FR2765009A1 - Procede de determination automatique de la configuration d'un casque de radiochirurgie stereotaxique sur lequel peut etre adaptee une pluralite de collimateurs focalises sur un isocentre d'irradiation - Google Patents

Abstract

Le procédé de détermination de la ou des configurations [temps de traitement (TTi ) / diamètre (phii,f ) de chaque collimateur] d'un casque de radiochirurgie stéréotaxique, sur lequel peut être adaptée une pluralité de collimateurs focalisés sur un isocentre d'irradiation consiste à optimiser de manière automatique, par un calcul itératif de doses, la dose reçue (Dp ) en des points d'optimisation (Mp ) prédéterminés, en modifiant à chaque itération le temps de traitement (TTi ) d'au moins un tir (i), et/ ou le diamètre (phii,f ) d'au moins un collimateur d'au moins un tir (i), et en calculant à chaque itération une fonction de coût (FC) ayant pour variables les écarts entre la dose calculée (Dp ) et la dose voulue (DVp ) pour chaque point d'optimisation (Mp ), le calcul itératif de doses étant réalisé automatiquement jusqu'à ce que la fonction de coût (FC) satisfasse un critère d'optimisation prédéterminé.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION AUTOMATIQUE DE LA

CONFIGURATION D'UN CASQUE DE RADIOCHIRURGIE

STEREOTAXIQUE SUR LEQUEL PEUT ETRE ADAPTEE UNE

PLURALITE DE COLLIMATEURS FOCALISES SUR UN ISOCENTRE

D'IRRADIATION

La présente invention concerne le domaine de la radiochirurgie stéréotaxique, et plus précisément le traitement radiothérapique de petites lésions cérébrales au moyen d'un dispositif mettant en oeuvre un casque sur lequel peut être adaptée une pluralité de collimateurs statiques, interchangeables et focalisés sur un même isocentre d'irradiation. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de détermination automatique de la ou des configurations successives de casque (diamètre de chaque collimateur et temps de traitement) selon que le protocole de traitement ultérieur est du type monocible ou

multicible.

D'une manière générale, la radiochirurgie stéréotaxique concerne le traitement radiothérapique de petits volumes intracrâniens, et par exemple de malformations artérioveineuses, ou de tumeurs. Elle bénéficie principalement à ce jour de deux techniques différentes et éprouvées depuis de nombreuses années, une technique dynamique et une

technique statique.

La technique dynamique comporte une source unique apte à produire un faisceau étroit de rayonnement ionisant et mobile dans

l'espace par rapport au volume cible devant être traité.

Cette première technique fait appel à des dispositifs construits principalement autour d'accélérateurs linéaires et le rayonnement ionisant est la plupart du temps produit par une source de photons de haute énergie. La technique statique met en oeuvre une pluralité de faisceaux ionisants qui en cours de traitement sont statiques par rapport au volume cible à traiter, en étant fortement collimatés et focalisés sur un même isocentre d'irradiation. L'invention se situe dans le domaine de la seconde technique statique précitée qui va à présent être plus amplement détaillée. Un appareil de radiochirurgie stéréotaxique selon la technique statique a par exemple déjà été décrit dans la demande de brevet français FR 2 672 220 et dans le brevet US.4,780,898. Un tel appareil comporte une pluralité de sources de rayonnements ionisants, et par exemple des sources radioactives de rayonnement gamma, du type sources de 6 Co, qui sont montées sur un dispositif hémisphérique vis à vis d'une pluralité

de collimateurs primaires, à raison d'une source par collimateur primaire.

Un casque intérieur au dispositif hémisphérique précédent porte des collimateurs amovibles secondaires de plus faible diamètre, et permet

d'obtenir une pluralité de mini faisceaux isocentriques.

Préalablement à la mise en oeuvre du traitement, on pose sur le crâne du patient un cadre de contention stéréotaxique servant à repérer le volume à traiter, dit volume cible, dans le référentiel mécanique du dispositif de traitement, à l'aide d'une modalité d'imagerie médicale adaptée (principalement angiographie par rayons X pour les malformations artérioveineuses et tomodensitométrie ou imagerie par résonnance magnétique pour les lésions tumorales). Le même cadre de contention est utilisé pour positionner le crâne du patient par rapport au casque de l'appareil de radiochirurgie stéréotaxique, en sorte que l'isocentre d'irradiation du casque soit dans une position connue par

rapport au volume cible.

