Mise au pointPlanification de traitement robuste en protonthérapieRobust treatment planning in proton therapy

RésuméLa concentration de la dose en fin de parcours des protons, le « pic de Bragg », offre un grand potentiel d'amélioration des radiothérapies externes. Malheureusement, la force principale des protons, leur parcours fini, est aussi leur plus grande faiblesse. Toute incertitude sur ce parcours peut entraîner une couverture inadéquate de la cible et/ou une toxicité inacceptable. Les sources d'erreur sont extrêmement variées et incluent entre autres celles de visée, des modifications morphologiques ou encore des évaluations imparfaites des grandeurs physiques permettant de prédire la profondeur de parcours. Les incertitudes ne sont pas apparues avec la protonthérapie mais font partie du quotidien depuis longtemps en radiothérapie classique par rayons X. Cependant, les distributions de dose délivrées par rayons X sont nettement moins sensibles aux incertitudes que celles obtenues par protons. Cette relative insensibilité des rayons X a permis de gérer avec succès les incertitudes via des marges calculées selon un formalisme simple. Les conditions d'applicabilité de ce formalisme pour les protons sont nettement plus restrictives, ce qui entraîne le besoin de développer de nouveaux outils et des stratégies adaptées pour prendre en charge correctement ces incertitudes. L'objectif de cette publication est de présenter une vision pour la prise en charge des incertitudes en protonthérapie dans la continuité des formalismes établis pour les rayons X. Ces derniers sont donc d'abord présentés succinctement avant de discuter des développements nécessaires en vue de les appliquer de manière cohérente aux protons.

The concentration of the dose delivered by protons at the end of their path, the Bragg peak, has the potential to improve external radiotherapy treatments. Unfortunately, the main strength of the protons, their finite range, is also their greatest weakness. Any uncertainty on the range may lead to inadequate target coverage or excessive toxicity. The uncertainties have multiple origins and include, among others, ballistic errors, morphological modifications or inaccurate estimations of the physical quantities necessary to predict the proton range. Uncertainties have been part of daily practice in conventional radiotherapy with X-rays for a long time. However, dose distributions delivered with X-rays are much less sensitive to uncertainties than the ones delivered with protons. This relative insensitivity enabled the management of uncertainties through safety margins using a simple formalism. The conditions of validity of this formalism are much more restrictive for proton therapy, leading to the need of developing new tools and adapted strategies to manage accurately these uncertainties. The objective of this paper is to present a vision for the management of uncertainties in proton therapy in the continuity of formalisms established for X-rays. The latter are first summarized before discussing the necessary developments in order to consistently apply them to protons.