Le fantôme d’eau optimisé dote les systèmes de radiothérapie en forme d’anneau d’une mise en service rationalisée

Après 30 ans de monopole dans le domaine de la radiothérapie, les systèmes à rayons X sur arceau conventionnels sont désormais rejoints par des dispositifs à tunnel ressemblant plus à un tomodensitomètre ou à un dispositif d’IRM. Initialement poussés par l’émergence de la radiothérapie guidée par résonance magnétique, qui ne peut être réalisée qu’à l’aide de dispositifs en forme d’anneau, les systèmes de radiothérapie guidés par imagerie ont rencontré un succès en clinique, grâce à leur rapidité et leur simplicité et car ils améliorent le confort du patient. Les premiers utilisateurs du système Halcyon de Varian rapportent même une baisse de 70 % de consommation d’énergie par rapport à la précédente installation du fournisseur du dispositif de radiothérapie plus traditionnel TrueBeam.

Cependant, la géométrie plus limitée d’un dispositif en forme d’anneau demande une approche différente pour l’assurance qualité. C’est le cas, par exemple, pour le fantôme d’eau qui est utilisé par les physiciens médicaux pour enregistrer précisément la dosimétrie lors de la mise en service d’un nouveau système de radiothérapie, ou lors des contrôles périodiques du profil du faisceau d’irradiation au cours de la durée de vie du dispositif. Thierry Mertens, responsable du développement commercial pour la santé chez LAP, une entreprise spécialisée dans les systèmes de laser et d’AQ en radiothérapie, commente : « Les physiciens médicaux veulent une AQ indépendante et des outils de vérification pour confirmer le bon fonctionnement de leur système de radiothérapie ». « Un fantôme d’eau apporte des données précises sur le faisceau et des visualisations des modèles de faisceau, servant à vérifier si le système administre la bonne dose au patient ».

Bien que les fantômes d’eau initialement conçus pour des accélérateurs linéaires conventionnels peuvent être utilisés pour des systèmes en forme d’anneau, Thierry Mertens indique que leur taille et leur poids importants compliquent inutilement le flux de travail des mesures. Par exemple, des précautions supplémentaires doivent être prises pour s’assurer que le fantôme n’entre pas en collision avec les côtés du dispositif lorsqu’il se déplace dans l’ouverture, et des corrections additionnelles doivent être réalisées pour compenser le poids du réservoir d’eau sur le lit.

En revanche, le THALES 3D SCANNER est conçu dès le départ pour la validation des dispositifs à tunnel, tels que le dispositif Halcyon, ainsi que le nouveau système de radiothérapie adaptative par intelligence artificielle Ethos de Varian. Le flux de travail du physicien médical est ainsi amélioré : le système compact fonctionne sans faille avec les plus petits volumes 3D de ces dispositifs, avec des plaques de guidage supplémentaires pour permettre l’incorporation de différents types de détecteurs au dispositif. Le fantôme motorisé offre une installation automatisée en moins de 15 minutes, ainsi que des séquences de mesures prédéfinies pour aider l’équipe de physiciens médicaux à compléter leurs tests de routine plus rapidement. Un logiciel dédié est également fourni pour collecter et analyser les données, avec une mise à jour périodique du programme visant à améliorer la fonctionnalité en fonction des retours des clients.

Thierry Gevaert, professeur à l’université libre d’Amsterdam et coordinateur du département de radiothérapie de l’UZ Brussel (UZB), commente : « LAP a soigneusement étudié la conception du dispositif pour le rendre aussi simple à utiliser que possible ». « Nous utilisons un fantôme d’eau plusieurs fois par an, et ce système nous évite d’avoir à réapprendre le processus de mesure à chaque fois. Beaucoup de ces étapes sont automatisées, ainsi nous ne perdons pas de temps à trouver le bon positionnement de la chambre avant de commencer les mesures ».

Le THALES 3D SCANNER est la deuxième version du fantôme d’eau de l’entreprise, la première version étant conçue spécifiquement pour la mise en service et le test d’accélérateurs linéaires à résonance magnétique de nouvelle génération, tels que le système guidé par résonance magnétique MRIdian de ViewRay. Commercialisé en 2021, le THALES 3D MR SCANNER est entièrement conforme aux exigences strictes des accélérateurs linéaires à résonance magnétique, et tous les composants du système sont fabriqués à partir de matériaux non ferromagnétiques qui sont certifiés pour une utilisation dans le champ magnétique de 0,35 T d’un appareil d’IRM. Thierry Mertens ajoute que : « Le THALES 3D MR SCANNER apporte une vérification de la précision de la dose de qualité supérieure pour les systèmes de radiothérapie guidés par résonance magnétique ». « Il convient parfaitement pour la mise en service du modèle à faisceau du système MRIdian ».