Pour réaliser un tir sur un point déterminé du volume cible, dit point cible, on positionne le crâne du patient de telle sorte que l'isocentre d'irradiation du casque coïncide avec le point cible. Lorsque tous les collimateurs du casque ont un diamètre identique, la répartition spatiale de la dose obtenue dans un volume supposé homogène est sensiblement sphérique et centrée sur le point cible, la dose maximale étant délivrée au point cible, et la dose délivrée à une distance du point cible égale au rayon des collimateurs valant sensiblement 50% de la dose maximale reçue par le point cible. Dans la technique de radiochirurgie statique, le

traitement d'un volume cible s'apparente ainsi à un travail à l'emporte-

pièce, au cours duquel on cherche à juxtaposer spatialement les doses délivrées à chaque tir en sorte de couvrir la totalité du volume cible. Dans la pratique habituelle, en fonction d'un volume cible prédéterminé à traiter, un opérateur spécialisé en radiochirurgie décide d'un protocole de tir, en définissant dans un premier temps le nombre de tirs à effectuer, et le point cible de chaque tir, c'est-à-dire le point du volume cible sur lequel pour un tir donné l'isocentre d'irradiation doit être positionné, et dans un second temps la configuration du casque pour chaque tir. On désigne ici par configuration du casque le diamètre des collimateurs secondaires qui doivent être montés sur le casque, et le

temps de traitement pour un tir donné, c'est-à-dire la durée du tir.

L'opérateur peut ainsi décider qu'un protocole monocible, c'est-à-dire à un tir unique sur un point cible unique, est suffisant, s'il estime qu'un tir unique permettra de délivrer une dose suffisante dans tout le volume cible, ou au contraire décider d'un protocole multicible, en effectuant une série de tirs successifs sur des points cibles prédéterminés. Le protocole de tir et la ou les configurations successives de casque doivent être choisis non seulement afin de couvrir tout le volume cible par la dose optimale de traitement, mais également lorsque le volume cible est positionné à proximité d'une zone sensible, et par exemple a proximité des globes oculaires, en veillant à ce que la dose délivrée dans cette zone sensible, et d'une manière générale à l'extérieur du volume cible, soit la plus faible possible. A cet effet, I'opérateur se base sur un certains nombre de points prédéterminés pour lesquels il connaît la dose optimale qu'il faudrait délivrer en chacun de ces points; il s'agira par exemple des points de l'enveloppe du volume cible, de certains points de l'intérieur du volume cible, et éventuellement de certains points sensibles placés à l'extérieur et à proximité du volume cible, et pour lesquels la dose doit

être la plus faible possible.

Jusqu'à ce jour et en pratique, un opérateur spécialisé dispose de plusieurs casques pour définir son protocole de tir, chaque casque comportant un nombre de collimateurs égal au nombre de collimateurs pouvant être adaptés sur le casque. Les collimateurs de chaque casque sont de diamètres identiques ou différents d'un casque à l'autre. La détermination de la configuration du casque pour chaque tir (diamètre

des collimateurs du casque et durée du tir) est réalisée empiriquement.

Afin préalablement de valider son choix de configurations, et s'il y lieu de le modifier, I'opérateur dispose d'un logiciel qui lui permet à partir de chaque configuration de casque, d'effectuer automatiquement le calcul tridimensionnel de la dose résultant de l'assemblage des tirs dans la cas d'un protocole multicibles, ou d'un tir unique dans le cas d'un protocole monocible. La pertinence des configurations pour un protocole de tir donné est jugée en comparant le profil tridimensionnel de la dose calculée

avec le volume cible et éventuellement les volumes sensibles.

Le choix empirique des configurations de casque présente plusieurs inconvénients. Il doit nécessairement être effectué par un opérateur spécialisé en radiochirurgie, à partir de son expérience. Il conduit en pratique à une géométrie tridimensionnelle de dose qui ne s'adapte pas au mieux au volume cible, lequel volume cible présente un contour non sphérique quelconque; il en résulte que pour couvrir la totalité du volume cible, tout en évitant au maximum d'irradier la zone de tissu sain au voisinage extérieur du volume cible, I'opérateur est conduit en pratique à réaliser presque systématiquement une série de plusieurs

tirs, sachant qu'il dispose d'un choix limité de diamètres de collimateurs.

