers voxels à l’intérieur de la tumeur ;
- une deuxième sous-étape de traitement de la deuxième image 3D de manière à obtenir des deuxièmes voxels à l’extérieur de la zone traitée, consistant par exemple en une segmentation semi-automatique ;
- une troisième sous-étape de détermination d’une distance d’exposition pour chaque premier voxel déterminé, consistant à déterminer la plus petite des distances euclidiennes 3D entre ledit premier voxel et les deuxièmes voxels obtenus.
[0123] Cela permet d’obtenir une carte 3D apte à fournir les distances d’exposition pour les premiers voxels déterminés. Cela permet notamment de déterminer s’il existe un risque de récidive.
[0124] La méthode de prédiction peut comprendre en outre, si le praticien le décide :
- une étape ultérieure de planification préopératoire d’un second traitement afin de traiter les zones identifiées comme insuffisamment traitées.
[0125] Dans cette étape ultérieure, le praticien peut décider de profiter de la même session thérapeutique alors que le patient est encore sous anesthésie générale.
[0126] La méthode selon l’invention peut également être mise en oeuvre en phase peropératoire, comme aide à la décision pour le praticien opérant. Dans ce cas, les étapes de la méthode peuvent être équivalentes à celles mises en oeuvre en phase de planification postopératoire, à ceci près que l’étape ultérieure de planification d’un second traitement est remplacée par une étape de prolongation du traitement en cours afin de traiter les zones identifiées comme insuffisamment traitées, par exemple en déplaçant le rayon de traitement (par exemple la sonde de thermothérapie).
[0127] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-avant à titre d’exemple non limitatif. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l'homme du métier. Il faut comprendre notamment que des modifications logiques peuvent être effectuées. En outre, les modes de réalisations présentés dans la description détaillée de l’invention ne doivent pas être interprétés comme limitant l'ordre des étapes et sous-étapes.
[0128] L’homme du métier comprendra que la méthode de prédiction du risque de récidive peut être mise en oeuvre de diverses manières par matériel
(« hardware »), logiciel (« software »), ou une combinaison d’éléments matériels et de logiciels.
[0129] La méthode selon l’invention peut être appliquée en tant qu’aide en vue d’un traitement d’une tumeur par radiothérapie et notamment l’hadronthérapie telle que la carbonthérapie ou la protonthérapie, par électroporation ou par
thermothérapie.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] [Méthode de prédiction du risque de récidive après un traitement de tumeur par rayonnement comprenant les étapes suivantes :
- une première étape d’obtention d’au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur ;
- une deuxième étape d’obtention d’au moins une deuxième image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation d’une zone traitée ;
- une étape de traitement des première et deuxième images 3D
obtenues de manière à déterminer une distance d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l’intérieur de la tumeur ;
- une étape de comparaison des distances d’exposition déterminées avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d’exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini.
[Revendication 2] Méthode selon la revendication 1 , comprenant en outre une étape intermédiaire de mise en correspondance spatiale entre les première et deuxième images 3D, ladite étape intermédiaire étant après les première et deuxième étapes d’obtention et avant ou pendant l’étape de traitement ;
[Revendication 3] Méthode selon la revendication 2, l’étape intermédiaire de mise en correspondance comprenant une première sous-étape de mise à l’échelle entre les première et deuxième images 3D, de manière à ce que lesdites première et deuxième images 3D soient sur une même échelle de voxel dans les trois dimensions, consistant par exemple en une méthode d’interpolation.
[Revendication 4] Méthode selon l’une des revendications 2 ou 3, l’étape intermédiaire de mise en correspondance comprenant une deuxième sous- étape de superposition des première et deuxième images 3D, consistant par exemple en une méthode de recalage d’images.
[Revendication 5] Méthode selon l’une des revendications 1 à 4, l’étape de traitement comprenant une première étape de segmentation de la au moins une première image 3D, de manière à identifier la tumeur.
[Revendication 6] Méthode selon l’une des revendications 1 à 5, l’étape de traitement comprenant une deuxième étape de segmentation de la au moins une seconde image 3D, de manière à identifier la zone traitée.
[Revendication 7] Méthode selon l’une des revendications 1 à 6, la
première étape d’obtention d’une première image 3D de la zone tumorale étant réalisée par acquisition d’au moins une image avant le traitement de la tumeur, par exemple par IRM, tomodensitométrie ou échographie.
[Revendication 8] Méthode selon l’une des revendications 1 à 7, au moins une parmi les première et deuxième images 3D étant obtenue par une série d’images 2D.
[Revendication 9] Méthode selon l’une des revendications 1 à 8, la
deuxième étape d’obtention d’une deuxième image 3D de la zone tumorale étant réalisée par acquisition d’au moins une image après le traitement de la tumeur, par exemple par IRM, tomodensitométrie ou échographie.
[Revendication 10] Méthode selon l’une des revendications 1 à 8, la
deuxième étape d’obtention d’une deuxième image 3D de la zone tumorale après traitement étant réalisée par simulation d’une zone traitée.
[Revendication 1 1] Méthode selon l’une des revendications 1 à 10, l’étape de traitement comprenant :
- une première sous-étape de traitement de la première image 3D de manière à déterminer des premiers voxels à l’intérieur de la tumeur.
[Revendication 12] Méthode selon l’une des revendications 1 à 1 1 , l’étape de traitement comprenant :
- une deuxième sous-étape de traitement de la deuxième image 3D de manière à obtenir des deuxièmes voxels de la zone non traitée ; et
- une troisième sous-étape de détermination d’une distance d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels déterminés à l’intérieur de la tumeur, consistant à déterminer la plus petite des distances euclidiennes 3D entre ledit premier voxel et les deuxièmes voxels de la zone non traitée obtenus.
[Revendication 13] Méthode selon la revendication 12, le calcul de la plus petite des distances euclidiennes entre un premier voxel et les deuxièmes voxels comprend : - une première sous-étape d’énumération des deuxièmes voxels ;
- des secondes sous-étapes de calcul des distances euclidiennes entre le premier voxel et les deuxièmes voxels ;
- une troisième sous-étape de détermination de la plus petite distance euclidienne parmi les distances euclidiennes calculées.
[Revendication 14] Méthode selon la revendication 12 ou 13, l’étape de
traitement comprenant en outre une sous-étape supplémentaire de définition d’une boîte englobante de la zone non traitée, de manière à réduire le nombre de deuxièmes voxels, ladite sous-étape supplémentaire étant avant ou pendant la troisième sous-étape.
[Revendication 15] Méthode selon l’une des revendications 1 à 14, le seuil de distance d’exposition étant supérieur ou égal à cinq millimètres.
[Revendication 16] Système de prédiction du risque de récidive après un traitement de tumeur par rayonnement comprenant :
- des moyens pour d’obtenir au moins une première image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation de la tumeur ;
- des moyens pour obtenir au moins une deuxième image 3D de la zone tumorale apte à permettre la visualisation d’une zone traitée ;
- une unité de traitement configurée pour obtenir des distances
d’exposition pour tout ou partie de premiers voxels à l’intérieur de la tumeur à partir des première et deuxième images 3D ;
- une unité de comparaison configurée pour comparer les distances d’exposition obtenues avec un seuil de distance prédéfini, de manière à déterminer si au moins une distance d’exposition est inférieure ou égale audit seuil prédéfini.
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