Université de Toronto et Fujitsu développent une nouvelle technologie pour rationaliser les plans de radiothérapie

Fujitsu Laboratories, Ltd., en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Toronto (U of T), a annoncé aujourd’hui le développement d’une technologie pour rationaliser considérablement la création de plans de radiothérapie pour la radiochirurgie Gamma Knife, en tirant parti de la technologie informatique d’inspiration quantique de Fujitsu, le Digital Annealer, qui résout rapidement les problèmes d’optimisation combinatoire.

Les radiothérapies Gamma Knife sont utilisées pour traiter des maladies telles que les tumeurs cérébrales et les malformations artério-veineuses. Le processus de création de plans de traitement à l’aide de méthodes conventionnelles est souvent laborieux et prend du temps, et les médecins doivent passer du temps à faire des ajustements minutieux et détaillés pour déterminer la quantité de rayonnement à administrer à une cible tout en minimisant la dose aux tissus environnants.

Avec la technologie nouvellement développée, cependant, les professionnels de la santé peuvent créer des plans de traitement en environ une minute, en maintenant le même niveau de précision que les méthodes conventionnelles, tout en calculant simultanément un grand nombre de modèles de combinaison possibles de l’endroit et de la quantité de dose à administrer avec le Digital Annealer.

En allégeant le fardeau des professionnels de la santé dans la création de plans de traitement rapides et précis, la nouvelle technologie leur permet de consacrer plus de temps et d’énergie pour s’assurer que les patients reçoivent les soins les plus efficaces et les plus humains possible. À l’avenir, les laboratoires Fujitsu et les chercheurs de l’U of T continueront de tester l’efficacité de cette technologie sur la base de données supplémentaires sur les patients et, à terme, développeront des technologies qui contribuent activement à l’amélioration de la science médicale et de la société en général.

Fond

La chirurgie au couteau gamma est utilisée pour traiter les tumeurs cérébrales et d’autres affections en raison de sa relative non invasion et de sa méthode très précise de délivrance de rayonnement. En utilisant 192 sources différentes de rayonnement gamma visant différents points, la dose à la zone touchée peut être maximisée tandis que la dose aux organes sains environnants est maintenue très faible.

Des paramètres tels que la position, la forme et la dose de rayonnement doivent être pris en compte pour obtenir un dosage optimal dans la zone touchée. Cependant, le nombre de modèles de combinaison potentiels est énorme et, dans la pratique médicale actuelle, les médecins génèrent des plans de traitement en répétant manuellement les ajustements de paramètres en fonction de leur expérience antérieure. Ce processus peut prendre environ 1,5 à 3 heures pour générer un plan qui répond aux besoins individuels du patient, ce qui impose un lourd fardeau aux professionnels de la santé.

Pendant que le médecin prépare le plan de traitement, le patient peut également avoir besoin d’attendre, souvent avec un cadre fixé à sa tête pour limiter les mouvements, ce qui peut causer une gêne physique. Il est également nécessaire de sécuriser le personnel médical pour aider à préparer les patients au traitement et s’assurer que le cadre reste en place.

Ces dernières années ont vu l’émergence de nouveaux outils pour faciliter ce processus – par exemple, un logiciel qui automatise la génération de plans de traitement. Sur le terrain, cependant, il reste souvent que le plan généré oblige encore les cliniciens à modifier et ajuster manuellement les plans.

Depuis 2017, Fujitsu et U of T collaborent dans un partenariat stratégique centré sur la recherche relative à l’informatique quantique. Avec cette dernière initiative, les parties ont collaboré au développement d’une technologie pour aider à appliquer l’utilisation du Digital Annealer pour la génération de plans de traitement pour les thérapies Gamma Knife. Des chercheurs de l’Université de Toronto et de ses institutions médicales ont étudié et développé des méthodes pour traduire l’optimisation Gamma Knife en optimisation combinatoire, un format compréhensible par la technologie Digital Annealer développée par Fujitsu.

À propos de la technologie nouvellement développée

Les chercheurs de l’U of T, grâce à leurs méthodes et à l’utilisation de la technologie Digital Annealer de Fujitsu, ont développé la technologie suivante pour générer des plans de traitement à grande vitesse tout en conservant la même précision que les plans de traitement créés par des médecins expérimentés.

1. En utilisant les propriétés physiques du corps humain (profil de dose), la forme du tir pendant l’irradiation gamma est modélisée.

Dans le passé, les tirs (zone concentrée de rayons gamma) formés par plusieurs rayons gamma étaient supposés être parfaitement sphériques pendant le processus de détermination de la position de tir. Cependant, il a été constaté que la sphère n’est pas nécessairement parfaite en raison de l’influence de l’humidité dans le corps humain. La technologie nouvellement développée détermine la position des plans en utilisant des formes de plans reflétant les caractéristiques physiques des rayons gamma dans le corps humain. Cela peut contribuer à la génération de plans de traitement plus précis.

2. Optimisation des paramètres de rayonnement à l’aide du Digital Annealer

Dans le passé, pendant le processus de détermination de la position du tir, plusieurs positions de rayonnement gamma (position du tir) étaient déterminées séquentiellement; la position du premier coup a été déterminée et la position du second coup a été déterminée par la suite afin d’inclure autant que possible la partie restante du tissu affecté. Cependant, cela peut ne pas aboutir au nombre optimal de prises de vue ou de positions.

En revanche, le Digital Annealer permet aux utilisateurs de rechercher les positions de tous les plans simultanément au début, ce qui se traduit par un plan de traitement global optimisé plus précis. Il est également possible d’obtenir une solution optimisée pour les paramètres de la forme du rayonnement, permettant la génération rapide d’un plan de traitement qui optimise le dosage pour chaque patient.

Dans une étude portant sur 49 cas de tumeurs du nerf auditif, les chercheurs de l’U de T ont comparé la technologie nouvellement développée à la méthode conventionnelle. En se référant à un indice de précision de la délivrance du rayonnement, il a été constaté que la technologie développée était aussi précise que la planification manuelle. De plus, alors qu’il fallait entre 1,5 et 3 heures pour générer manuellement un plan, il était possible de le réduire à environ 2 minutes avec la technologie nouvellement développée.

En soutenant la génération de plans avec la technologie nouvellement développée, le temps requis pour le traitement Gamma Knife, ainsi que la charge sur les patients et les professionnels de la santé peuvent être considérablement réduits. On peut également s’attendre à une réduction des coûts de personnel des hôpitaux.

Plans futurs

À l’avenir, les laboratoires Fujitsu et les chercheurs de l’U of T continueront de vérifier l’efficacité de cette technologie en se basant sur les données d’un plus grand nombre de patients, et continueront de développer des technologies qui offrent le potentiel de contribuer à la science médicale et à la société en général. Les futurs projets potentiels comprennent le raccourcissement du temps requis pour les processus de traitement Gamma Knife eux-mêmes plutôt que les plans de traitement, ou l’application de cette technologie à d’autres méthodes de radiothérapie.