Or chaque tir nécessite un temps de traitement et de positionnement du patient important qui engendre un coût de fonctionnement et un inconfort du patient. D'un point de vue économique et pour le confort du patient, il s'avère donc essentiel de limiter le nombre de tirs, voire de pouvoir réduire le protocole de traitement à un seul tir. L'invention vise à proposer un procédé de détermination de la ou des configurations successives d'un casque de radiochirurgie stéréotaxique statique, qui pallie les inconvénients ci-dessus. Elle repose sur un procédé qui d'une part est conçu pour être mis en oeuvre automatiquement par un calculateur programmé de façon approprié, et qui de ce fait ne nécessite plus l'intervention d'un opérateur spécialisé, et qui d'autre part permet de déterminer des configurations de casque pour lesquelles les diamètres des collimateurs sont différents pour un même casque de telle sorte que la géométrie tridimensionnelle de la dose délivrée soit mieux adaptée au volume cible. Le principal avantage au niveau du traitement réside dans

la possibilité de réduire le nombre de tirs.

Selon le procédé de l'invention, à partir - de points d'optimisation (Mp) choisis par rapport au volume cible, - d'une dose d'irradiation (DVP) voulue en chaque point d'optimisation

(MP),

- et d'une (tir unique) ou plusieurs (série de tirs successifs) configurations de casque initiales prédéterminées, on optimise de manière automatique, par un calcul itératif de doses, la dose reçue (Dp) en chaque point d'optimisation (MP), en modifiant à chaque itération le temps de traitement (TT;) d'au moins un tir (i), et/ou le diamètre (0ó,f) d'au moins un collimateur (Cf) d'au moins un tir (i), et en calculant à chaque itération une fonction de coût (FC) ayant pour variables les écarts entre la dose calculée (Dd) et la dose voulue (DVP) pour chaque point d'optimisation (MP), le calcul itératif de doses étant réalisé automatiquement jusqu'à ce que la fonction de coût (FC)

satisfasse un critère d'optimisation prédéterminé.

Il a déjà été proposé antérieurement à l'invention de remplacer certains collimateurs d'un casque par des bouchons, dans le but de bloquer localement un ou plusieurs faisceaux d'irradiation isocentrique et

par là-même de déformer la dose délivrée à l'isocentre d'irradiation.

Cependant la méthode de détermination des configurations de casque restait empirique, et mise en oeuvre par un opérateur spécialisé, et on n'a jamais cherché jusqu'à ce jour à mixer sur un même casque des collimateurs présentant des diamètres d'ouverture non nuls qui soient différents. D'une manière générale, dans le cadre de l'invention, la notion de collimateur couvre aussi bien des collimateurs présentant un diamètre d'ouverture non nul, que des bouchons qui pour des raisons de généralisation sont assimilés à des collimateurs particuliers dont le

diamètre est nul.

