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Construction des modèles radiobiologiques de type TCP (tumor control probability) et NTCP (normal tissue complication probability) : de la dose à la prédiction des effets cliniques - 25/03/20

Doi : 10.1016/j.canrad.2019.12.004 
A. Chaikh a, , b , J. Thariat a, b, c, S. Thureau a, d, T. Tessonnier c, E. Kammerer c, C. Fontbonne a, B. Dubray d, J. Balosso b, c, e, J.M. Fontbonne a
a Laboratoire de physique corpusculaire IN2P3/ENSICAEN – UMR6534, Unicaen, Normandie université, Caen, France 
b ARCHADE, Advanced Resource Center for HADrontherapy in Europe, Caen, France 
c Service de radiothérapie et physique médicale, centre François-Baclesse, Caen, France 
d Henri Becquerel Cancer Center & QuantIF-LITIS, Rouen, France 
e University Grenoble-Alpes et CHU Grenoble-Alpes, Grenoble, France 

Auteur correspondant.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le mercredi 25 mars 2020
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Résumé

La prescription de la dose en radiothérapie est actuellement basée sur des abaques qui ne prennent pas en compte la complexité de la relation patient/dose/effet. Leurs performances prédictives tant sur l’efficacité anti-tumorale que sur la toxicité peuvent être améliorées par l’utilisation de modèles radiobiologiques. C’est dans cette optique qu’ont été développés les modèles de calculs TCP (Tumor Control Probability) et NTCP (Normal Tissue Complication Probability). Leur construction comporte plusieurs étapes importantes utiles à comprendre. La première étape est basée sur les modèles radiobiologiques permettant de définir de manière plus ou moins complexe des taux de cellules survivantes après irradiation. Deux étapes supplémentaires sont nécessaires pour convertir la dose physique en dose biologique équivalente, notamment en dose biologique équivalente à 2Gy (EQD2) ; d’une part, pour prendre en compte l’effet du fractionnement de la dose, tant pour le volume cible que les organes à risque, et d’autre part, pour réaliser sa conversion en une dose uniforme qui permet de modéliser l’effet produit par une dose hétérogène sur un organe (dose uniforme équivalente généralisée (gEUD) de Niemierko). Enfin, les modèles radiobiologiques de prédiction des effets cliniques transforment les doses en probabilités de contrôle tumoral (TCP) ou de toxicité (NTCP) en recourant aux paramètres qui rendent compte des caractéristiques radiobiologiques des tissus en question. L’utilisation de ces modèles est encore limitée en pratique courante mais comme les logiciels de radiothérapie en propose l’utilisation, il est important d’en connaître les conditions d’application.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

In radiotherapy, the dose prescription is currently based on discretized dose-effects records that do not take into fully account for the complexity of the patient-dose-response relationship. Their predictive performance on both anti-tumour efficacy and toxicity can be optimized by integrating radiobiological models. It is with this in mind that the calculation models TCP (Tumor Control Probability) and NTCP (Normal Tissue Complication Probability) have been developed. Their construction involves several important steps that are necessary and important to understand. The first step is based on radiobiological models allowing to calculate according to more or less complexity the rate of surviving cells after irradiation. Two additional steps are required to convert the physical dose into an equivalent biological dose, in particular a 2Gy equivalent biological dose (EQD2): first to take into account the effect of the fractionation of the dose for both the target volume and the organs at risk; second to convert an heterogeneous dose to an organ into an homogeneous dose having the same effect (Niemierko generalized equivalent uniform dose (gEUD)). Finally, the process of predicting clinical effects based on radiobiological models transform doses into tumour control (TCP) or toxicity (NTCP) probabilities using parameters that reflect the radiobiological characteristics of the tissues in question. The use of these models in current practice is still limited, but since the radiotherapy softwares increasingly integrate them, it is important to know the principle and limits of application of these models.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Mots clés : Radiothérapie, Effets biologiques, Modèles biomathématiques, Linéaire quadratique, TCP, NTCP

Keywords : Radiotherapy, Biological effects, Bio-mathematical models, Linear quadratic, TCP, NTCP


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