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Vgayeth , le14 mars 2017
La Physique qui soigne
[email protected]
La Hadronthérapie
Un centre de traitement et de Recherche en
Algérie
Le Cancer en France
Cancer : Nbre de cellules
D’après J. P Gérard, centre Lacassagne, Nice
Palliatifs
Traitement Soins
Symptôme
Diagnostique
Traitement
1015
(1Kg ) 1012
Rechute
(1 g ) 10
9
10 6
10 3
Rémission
Temps
Prévention
Dépistage
Guérison
Mort
Les traitements du cancer en France
Pas encore au même niveau en Algérie
Taux de survie à 5 ans (2015)
46 % : hommes
62 % : femmes
79 % : enfants
grâce aux traitements par :
chirurgie
agents physiques
ionisants (radiothérapie, curiethérapie, …)
non ionisants (cryothérapie, ultrasons, micro-ondes, ..)
traitements médicaux
chimiothérapies
hormonothérapies
….
Un autre atout majeur: La prévention ( Science des gènes)
Qu’est-ce qu’une cellule cancéreuse ?
(point de vue de la physique)
• Associable: multiplication non contrôlée imperméable
aux signaux cellulaires
• Immortelle: perte du compteur interne (télomère)
• Dévoreuse d’énergie: appel de vaisseaux sanguins
•Aventureuse: métastases
nerfs
Le piège : elle ressemble à une cellule saine
peau
La Physique élémentaire 
La physique
Interactions élémentaires
• Interaction:
Les interactions élémentaires
Gravitation
Masse
Non comprise de nos
jours
mystère
Graviton ?
Infinie
On reste sur terre
Electromagnétisme Charge q
QED
Théorie: OK
mystère
Photon
identifié
Infinie
Radiothérapie
Hadronthérapie
Faible
Electrofaible
Théorie OK, mais!
Charge faible
W,Z
identifiés
Très courte
Rayons β
Forte
QCD
Théorie OK, mais !
La couleur
Le Gluon
identifié
Confinement
Hadronthérapie
mystère
mystère
Echelle macroscopie: Transfert d’énergie
Réponse: R = S * E
matière
temps
Rayonnement
énergie E
R Volts
Energie E du rayonnement incident entièrement ou en partie absorbée 
Transfert d’énergie au milieu irradié
Réponse: Charge, courant, tension, lumière

C’est la mesure de dose en physique = énergie cédée
Rayonnements:
X/γ (particule sans masse)  RADIOTHERAPIE
Neutrn, proton, Noyaux atomique: C’est la HADRONTHERAPIE
Effet de l’énergie transférée:
Thérapie
Sur une cible biologique (pour un physicien)
Effet recherché: réparer ou éliminer une céllule déffectueuse
Une seule cellule humaine ~ 1014 protons
Assez pour faire fonctionner un accélérateur pendant des mois
• Ionisations atomiques  chimie (bio)
•
•
•
Dislocations moléculaires  chimie (bio)
effets mécaniques  translations, vibrations, agitations
Fragmentations nucléaires des noyaux atomiques
La radiothérapie: Rayons X/γ
8 novembre 1895 : découverte des rayons X
par Wilhelm Conrad Röntgen (radio de la main de sa femme)
1896 : première irradiation thérapeutique d’une tumeur de la
face par Victor Despeigne … à Lyon !
puis 130 ans de progrès : dose et conformation
Production de rayons X par faisceau d’électrons
Radiothérapie conformation par multi-incidence ou multifausecau
Radiothérapie à modulation d’intensité
Mais….. facteurs limitants :
- tolérance des tissus sains
- radiorésistance de 5 à 10 % des tumeurs
La Hadronthérapie
Hadronthérapie vs Radiothérapie:
•Ciblage précis en profondeur
•Efficacité biologique accrue
•Traitement de volumes complexes
Forte efficacité curative des ions carbone
En plus de la qualité balistique des hadrons
forte dose locale
 mort cellulaire (RBE) des cellules radio-résistantes
(notamment par cassure des deux brins de l’ADN)
10 – 20 keV/mm
Accélérateur Synchrotron
Centre Médical de Hyōgo (Japon)
Traitement par protons et ions carbone
• Ions Protons & C
• Irradiations:
Horizontal
Vertical
Oblique
• Gantry proton
Le centre de Hyogo
Adenoid Cystic Carcinoma of the maxillary sinus
(Pr Tsujii, NIRS, Japon)
Ethmoid adenocarcinoma (Pr Tsujii, NIRS Japon)
Malignant Melanoma (NIRS, Japon)
before RT
PROBABILITY OF LOCAL CONTROL
Phase II : Protocol 9602
Mizoe, PTCOG October 2012
227 patients (230 tumors)
C ions only - 57.6GyE /16 fr. /
4 w.
77%
74%
Papillary Adenocarcinoma (13)
Malignant Melanoma (76)
Adenoid Cystic Carcinoma (62)
Adenocarcinoma (25)
Squamous Cell Carcinoma (11)
TIME IN MONTHS
PROBABILITY OF SURVIVAL
Phase II : Protocol 9602
Mizoe, PTCOG October 2012
Papillary Adenocarcinoma
Malignant Melanoma
Adenoid Cystic Carcinoma
Adenocarcinoma
Squamous Cell Carcinoma
TIME IN MONTHS
Le rational pour la construction d’un centre de
Hadronthérapie
• Gain thérapeutique certain: Tumeurs non
opérables et/ou radiorésistantes;
• Gain en qualité de la vie et en économie.
