La protonthérapie

La protonthérapie
Rapport détaillé du poster

Polytech Lyon - 2015
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Introduction
Dans le cadre du concours du meilleur poster étudiant AFIB 2015, les étudiants de Polytech Lyon de
la filière Biomédicale ont choisi de mettre en avant une innovante forme de radiothérapie : la
protonthérapie.
La protonthérapie est en parfaite cohérence avec le thème du congrès, puisqu’elle porte sur une
technique de traitement de cancers. Comme toutes les formes de radiothérapie, elle fonctionne en
envoyant des particules énergétiques ionisantes sur la tumeur cible. Dans notre cas, les particules en
question sont des protons. Ces derniers sont accélérés via un accélérateur de particule, un
synchrotron ou un cyclotron, puis envoyé sur le patient afin d’endommager les cellules cancéreuses.
Le poster présente cette thérapie dans sa globalité, ainsi que les éléments techniques la constituant,
les avantages et différents résultats obtenus après traitement. Enfin nous verrons les évolutions
possibles de cette technologie déjà très avancée.
I – Les avantages de la protonthérapie
La protonthérapie est une technique de radiothérapie qui utilise un faisceau de protons. A la
différence des rayons X qui irradient majoritairement en surface les tissus, les protons traversent la
matière pour déposer toute leur énergie à une profondeur qui dépendra de l’énergie initiale des
protons. Une fois cette profondeur atteinte, les protons vont cesser leur progression dans la matière
et ne vont donc plus irradier les tissus situés après ce pic de dépôt appelé pic de Bragg.
Les protons sont également des particules beaucoup plus lourdes que les électrons. Quand les
protons se déplacent à vitesse élevée, le faisceau de protons se disperse peu lors de son trajet dans
la matière.
Cette technique de dépôt est très précise ce qui permet de traiter des zones tumorales situées à
proximités d’organes sensibles aux radiations. Comme les tissus sains ne reçoivent qu’une faible dose
de radiation, cette technique permet de diminuer les risques de complications dues au traitement.
Cette capacité à cibler avec précision la zone tumorale peut permettre de détruire aussi bien des
cellules situées à la surface que des cellules se trouvant plus en profondeur.
II – Une technologie de pointe
D’un point de vue technologique, la protonthérapie est rendue possible par l’innovante technologie
du cyclotron. Ainsi, dans cette partie, nous allons étudier plus en détail le fonctionnement de cette
machine.
Tout d’abord, le cyclotron est un type d’accélérateur de particules circulaire inventé par Ernest
Orlando Lawrence et Milton S. Livingston de l’université d’Harvard au début des années 1930. Elle est
constituée de plusieurs parties à savoir un générateur de tension alternative sinusoïdale réglable en

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amplitude et en fréquence, 2 électro-aimants ainsi que 2 demi-cylindres appelés “D” ou “Dee” en
anglais à cause de leur forme.
Le principe de fonctionnement du cyclotron est
assez complexe. Tout d’abord, il faut savoir que
l’action combinée du champ magnétique dû aux
électro-aimants et du champ électrique dû au
générateur va jouer un rôle déterminant dans
l’accélération du faisceau de protons. En effet, ce
faisceau de protons, placé préalablement au
centre de la chambre d’accélération, va entrer
entre les deux “Dees” et sera accéléré par le
champ électrique puis dévié sous l’action du
champ magnétique pour revenir à nouveau dans
l’espace entre les 2 “Dees”. A chacun de ses
passages entre les 2 “Dees”, ce faisceau de
protons gagne en énergie cinétique et le rayon
de sa trajectoire augmente. Lorsque l’énergie
désirée est atteinte, les protons sont éjectés de
l’accélérateur via un canal d’extraction. Ce
faisceau ainsi éjecté sera dirigé vers la salle de
soins le long d’une ”ligne de faisceau” où il subira
des traitements nécessaires aux besoins de la
tumeur traité comme par exemple la focalisation
du faisceau.
D’autres types d’accélérateur circulaire ont vu le jour plus tard. Il s’agit des synchrocyclotrons
permettant d’avoir une énergie supérieure (en centaines de MeV) en gardant une trajectoire fixe
mais en modifiant le champ magnétique en continu pour tenir compte du changement de vitesse.
III – Quelques résultats
La protonthérapie a connue ses premières applications dans les années 1980 quand plusieurs centres
hospitaliers dédiés à cette thérapie ont été construits. Depuis, la protonthérapie affiche des résultats
très positifs.
Le cas le plus parlant est le traitement du mélanome de l’œil. On remarque que sur les 2500 patients
traités au Centre de Protonthérapie d’Orsay, environ 96% n’ont pas eu de récidives 5 ans après et ont
la chance de garder leur œil. L’Hôpital ophtalmologique Jules Gonin en Suisse affirme que dans plus
de 95 % des cas l’œil du malade est conservé tandis que le risque de récidive, lui, est réduit à 1,1%.
Un autre cas intéressant est le traitement des tumeurs intracrâniennes. Une étude montre que
lorsque l’on associe la protonthérapie à la radiothérapie classique on augmenterait jusqu’à 85-90% le
contrôle de la tumeur à 5 ans. Ce résultat est à mettre en lien avec le faite que les chondromes de la
base du crâne entrainent la mort en moyenne en 2 à 3 ans.
Chez les enfants, étant donnée la sensibilité de leur tissus, la protonthérapie est une méthode
adapté. Dans ce cas on obtiendrait un résultat de plus de 70% de taux de contrôle tumoral. Une