Des caractéristiques additionnelles du procédé de l'invention

apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va

à présent être faite d'un exemple préféré de réalisation, laquelle

description est donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence au

dessin annexé sur lequel - La figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de radiochirurgie stéréotaxique connu, conforme à la technique statique, - La figure 2 illustre un exemple de géométrie de volume cible intracrânien à traiter, - et la figure 3 est un organigramme illustrant les principales étapes d'un exemple particulier de mise en oeuvre automatique du procédé de l'invention. Si l'on se réfère à la figure 1, un appareil de radiochirurgie stéréotaxique pour le traitement de lésions cérébrales (malformations artério-veineuses ou tumeurs), et conforme à la technique statique, comprend une pluralité de sources 1 de rayonnement ionisant, qui sont disposées, de manière statique, sur un dispositif hémisphérique 2 logé à l'intérieur d'une cavité blindée 3 formant écran au rayonnement, et un casque 5 destiné à venir se loger à l'intérieur du dispositif hémisphérique 2. Le dispositif hémisphérique 2 comporte pour chaque source 1 un collimateur primaire 4, communiquant avec la source 1. Le casque 5 est concu pour porter une pluralité de collimateurs secondaires Cf isocentriques, qui sont interchangeables, et qui une fois le casque 5 logé à l'intérieur du dispositif hémisphérique 2, viennent se placer respectivement en vis-à-vis des collimateurs primaires 4. Une fois le casque 5 en position à l'intérieur du dispositif hémisphérique 2, les sources 1 émettent un rayonnement ionisant sous la forme d'une pluralité de mini-faisceaux qui sont collimatés par les collimateurs primaires 4 et secondaires C,, et qui sont centrés sur un même isocentre d'irradiation. Préalablement à la pose du casque 5 sur le crâne d'un patient, on pose de manière usuelle sur le patient un cadre de contention stéréotaxique (non représenté) qui permet dans un premier temps de repérer, dans le référentiel mécanique de l'appareil de radiochirurgie, le volume cible intracrânien à traiter, à l'aide d'une modalité d'imagerie médicale adaptée. Il s'agit par exemple d'une angiographie par rayon X pour les malformations artérioveineuses, et d'une tomodensitomètrie ou

d'une imagerie par résonnance magnétique pour les lésions tumorales.

Dans un deuxième temps, le patient étant allongé sur la table 6 de l'appareil de radiochirurgie, le cadre de contention est utilisé pour positionner le crâne du patient par rapport au casque 5, de telle sorte que I'isocentre d'irradiation soit centré sur un point cible prédéterminé du volume cible à traiter. Une fois ce positionnement réalisé, I'ensemble patient-casque de radiochirurgie 5 est translaté en direction du dispositif hémisphérique 2, jusqu'à ce que le casque 5 soit en position à l'intérieur

du dispositif hémisphérique 2.

A titre d'exemple non limitatif, I'appareil de radiochirurgie de la figure 1 était constitué de 201 sources de 60Co, dont l'activité initiale était de 1,1 1012 B q. Ces sources étaient disposées sur un dispositif hémisphérique 2 vis-à-vis de 201 collimateurs primaires 4 de 157mm de longueur. Le casque 5 présentait un diamètre de 40cm, et pouvait porter

201 collimateurs secondaires Cf cylindriques de 60mm de longueur.

Chaque collimateur secondaire Cf pouvait présenter un diamètre de collimateur de 4,8,14 ou 18mm. Sur le casque 5 pouvait en outre être montés à la place des collimateurs secondaires des bouchons, de façon à obturer certains faisceaux d'irradiation. Dans la suite, ces bouchons seront considérés comme constituant des collimateurs secondaires de diamètre nul. Le casque 5 permettait ainsi d'obtenir au maximum 201 minifaisceaux isocentriques de photon gamma, de 1,17 MeV, ou 1,33 MeV en fonction des sources de 60Co. L'invention n'est toutefois pas limitée à un appareil de radiochirurgie stéréotaxique utilisant des sources radioactives de rayonnement gamma du type source de 60Co, mais peut s'appliquer à tout appareil de radiochirurgie stéréotaxique qui d'une manière générale utilise une pluralité de mini-faisceaux isocentriques de rayonnement ionisant. Il pourrait notamment s'agir de rayons X, de

rayonnements de protons, neutrons ou d'électrons.

On a représenté sur la figure 2 un exemple particulier de géométrie en trois dimensions d'un volume cible intracrânien 7 pouvant être traité au moyen de l'appareil de la figure 1, et repéré dans le référentiel mécanique (Ox, Oy, Oz) de l'appareil de radiochirurgie. Sur la figure 2, le volume 7 est représenté par une pluralité de points M

délimitant l'enveloppe du volume cible 7.

