PROTONTHÉRAPIE

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C'est en 1904 que l'Anglais William H. Bragg décrit l'absorption originale dans la matière des rayonnements alpha (particules d'hélium), émis par le radium. En 1946, le physicien américain Robert R. Wilson signale que cette propriété, partagée par des rayonnements d'hydrogène ionisé positivement (protons), pourrait être exploitée dans le traitement radiothérapique des tumeurs. Suivant les premières applications cliniques menées par des neurochirurgiens à Uppsala (Suède) et à Boston (États-Unis), des études détaillées de radiothérapie par protons ont été conduites dans des tumeurs de l'œil à partir de 1975 et dans certaines variétés de tumeurs proches du système nerveux central depuis les années 1980. En dépit de la technologie très lourde qu'elle requiert, cette forme de traitement a connu des développements relativement rapides, car elle porte au plus haut point les exigences de précision balistique qui s'attachent à la radiothérapie moderne : l'impact du rayonnement administré peut être ajusté au millimètre près.

Un faisceau de protons accélérés ne cède l'essentiel de son énergie au milieu environnant qu'en fin de parcours, ce qui correspond à leur ralentissement final. Ce phénomène est responsable du pic très étroit de dose absorbée en profondeur qui caractérise la « courbe de Bragg ». Cette distribution de dose est totalement différente de celle des rayons X employés en radiothérapie « classique » qui affecte la totalité du parcours suivi par l'irradiation, avec une atténuation progressive et exponentielle du faisceau. En revanche, le mode d'interaction avec les atomes du milieu est proche pour les protons et les rayons X, et procède essentiellement par ionisations.

Des protons d'une énergie de 150 à 250 millions d'électronvolts (MeV) sont nécessaires pour couvrir l'ensemble des applications cliniques de la protonthérapie. Ils correspondent à des profondeurs de parcours dans l'eau de 15 à 35 centimètres. Les machines les plus adaptées à leur production sont les grands accélérateurs de types cyclotron (quelques dizaines de MeV) et synchrocyclotron (plusieurs centaines de MeV).

De telles machines n'étaient employées jusqu'à présent que pour la recherche sur la physique des particules et sont désormais accessibles à des programmes médicaux limités.

Le faisceau utilisable en radiothérapie nécessite de multiples modifications qui permettent de s'adapter à la taille et à la profondeur variable des tumeurs. L'une d'entre elles consiste à étaler le pic initial étroit en une sorte de plateau, permettant ainsi de traiter des tumeurs de plusieurs centimètres d'épaisseur. Pour y parvenir, on interpose dans le faisceau un absorbeur à secteurs rotatifs d'épaisseur variable dont chaque « marche » correspond à un pic séparé.

Le plan de traitement est fondé sur une simulation informatisée en trois dimensions, pouvant faire appel aux données de la scanographie et, éventuellement, de l'I.R.M. Enfin, un positionnement millimétrique du patient est réalisé à chaque séance d'irradiation par l'utilisation de moules personnalisés de contention.

Pour l'essentiel, les applications cliniques concernent des tumeurs malignes, tels des mélanomes oculaires, qui nécessitent de fortes doses d'irradiation et sont proches de structures anatomiques radiosensibles. Selon les centres (Amérique du Nord, Europe, Asie et Afrique du Sud), les patients sont traités en quatre ou cinq séances consécutives de 14 à 15 grays (soit de 60 à 70 Gy au total), dans un volume limité à la tumeur. Un contrôle local de 90 p. 100 et plus a été obtenu, et ce, au prix d'une faible toxicité et d'une préservation visuelle chez les deux tiers des patients environ. Les chondrosarcomes de la base du crâne et du canal cervical et les chordomes, tumeurs embryonnaires apparentées, bénéficient également d'un taux élevé de guérison par cette technique, en combinaison avec une exérèse chirurgicale. En dehors des tumeurs malignes, des résultats intéressants ont été obtenus dans les petits adénomes de l'hypophyse et certains angiomes cérébraux inopérables.

En France, le Centre de protonthérapie d'Orsay (C.P.O.) est au premier plan mondial avec plus de 3 000 patients traités depuis son ouverture en 1991. Afin de faciliter ses développements, le C.P.O. est entièrement rattaché depuis janvier 2004 à l'Institut Curie. Ainsi, en 2007, le C.P.O. acquiert un nouvel accélérateur de protons pour accéder à des techniques plus modernes, et, en 2008, l'installation d'un bras isocentrique permet d'oriente [...]

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Écrit par :

  • : physicienne, doctorat de troisième cycle de physique radiologique
  • : coordinateur médical au Centre de protonthérapie d'Orsay, assistant au département de radiothérapie à l'Institut Gustave-Roussy, Villejuif

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Pour citer l’article

Sabine DELACROIX, Jean-Louis HABRAND, « PROTONTHÉRAPIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/protontherapie/