• Outil de base pour les recherches en thérapie
des cancers avec des particules élémentaires.
• Outils de recherche innovante en physique
• Contexte Africain et Mondial.
Un projet générique d'hadronthérapie
Accessible par l’Algérie
Centre multidisciplinaire de recherche et : Médecine-Biologie et Physique
1aa
Accélérateur de type synchrotron
Particules : protons, 12C (et autres ions intermédiaires)
Débit de dose dans la tumeur : 2 à 4 grays
 un temps de traitement de 40 secondes par litre
balayage actif maximal de 25 cm x 25 cm
 intensités maximum au niveau du patient
8 x 108 ions carbone par déversement
2 x 1010 protons par déversement
Traitement: 90 secondes /séance
A haut débit: 1 traitement = 90 secondes
Capacité de ~2000 Patients par an
Bâtiments
Treatment floor
Personnels et coûts d'exploitation
Equipe médicale
Médecins
Nombre optimal
15
Phys. médicaux
Dosimetristes
Manipulateurs
Surveillantes
Brancardiers
Infirmières
Accueil
12
4
20
4
2
6
3
Admin.
6
Scenario de fonctionnement
5 jours travaillés par semaine
44 semaines par an pour le traitement
10 jours fermés pour vacances (fixes ou mobiles)
30 jours pour la maintenance et les tests machine
1 jour = 14 heures (2 shifts)
11 heures : traitement (8 h à 19 h)
30 mn par séance (18000 séances/an/3 salles)
2 heures : réglages et calibration (6 h à 8 h)
1 heure : vérifications après traitements
(19 h à 20 h)
Equipe technique : 8 ingénieurs
et 10 techniciens (minimum)
Coût du fonctionnement technique : 2,5 M€ ( France)
Coût des salaires des personnels techniques et médicaux : 4,5 M€ (France)
Incidences des indications potentielles
Thèse doctorat du Dr. Pascal Pommier, CLB
Résultats d’une enquête
– France: 60 M. d’habitants
– ~ 150 000 nouveaux cas radiothérapie/an
idem pour l'Algérie avec 40 M. d’habitants
– Indications pour l’hadronthérapie:
18 000 patients (12%)
– Indications explicite12C: 7500 (5%)
Coûts
€/$
• Scénario de fonctionnement ETOILE
– 220 jours/an ; 14 heures /jour (2 services)
– ~ 1000 patients par an
• Hypothèses: une dizaine de sessions avec ~30 min/session
• Coûts ( Norme France)
Données NIRS Japon
– Investissement: ~ 120 M€
– Fonctionnement: ~ 20 M€ / an
Coût moyen d’un traitement ~ 21000 €
Côut moyen par session
1600 €
Impact sur les Recherches et Formation associées
RECHERCHE
Clinique
- Épidémiologie et recrutement
- Essais cliniques
Radiobiolo
gie
- Modélisation des interactions ions légers/matière
vivante
- Mesures de tolérance et de sensibilité tissulaires
- Mécanismes de radiorésistance
Imagerie et - Suivi des tumeurs d’organes en mouvement
conduite du - Imagerie TEP en ligne
traitement - Planimétrie de traitement
- Dosimétrie et contrôle qualité
Économie
- Économie de la santé
Les centres d’Hadronthérapie en Europe
Avec ions Carbone
• Allemagne (Darmstadt, expérimental) depuis 2008
• Allemagne (Heidelberg)
2012
• Allemagne (Marburg – Hôpital privé 2016
• Italie (Pavie)
2014
• Autriche (Baden –Vienne)
2012
• France (Lyon et Caen)
2018
• Suède (Karolinska, Stockholm) 2016
• Belgique / Hollande ../.. 2018
Coordination par le réseau européen ENLIGHT
Recherches en Algérie en relation
avec l’Hadronthérapie
Plans Etat / Partenariat Industries et/ou Privés:
Aboutir à Equipes compétitives à l’échelle mondiale
• Accélérateurs et contrôle machine
• Technologies et Instrumentations en Imagerie temps réel
• Radiobiologie et mécanisme de mort cellulaires
• Traitements des organes en mouvements
• Informatique associée
• Economie et statistique
• Réseau de recrutement des patients
Actuellement Transposition et Transfert Europe<>Algérie faisable
Tests sur faisceau et réalisation de prototypes de pointe
Faire de l’Hadronthérapie un Nano scalpel dans les
mains du clinicien
Mécatronique: Instruments pour études sur le petit animal
L’Imagerie temps réel pour l’Hadronthérapie
Citation
Edouard Brézin (Demain la physique, mars 2004)
« Aujourd’hui, le véritable défi est de faire travailler ensemble des
physiciens, des ingénieurs, des informaticiens, des chimistes, des
biologistes et des médecins »
Et ca serait idéal si cela se faisait en Algérie
….. Et pour une dans notre belle région la Kabylie
Madjid Boutemeur.