Préalablement à la pose du casque 5 sur le patient, en vue du traitement ultérieur d'un volume cible intracrânien déterminé, un opérateur spécialisé décide dans une première étape du nombre de tirs qu'il faudra effectuer, et du point cible de chaque tir, c'est-à-dire le point du volume cible sur lequel pour un tir donné l'isocentre d'irradiation du casque 5 doit être positionné. La méthode de détermination de la position des points cibles peut être réalisée en cherchant empiriquement à couvrir de façon optimale le volume cible par un certain nombre de sphères (une sphère par tir) de diamètres différents. Chaque sphère correspond sensiblement au volume qui serait irradié par un tir au moyen d'un casque 5 sur lequel serait montée la totalité des collimateurs secondaires de même diamètre. Il convient également de noter que cette méthode de détermination des points cibles peut également être réalisée de manière automatique, par un logiciel approprié. Cette méthode automatique étant par ailleurs connue elle ne sera pas décrite en détail dans la présente

description. Il est simplement précisé que cette méthode automatique

réside sur l'optimisation du placement et du diamètre des sphères par un algorithme de gradients conjugués permettant de minimiser la fonction de coût suivante N

F= ( 2

-'4n__ (dn,s)2 Nn=l o: N est le nombre de points M (X,, Yn, Zn) de l'enveloppe du volume cible,

et dn. = (Xn - x)2 + (y - y_)2 + (Zn - z.)2 - a.2, avec (x., y., z.) et a.

représentant respectivement les coordonnées du centre et le rayon de

chaque sphère.

Une fois le nombre de tirs et les points cibles de chaque tir déterminés, il est nécessaire dans une deuxième étape de déterminer la ou les configurations successives du casque 5, c'est-à-dire pour chaque tir, le diamètre des collimateurs secondaires Cf qui doivent être montés

sur le casque 5 et le temps de traitement, c'est-à-dire la durée du tir.

Jusqu'à ce jour, cette deuxième étape était réalisée empiriquement nécessairement par l'opérateur spécialisé sur la base d'un certain nombre de points prédéterminés pour lesquels cet opérateur

connaît la dose optimale qu'il faudrait délivrer en chacun de ces points.

Le procédé de l'invention permet avantageusement de remplacer cette seconde étape par un procédé de détermination automatique de la ou des configurations successives de casque, basé sur un algorithme d'optimisation par calcul itératif de doses, qui peut être mis en oeuvre en programmant de manière appropriée tout calculateur connu. Un exemple particulier de mise en oeuvre de cet algorithme d'optimisation va à

présent être décrit en référence à l'organigramme de la figure 3.

Les principaux paramètres de l'organigramme de la figure 3 sont les suivants Mp (xp, yp, zP): points d'optimisation P nombre de points d'optimisation Kp: facteur de pondération affecté à chaque point (Mp) DVp: dose voulue en un point d'optimisation (MP) Dp: dose calculée au point d'optimisation (Mp) I: nombre de tirs i numéro de tir ( i variant de 1 à 1) TT1: temps de traitement d'un tir (i) F nombre de faisceaux maximum d'un casque f numéro de faisceau d'un casque (f variant de 1 à F) if: diamètre du collimateur du faisceau (f) du tir (i) BF p,,: facteur de dose du faisceau qui est affecté à chaque faisceau (f) d'un tir (i), pour un point d'optimisation (Mp) donné, et qui est calculé en fonction de la position du faisceau (f) par rapport au point d'optimisation (Mp) en prenant en compte le diamètre i,f du collimateur correspondant au faisceau f et les données physiques associées Kb: Constante de Boltzman

T: paramètre de contrôle (température) du test de Metropolis.

Parmi les paramètres ci-dessus, les points d'optimisation Mp sont des points déterminés par l'opérateur spécialisé, à partir du volume cible à traiter. Ces points d'optimisation sont en pratique constitués par un certain nombre de points M de l'enveloppe du volume cible à traiter, auxquels peuvent venir s'ajouter des points particuliers pris à l'intérieur du volume cible, et des points situés à l'extérieur du volume cible et correspondant à des volumes sensibles pour lesquels il est préférable de limiter les doses d'irradiation. Pour chacun de ces points d'optimisation MP est définie une dose d'irradiation optimale souhaitée DVP. Un facteur de pondération Kp est affecté à chaque point d'optimisation en fonction de l'importance que l'opérateur spécialisé souhaite donner à ce point. En d'autres termes, plus l'opérateur spécialise juge important que la dose d'irradiation qui sera effectivement délivrée ultérieurement en ce point doit être la plus proche possible, avec la ou les configurations successives de casque qui auront été préalablement déterminées automatiquement, et plus ce coefficient sera important comparativement

aux coefficients affectés aux autres points d'optimisation.

