FR3091348A1

FR3091348A1 - Méthode de prédiction du risque de récidive après un traitement d’une tumeur par rayonnement

Info

Publication number: FR3091348A1
Application number: FR1874251A
Authority: FR
Inventors: Baudouin DENIS de SENNEVILLE; Arnaud HOCQUELET; Hervé TRILLAUD
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux; Universite de Bordeaux; Institut Polytechnique de Bordeaux
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux; Universite de Bordeaux; Institut Polytechnique de Bordeaux
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-03
Also published as: US20220067931A1; WO2020144034A1; EP3903280A1

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

Titre de l'invention : Méthode de prédiction du risque de récidive après un traitement d’une tumeur par rayonnement Domaine technique de l’invention

[0001] La présente invention concerne le domaine du traitement d’une tumeur par rayonnement.

[0002] Plus précisément, l’invention concerne une méthode 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 posttraitement réelles.

[0005] La méthode selon l’invention peut être également appliquée pendant le traitement, comme 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 (« RP ») 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 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 œuvre 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 in4 suffisamment 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 la et 1b 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 la la surface exposée de la tumeur est faible alors que dans le cas 1b 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 1b.

[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 ofHCC 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 simple d’utilisation, tout en améliorant la précision de prédiction.

Exposé 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 permet également 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.

[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 sousétape 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 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.l]

Les figures la et 1b 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 la et la 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.

[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 Ixlxl 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 œuvre 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 avec tous les voxels non traités, on parcourt uniquement les 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. De manière usuelle, la quantification du grade d’agressivité d’une tumeur s’effectue également à l’aide d’une biopsie.

[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 le volume, le centre de gravité, les 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 immédiate apte à aider un praticien dans sa décision de compléter le premier traitement par un second traitement, 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 décider de compléter par un second traitement juste après le premier traitement afin d’éviter un risque évident de récidive, et peut profiter de la même session thérapeutique alors que le patient est encore sous anesthésie générale.

[0094] La méthode selon l’invention peut ainsi permettre de réduire le risque de récidive.

[0095] La méthode selon l’invention peut par exemple être mise en œuvre 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 pour guider la stratégie d’intervention, et notamment 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 comprend :

- 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 comprend 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.

[0110] 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 égale à la marge de sécurité optimale (définie par exemple à quelques millimètres).

[0111] 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.

[0112] 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.

[0113] Phase de planification postopératoire.

[0114] Après un traitement, une phase d’évaluation du traitement est réalisée, typiquement en acquérant des images de la zone tumorale post-traitement.

[0115] La méthode selon l’invention peut intervenir comme aide à la décision de compléter ou non le premier traitement par un second traitement, 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 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 comprend :

- 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.

[0117] 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.

[0118] 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.

[0119] 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 comprend en outre :

[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 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 comprend en outre :

- une étape ultérieure de planification d’un second traitement afin de traiter les zones identifiées comme insuffisamment traitées.

[0125] Dans cette étape ultérieure, le praticien décide de procéder à un second traitement après le premier traitement afin d’éviter un risque de récidive. Il peut profiter de la même session thérapeutique alors que le patient est encore sous anesthésie générale et réaliser le second traitement juste après le premier traitement.

[0126] La méthode selon l’invention peut également être mise en œuvre en phase peropératoire, comme aide à la décision pour le praticien opérant. Dans ce cas, les étapes de la méthode sont équivalentes à celles mises en œuvre 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 œuvre de diverses manières par matériel (« hardware »), logiciel (« software »), ou une combinaison d’éléments matériels et de logiciels.

La méthode selon l’invention peut être appliquée pour le 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 dé- terminées 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 11] 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 11, 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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