Le PSI s’attaque aux tumeurs

Comment les rayonnements ionisants agissent-ils en fait sur le corps? Si une particule ionisante (par exemple un photon ou un proton) traverse une cellule ou s'y arrête, elle émet de l'énergie. Cette énergie absorbée, appelée aussi dose de rayonnement, endommage le noyau de la cellule. Une cellule peut toutefois réparer ce dommage. Le défi qui est posé à la radiothérapie est donc le suivant: il s'agit de mesurer la dose de manière telle que les cellules tumorales meurent dans leur intégralité mais que les cellules saines environnantes ne subissent qu'un dommage minime et puissent redevenir complètement saines. Deux méthodes de traitement sont utilisées en radiothérapie: les rayonnements X et/ou gamma (photonthérapie), et les rayonnements de particules (par exemple la protonthérapie). Si la photonthérapie est une technique éprouvée, le traitement avec des protons présente toutefois des possibilités d'amélioration très prometteuses.

Les avantages des protons

L'aspect important en matière de radiothérapie est de positionner la dose avec une grande précision de manière à préserver le tissu sain. Les protons présentent l'avantage de ne rejeter que peu d'énergie lorsqu'ils traversent les cellules proches de la peau, mais d'émettre la dose d'irradiation maximale (pic de Bragg/spot) lorsqu'ils s'arrêtent sur leur objectif cible. Il en va autrement avec la photonthérapie: en cas de rayonnements X ou gamma, la dose est maximale dès sa pénétration dans le corps puis diminue avec la profondeur, si bien que lors du traitement de tumeurs profondes, les tissus sains sont inutilement endommagés. La précision de la profondeur de pénétration que permet l'irradiation avec des protons constitue ainsi un élément positif décisif.

Radiothérapie au PSI

Le PSI exploite actuellement deux équipements de radiothérapie: OPTIS et Gantry. OPTIS est une installation pionnière en Europe de traitement de tumeurs de l'œil, et avec Gantry, le PSI a réalisé la technique dite du «spot scanning» (mode de dépôt de la dose), qui détruit de manière ciblée les tumeurs situées en profondeur. L'accélérateur de particules COMET, un cyclotron compact, fournit les protons nécessaires. Depuis l'accélérateur, les particules traversent un canal de protons jusqu'aux salles de traitement.

Spot scanning avec Gantry

Arrivé dans la salle de thérapie de Gantry, le patient s'étend sur une table pendant que l'installation, d'un poids de 100 tonnes, tourne sur elle-même autour de son axe central et irradie les tumeurs sous divers angles. Les protons pénètrent dans le corps par un faisceau-crayon d'une largeur de 5 à 7 mm, ils sont freinés et déposent leur dose maximale au point où ils s'arrêtent (spot). La profondeur de pénétration des protons dépend notamment de leur énergie. Cette énergie est modulée directement du côté de la source par l'accélérateur de particules COMET; d'autre part, des plaques en matière plastique placées dans la tête isocentrique d'irradiation se glissent dans le faisceau de protons et permettent ainsi un ciblage dynamique précis. Afin de pouvoir irradier également par un faisceau-crayon de grosses tumeurs, le PSI utilise la technique appelée «spot scanning», un propre développement du PSI et une nouveauté mondiale. Les spots de haute dose explorent la tumeur en trois dimensions (scanning). Plus de 9000 spots irradient le volume d'un litre en moins de quatre minutes.

Sûreté de l'installation

La tête d'irradiation permet de surveiller la dose et la position de chacun des milliers de spots. Si les valeurs se situent en dehors du seuil de tolérance, le faisceau de protons est stoppé en quelques fractions de milliseconde. Des simulations sur ordinateur et des mesures de contrôle de la dose sur des fantômes dosimétriques garantissent que la répartition de la dose dans la tumeur correspond à celle qui était prévue. Un essai réalisé avant le traitement permet de contrôler individuellement chaque planning d'irradiation.

Gantry 2

L'installation Gantry actuelle permet de traiter avec de bons résultats des tumeurs qui ne sont pas en mouvement, par exemple dans le cerveau, près de la moelle épinière ou dans le bassin. Si par contre une tumeur est située à proximité des poumons, les spots ne peuvent pas être placés avec précision du fait du mouvement des poumons. Le PSI espère pouvoir surmonter cet obstacle avec Gantry 2, la nouvelle machine Gantry de la deuxième génération. Une irradiation simultanée avec des rayons X pendant l'irradiation avec un faisceau de protons, ainsi qu'un balayage extrêmement rapide par faisceau, devraient permettre de traiter à l'avenir des tumeurs en léger mouvement (cancer du sein par exemple) et aussi des tumeurs en grand mouvement (poumons).

Le montage du positionnement du faisceau est achevé, et les travaux expérimentaux avec Gantry 2 peuvent commencer. L'équipe de radiothérapie du PSI pense pouvoir lancer de premières irradiations simples vers fin 2009, mais d'autres travaux de développement sont nécessaires pour le traitement de tumeurs en mouvement.