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étude réalisée au LLUMC a prouvé que la protonthérapie était très efficace pour soigner des tumeurs
cérébrales chez les jeunes.
IV – Processus de traitements
Le protocole de traitement varie suivant le type de tumeurs à traiter mais un examen d’imagerie
(IRM, scanner, échographie oculaire…) est pratiqué systématiquement afin de visualiser la lésion et
de déterminer précisément le trajet du faisceau de protons.
Dans le cas de tumeurs intracrâniennes, un masque facial en plastique thermoformé est réalisé et
placé sur le visage du patient. De plus, des billes en or ou des vis en titane sont placées dans la boite
crânienne du patient sous anesthésie. La précision du faisceau de proton demande du
positionnement très précis du patient. Les billes sont des repères utilisés afin que la tête du patient
soit placée dans la même position lors des examens d’imagerie et lors des séances de traitement. Le
traitement par protonthérapie demande plusieurs séances à raison d’une séance par jour, le nombre
de séances dépend de la taille de la lésion à traiter (typiquement de l’ordre de dix séances).
Dans le cas des tumeurs ophtalmologiques, après les examens d’imagerie, des clips sont posés sous
anesthésie afin de calculer la dose de rayonnement à délivrer et de positionner précisément l’œil du
patient pour chaque séance. Un masque est aussi réalisé pour positionner la tête du patient. Une
simulation est ensuite réalisée afin de contrôler la position du patient puis le traitement est réalisé.
La séance de traitement dure environ 30 minutes. En cas de mouvement des yeux, le faisceau de
proton est arrêté et reprend une fois l’œil repositionné.
V – Innovations et évolutions
En 2010, le centre de protonthérapie d’Orsay de l’Institut Curie a été rénové. La rénovation
comprend l’extension du centre avec une nouvelle salle spécialisée pour les enfants atteints de
cancer. Cette salle sera également équipée d’un bras isocentrique (appelé aussi « gantry ») qui
permettra d’orienter le faisceau autour du patient selon toutes les incidences pour traiter de
nouvelles indications jusqu’à présent impossibles, notamment chez l’enfant.
L’institut curie à également installé un nouvel accélérateur de particule, un synchrotron nouvelle
génération. De plus l’ancien aimant de 45 tonnes a été remplacé par 3 aimants supraconducteurs
plus petits. Ce changement permet de gagner plus de temps lors de la réorientation du faisceau.
Actuellement des recherches sont effectuées quant à l’amélioration de la technologie de la
protonthérapie. Le groupe SAPHIR s’est vu attribué un budget de 6.257 millions d’euros par l’Agence
française OSEO. Ce financement a pour but l’étude de la faisabilité de la production, par laser, d’un
faisceau de proton de 200 à 240 MeV. Cette nouvelle technologie, si elle est efficace, s’avère moins
onéreuse qu’un synchrotron ou un cyclotron. Cette étude répondrait ainsi à un problème
économique important.

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Conclusion
Ainsi la protonthérapie est une technique innovante et complexe mais très efficace, qui présente
l’avantage de réduire considérablement les effets secondaires et de préserver les tissus sains
environnants. De plus en plus répandue dans le monde, de nombreux projet en France sont en
compétition. L’Institut de Cancérologie de l’Ouest basée sur le territoire nantais, tout comme
l’Institut régional du Cancer de Montpellier (ICM) cherche à créer leur propre centre de
protonthérapie.