Le THALES 3D MR SCANNER est déjà utilisé par plusieurs centres de radiothérapie à travers le monde pour permettre la mise en service et l’acceptation du système MRIdian. À l’UZB, par exemple, l’équipe de physiciens médicaux n’avait que cinq semaines pour compléter leurs protocoles de mise en service et d’acceptation, ainsi qu’une AQ spécifique au dispositif et au patient, avant que le dispositif ne soit déployé dans la clinique de radio-oncologie. Thierry Gavaert ajoute : « Avec seulement un jour et demi de formation, nous avons pu installer le fantôme et réaliser toutes les mesures nous-mêmes ». « Le logiciel est très intuitif, et nous avons pu collecter toutes les données nécessaires en une semaine ».

Lorsqu’ASZ Aalst, le centre satellite d’UZB, a acquis un dispositif Halcyon, Thierry Gavaert avait hâte de voir si le THALES 3D MR SCANNER pouvait être utilisé pour vérifier les paramètres de faisceau donnés par le fournisseur. Thierry Gevaert souligne que : « Comme il n’est pas utilisé très souvent, un fantôme d’eau représente un gros investissement pour un seul dispositif ». « Nous voulions voir si nous pouvions transférer notre version à résonance magnétique du système THALES au Halcyon, car les deux dispositifs possèdent la même géométrie ».

Les dispositifs MRIdian de Viewray et Halcyon de Varian sont prêts à l’utilisation, avec toutes les données du faisceau déjà chargées dans le système de planification, mais Thierry Gevaert indique qu’il est tout de même important que les physiciens médicaux vérifient l’exactitude des données. Il ajoute : « Nous voulions utiliser un fantôme d’eau pour le dispositif Halcyon car nous pensons qu’il s’agit de la solution idéale pour obtenir et remesurer des données de faisceau ».

En collaboration avec des ingénieurs de LAP, Thierry Gevaert a constaté qu’il était facile de configurer la version à résonance magnétique du fantôme pour qu’il fonctionne avec le dispositif Halcyon guidé par imagerie. Un seul nouvel ajustement a été nécessaire pour mettre à niveau le dispositif, car le poids de l’eau enfonçait le fantôme lorsqu’il était placé sur le lit. Thierry Gevaert ajoute : « Nous étions parmi les premiers à utiliser la version à résonance magnétique du dispositif Halcyon, nous avons donc dû vérifier si les mesures étaient toujours précises ». « Nous avons constaté une bonne concordance avec les données que la société nous a fournies ».

Le nouveau THALES 3D SCANNER offre les mêmes fonctionnalités et performances que le dispositif à résonance magnétique, la seule différence majeure étant que les capacités spécifiques à la résonance magnétiques ont été supprimées pour offrir une solution plus abordable pour les centres de soins qui envisagent d’installer un ou plusieurs dispositifs à tunnel guidés par imagerie. Varian certifie que le fantôme est entièrement compatible avec les dispositifs Halcyon et Ethos, et que le dispositif partage les mêmes autorisations réglementaires que la version originale compatible avec la résonance magnétique, aux États-Unis et en Europe.

Les deux versions du fantôme s’accompagnent d’une visite de maintenance annuelle, d’un programme en cours de mises à jour du matériel et des logiciels, et d’une garantie pluriannuelle modulable. « Nous savons que nous sommes les petits nouveaux. Notre conception moderne du fantôme a été façonnée par des physiciens médicaux, et nous continuons d’incorporer leurs retours dans notre programme de mise à jour » indique Thierry Mertens. « Nous allons continuer à améliorer le produit à travers de nouvelles capacités compatibles avec le logiciel ».

Par exemple, Thierry Gevaert travaille actuellement avec LAP sur une nouvelle fonctionnalité qui permettra de comparer les nouvelles dosimétries à des mesures antérieures ou à un jeu de données de référence. Il ajoute : « Cela nous permettra de comparer directement des mesures prises à différents moments ». « Dans l’idéal, nous voulons que tout soit intégré dans un seul logiciel pour ne pas devoir exporter les données vers un autre outil ».