Préalablement à la mise en oeuvre de l'algorithme d'optimisation conformément à l'organigramme de la figure 3, I'intégralité des facteurs de dose BFp.i.f qui sont affectés, pour chaque point d'optimisation Mp, à chaque faisceau f d'un tir i sont calculés en fonction de la position du faisceau f associé par rapport au point d'optimisation Mp, c'est-à- dire notamment en fonction de la position du point cible (isocentre d'irradiation du casque) par rapport au point d'optimisation Mp correspondant, et en prenant en compte le diamètre of du collimateur correspondant au faisceau (f) et les données physiques associées, telles

que par exemple la profondeur de pénétration du faisceau au point Mp.

Ce facteur de dose quantifie la contribution du faisceau f dans la dose d'irradiation qui sera reçue par le point d'optimisation Mp. S'agissant d'un collimateur secondaire de diamètre nul (bouchon), le facteur de dose correspondant sera nul. Ce calcul des facteurs de dose est connu en soi et ne sera donc pas détaillé dans la présente. Pour plus d'informations sur le calcul de facteur de dose, on pourra se référer à la publication Phillips MII: Physical aspects of stereotactic radiosurgery.

New York, Plenum Publishing Corporation, 1993.

Ces facteurs de doses préalablement calculés pour chaque faisceau f et chaque point d'optimisation Mp seront sauvegardés dans une table de valeurs à laquelle il sera accédé automatiquement lors de l'étape de calcul de doses, ce qui permet d'éviter lors de la mise en oeuvre de l'organigramme de la figure 3 de devoir effectuer un calcul de

facteurs de doses qui est coûteux en temps de calcul.

Les étapes de l'organigramme de la figure 3 vont à présent être expliquées. L'organigramme de la figure 3 repose essentiellement sur un calcul itératif de doses Dp, selon une formule connue rappelée au bloc 8 de l'organigramme, et sur l'évaluation à chaque itération (n) de la valeur FC d'une fonction de coût FC selon la formule donnée dans le bloc 9 de l'organigramme. Dans cette formule, la variable m sera un entier positif

qui dans une variante préférée de réalisation avait été fixée à 2.

Initialement, on démarre d'une ou plusieurs configurations de casque initiales prédéterminées selon qu'il a été décidé d'un protocole monocible ou multicible. A cet effet, les variables TT, seront initialisées à une valeur initiale quelconque. Les diamètres óOf seront par exemple initialisés respectivement aux valeurs correspondant à la valeur la plus proche du diamètre des sphères trouvées lors de la détermination des points cibles. A chaque itération (n), on commence par modifier une des configurations de casque, soit en modifiant (étape 10a) le temps de traitement de l'un des tirs, soit en en modifiant (étape 1Ob) le diamètre 0jf d'un collimateur. De préférence, à chaque itération on réalise de manière alternée soit l'étape 10a soit l'étape 10b. Plus particulièrement l'étape 1 Oa sera réalisée en effectuant un tirage aléatoire du numéro de tirs i, et en affectant de manière aléatoire un nouveau temps de traitement à la variable TT, correspondante, par exemple par ajout ou suppression d'un temps élémentaire prédéterminé. De manière similaire, l'étape 10b sera réalisée en choisissant de manière aléatoire l'un des numéros de tirs i, en tirant de manière aléatoire un numéro de faisceaux f. et en affectant à la variable Ai,, un diamètre donné de collimateur dont la valeur est tirée de manière aléatoire parmi les différentes valeurs

possibles de diamètre de collimateur secondaire pouvant être utilisées.

Dans l'exemple précité d'appareil de radiochirurgie donné à titre indicatif, les valeurs de diamètre étaient O (bouchon), 4, 8, 14, ou 18mm. Une fois les étapes 10a ou 10Ob réalisées, dans une étape 11 on calcule la variation de la fonction de coût FC entre l'itération (n) et l'itération précédente (n-i), puis on applique deux tests successifs, à savoir respectivement dans un premier temps les étapes 12 à 14 et dans un

deuxième temps les étapes 15 à 16.

