Predictive models of toxicity in intensity modulated radiotherapy
Modèles prédictifs de toxicité en radiothérapie par modulation d’intensité
Résumé
This thesis is focused on the predictive models of irradiation induced toxicities in intensity modulated radiotherapy. Six different NTCP models were implemented and their parameters were identified at predicting late rectal and bladder toxicities in prostate cancer. Their predictive skills have been demonstrated on both organs. Second, LKB model was used to predict the irradiation induced acute esophagitis after nun-small-cell lung cancer. Then, the benefit of using EUD in prostate cancer IMRT inverse planning was evaluated. The evaluation of the proposed approach proved that the use of EUD significantly decreased both the dose in the bladder and rectum walls. Then, the incorporation of different biological models in IMRT optimization process has been realized. Objective functions were established for different biological factors like NTCP, EUD and TCP. Obtained results show the superiority of the optimization based on biological factors over the optimization relying only on physical factors. Finally, classical NTCP models were corrected to deal with another radiobiological parameter, the α/β ratio. With this additional factor, NTCP models can be extended to predict toxicity for patients with different dose fractionation, these kinds of treatments being more and more clinically used.
Ce travail de thèse est centré sur l'établissement de modèles prédictifs de toxicité radio-induite et sur l’étude de leur intérêt en cas de radiothérapie par modulation d’intensité. Six modèles NTCP ont été implémentés et leur paramètres identifiés pour la prédiction des toxicités rectale et vésicale tardives dans le cancer de la prostate. Leur capacité prédictive a été démontrée pour les deux organes. Par ailleurs, le modèle LKB a été utilisé pour la prédiction de l’œsophagite aiguë en cas de radiothérapie du cancer bronchique non à petites cellules. Ensuite, le bénéfice tiré de l’incorporation du paramètre de dose équivalent uniforme (EUD) pour la planification inverse de la radiothérapie par modulation d’intensité (IMRT) a été évalué. L’évaluation de cette approche a montré une baisse significative de la dose dans les parois vésicale et rectale. L’incorporation de plusieurs modèles biologiques dans le processus d’optimisation de l’IMRT a aussi été réalisée. Des fonctions objectif ont été établies pour les différents facteurs biologiques comme le NTCP, l’EUD et le TCP. Les résultats dosimétriques obtenus montrent la supériorité de l’optimisation basée sur des facteurs biologiques sur celle reposant uniquement sur des facteurs physiques. Enfin, les modèles NTCP classiques ont été améliorés en intégrant un paramètre radiobiologique supplémentaire, le rapport α/β. Ce rapport α/β a été identifié pour différents types de toxicité. Avec ce nouveau paramètre, les modèles NTCP peuvent finalement être étendus à des patients traités suivant différents fractionnements, les traitements hypofractionnés étant de plus en plus utilisés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)