Thierry Mertens et ses collègues à LAP évaluent également le fantôme d’eau THALES pour d’autres accélérateurs à tunnel, tels que le système guidé par résonance magnétique Unity de Elekta, et le système Radixact de Accuracy. « L’opinion d’un utilisateur clinique en radiothérapie est essentielle pour recueillir nos critères et pour comprendre comment le dispositif est utilisé dans un contexte clinique », ajoute Thierry Mertens.

À noter que LAP et THALES sont des marques déposées de LAP. Les désignations d’autres entreprises et produits ne sont utilisées que pour décrire l’application de nos produits.

The THALES 3D SCANNER is the second iteration of the company’s water phantom, with the first version designed specifically for commissioning and testing a new generation of MR-guided linacs such as the MRIdian MR-guided system from ViewRay. Released in 2021, the THALES 3D MR SCANNER is fully compliant with the challenging requirements of the MR-linac environment, with all system components made from non-ferromagnetic materials that have been certified for use within the MRI scanner’s 0.35 T magnetic field. “The THALES 3D MR SCANNER provides a golden-standard dose accuracy check for MR-guided radiotherapy systems,” comments Mertens. “It is a perfect fit for commissioning the beam model of the MRIdian system.”

The THALES 3D MR SCANNER has already been used by several radiotherapy centres around the world to support the commissioning and acceptance of the MRIdian system. At UZB, for example, the medical physics team were given just five weeks to complete their commissioning and acceptance protocols, as well as machine and patient-specific QA, before the machine was deployed in the radiation oncology clinic. “With only a day and a half of training, we were able to set up the phantom and take all the measurements by ourselves,” comments Gevaert. “The software is very intuitive, and we were able to collect all the necessary data within a week.”

When UZB’s satellite centre, ASZ Aalst, acquired a Halcyon machine, Gevaert was keen to see whether the THALES 3D MR SCANNER could be used to check the beam parameters that had been provided by the vendor. Because it’s not used very often, a water phantoms is a big investment for just one machine,” Gevaert points out. “We wanted to see whether we could translate our MR version of the THALES system to the Halcyon, since both machines have the same geometry.”

Both Viewray’s MRidian and Varian’s Halcyon come pre-commissioned, with all the beam data already loaded into the planning system, but Gevaert says that it is still important for medical physicists to verify that the data is correct. “We wanted to use a water phantom for the Halcyon as we believe it is the golden standard for acquiring and remeasuring beam data,” he comments.

Working with the engineers from LAP, Gevaert found that it was straightforward to set up the MR version of the phantom to work with the image-guided Halcyon. Just one new adjustment was needed to level up the device, since otherwise the weight of the water caused the phantom to sag when it was positioned on the couch. “We were one of the first to use the MR version with the Halcyon, so we needed to check that the measurements would still be accurate,” said Gevaert. “We found a good agreement with the data we received from the company.”

Meanwhile, the newly released THALES 3D SCANNER offers all the same functionality and performance as the MR-enabled device, with the only major difference being that the MR-specific capabilities have been stripped out to produce a more affordable solution for treatment centres that plan to install one or more image-guided bore-type machines. Varian has certified the phantom to be fully compatible with both its Halcyon and Ethos machines, and the device shares the same regulatory approvals in the US and Europe as the original MR-compatible version.

Both iterations of the phantom come with an annual maintenance visit, an ongoing programme of software and hardware updates, and a configurable multi-year warranty. “We know we are the new kids on the block. Our modern phantom design has been shaped by clinical physicists and we continue to incorporate their feedback to inform our upgrade programme,” says Mertens. “We will continue to improve the product through new software-enabled capabilities.”

As an example, Gevaert is currently working with LAP on new functionality that will make it possible to benchmark new dosimetry measurements against previous readings or a reference dataset. “That will enable us to directly compare measurements taken at different times,” he said. “Ideally we want to have everything built into one piece of software to avoid the need to export the data into another tool.”

Mertens and his colleagues at LAP are also evaluating the THALES water phantom for other bore-type accelerators such as Elekta’s MR-guided Unity and Accuray’s Radixact systems. “The voice of the clinical radiotherapy user is fundamental to our requirements-gathering and for understanding how the machine is being used in a clinical context,” Mertens adds.