Dans les étapes 12 à 14, on applique un test, communément appelé test de Metropolis, sur la variation de fonction de coût AFC, en calculant une probabilité P(AFC) selon la formule donnée à l'étape 12 de

l'organigramme de la figure 3.

Le test de l'étape 13 consiste à comparer la probabilité P(AFC) calculée à l'étape 12 avec un chiffre compris entre O et 1 et tiré de manière aléatoire à chaque itération (n). Si la probabilité P(AFC) est inférieure à ce chiffre tiré aléatoirement, alors on saute directement au deuxième test dit test fin d'optimisation (étape 15), sans retenir la nouvelle configuration de l'itération (n) qui avait été modifiée par la mise en oeuvre des étapes 10a ou 10b. Au contraire si la probabilité P(AFC) est supérieure ou égale au chiffre tiré aléatoirement, on accepte la nouvelle configuration de casque de l'itération (n) des étapes 1 Oa ou 1 Ob et on passe ensuite à l'étape 15. Le test de Metropolis illustré par les étapes 12 et 13 permet ainsi principalement de déterminer si à une intération (n) donnée, on retient ou l'on ne retient pas la nouvelle configuration de casque qui a été déterminée de manière aléatoire à

l'étape 10a ou 10Ob.

Le deuxième test des étapes 1 5 et 16 consiste à appliquer un critère d'optimisation qui a pour but de déterminer automatiquement s'il est nécessaire de recommencer un nouveau calcul itératif de doses ou si il est au contraire possible d'arrêter le procédé d'optimisation. Dans un exemple précis de réalisation, l'étape 15 consiste à comparer la valeur FC" de la fonction de coût avec un seuil prédéterminé. Lorsque la valeur FC" est inférieure à ce seuil, le critère d'optimisation est satisfait, et on arrête le procédé de calcul itératif. Au contraire, lorsque la valeur FC" est supérieure au seuil prédéterminé, le critère d'optimisation n'est pas satisfait et on recommence une nouvelle itération (n + 1). Plus particulièrement, sachant que dans l'exemple particulier de la figure 3 on applique à la fonction de coût FC le test de Metropolis, préalablement à la nouvelle itération (n + 1), on vérifie automatiquement (étapes 17,18,19) si il est nécessaire préalablement de diminuer le paramètre de contrôle T du test de Metropolis, en multipliant ce paramètre T par exemple par un coefficient a strictement compris entre 0 et 1 et qui est de préférence fixé à 0,9. A cet effet on aura initialement fixé le nombre d'itérations correspondant à une plage d'itérations pendant laquelle le

paramètre T doit être maintenu constant.

Dans une autre variante de réalisation, il est également possible d'insérer une procédure de test supplémentaire (non représentée) entre les étapes 18 et 19 de l'organigramme de la figure 3 qui consiste à vérifier automatiquement si sur une plage donnée d'itérations, les différentesvaleurs successives FC" de fonction de coût qui ont été calculées ont diminué au moins une fois. Dans la négative, on a arrête automatiquement la procédure d'optimisation. Dans l'affirmative on poursuit la procédure en allant à l'étape 19, et en commencçant une

nouvelle itération.

Les configurations de casque optimales finalement retenues sont celles pour lesquelles la valeur de la fonction de coût FC aura été

minimale lors du calcul itératif.

Le procédé de l'invention dont un exemple préféré de réalisation vient d'être décrit en référence à la figure 3 peut avantageusement être mis en oeuvre de manière automatique au moyen de tout calculateur programmé de manière appropriée. En sortie, on récupère automatiquement une (protocole de tir monocible) ou plusieurs (protocole de tirs multicible) configurations de casque (temps de traitement TTJ/diamètre des collimateurs i.f, les diamètres de collimateurs d'un casque donné pouvant être différents et ayant été optimisés par calcul afin que la dose d'irradiation réelle délivrée ultérieurement en chaque point d'optimisation Mp soit la plus proche possible de la dose voulue DVP en chacun de ces points. Il en résulte que la géométrie tridimensionnelle de la dose d'irradiation qui sera délivrée est adaptée à la forme du volume cible, ce qui permet avantageusement de diminuer le nombre de tirs, comparativement par exemple à des protocoles de tir pour lesquels chaque casque d'un tir comporte des collimateurs de diamètres identiques. A partir de ces configurations de casque déterminées automatiquement par calcul, I'opérateur spécialisé peut ensuite dans une étape ultime ne faisant pas partie du procédé de l'invention, réaliser le traitement sur le patient en adaptant entre chaque tir, sur le casque de l'appareil de radiochirurgie, les collimateurs secondaires de diamètres appropriés. Eventuellement, cette mise en place des collimateurs sur le casque entre chaque tir pourra également être automatisée au moyen d'un robot piloté à partir des données Oif obtenues en sortie du procédé

de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de la ou des configurations d'un casque (5) de radiochirurgie stéréotaxique, sur lequel peut être adaptée une pluralité de collimateurs (Cf) focalisés sur un isocentre d'irradiation, chaque configuration de casque [temps de traitement (TT;) / diamètre (u,) de chaque collimateur (C,)] correspondant ultérieurement à un tir (i) centré sur un point cible prédéterminé d'un volume cible donné, caractérisé en ce qu'à partir: - de points d'optimisation (Mp) choisis par rapport au volume cible, - d'une dose d'irradiation (DVp)voulue en chaque point d'optimisation (MP), - et d'une (tir unique) ou plusieurs (série de tirs successifs) configurations de casque initiales prédéterminées, on optimise de manière automatique, par un calcul itératif de doses, la dose reçue (Dp) en chaque point d'optimisation (Md), en modifiant à chaque itération le temps de traitement (TT1) d'au moins un tir (i), et/ou le diamètre (0;) d'au moins un collimateur (Cf) d'au moins un tir (i), et en calculant à chaque itération une fonction de coût (FC) ayant pour variables les écarts entre la dose calculée (Dp) et la dose voulue (DVP) pour chaque point d'optimisation (Md), le calcul itératif de doses étant réalisé automatiquement jusqu'à ce que la fonction de coût (FC)

satisfasse un critère d'optimisation prédéterminé.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'à chaque nouvelle itération on modifie alternativement le temps de traitement (TT, ) d'un tir unique ou le diamètre (j,) d'un unique collimateur (CI) d'un tir

(i) unique.

3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le choix, à chaque itération, soit du tir (i) et du nouveau temps de traitement (TT; ) associé, soit du tir (i), du collimateur (Cf) et du diamètre (<,f) de

collimateur associés est réalisé par tirage aléatoire.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la

valeur de la fonction de coût (FC") à l'itération (n) est donnée par la formule suivante

P 1

FC=- p=K FCn= 1 p [ (DV,-D)] ml o Kp est un facteur de pondération, qui est affecté à chaque point d'optimisation Mp, P est le nombre de points d'optimisation Mp, et m est positif, et vaut de préférence 2.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'à

chaque itération (n), on applique le test de Metropolis à la variation de fonction de coût ( AFC = FCn - FC"') et: - si le test de Metropolis est favorable, on accepte les configurations de casque de l'itération n, puis on applique le critère d'optimisation et - si le critère d'optimisation n'est pas satisfait, on recommence une nouvelle itération (n + 1) à partir de la ou des configurations de casque de l'itération précédente (n-1) si le test de Metropolis est défavorable, ou à partir de la ou des nouvelles configurations de casque déterminées à

l'itération (n) si le test de Metropolis est favorable.

6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le paramètre de contrôle (T) utilisé dans le test de Metropolis est constant pendant un nombre d'itérations prédéterminé, appelé plage d'itérations, et en ce qu'a I'issue de chaque plage d'itération, on diminue le paramètre de contrôle

(T) utilisé dans le test de Metropolis.

7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la diminution du paramètre de contrôle (T) du test de Metropolis est calculée en multipliant (T) par un facteur (a) compris entre O et 1, et de préférence

égal à 0,9.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le

critère d'optimisation est satisfait lorsque la fonction de coût devient

inférieure à un seuil prédéterminé.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le

critère d'optimisation est satisfait lorsque la fonction de coût n'a pas

diminué sur une plage d'itérations.

10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la ou les configurations de casque finalement retenues sont celles pour lesquelles la valeur de la fonction de coût FC aura été minimale lors du calcul itératif.