Maîtriser la sécurité

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Martin Grossmann, physicien, contrôle un élément de sécurité dans la trajectoire

Martin Grossmann, physicien, contrôle un élément de sécurité dans la trajectoire du faisceau derrière Gantry 3, l’appareil d’irradiation avec des protons. (Photo: Institut Paul Scherrer/Mahir Dzambegovic)

Les protons rendent possible une élimination précise des cellules cancéreuses par destruction de leur patrimoine génétique (ADN). Les médecins au Centre de protonthérapie de l’Institut Paul Scherrer PSI exploitent cette propriété lorsqu’ils traitent des patients atteints de tumeurs profondes ou souffrant d’un cancer situé sur le fond de l’oeil. Pour éviter qu’un faisceau de protons ne rate sa cible et n’endommage des tissus sains, diverses mesures de sécurité sont prises avant que chaque patient soit irradié. Il est impératif qu’elles fonctionnent parfaitement. Toute une équipe de spécialistes veille donc quotidiennement à la sécurité des patients.

A 6 heures du matin, il règne un calme complet dans les locaux faiblement éclairés du Centre de protonthérapie (CPT). Pas de patient dans la salle d’attente, la réception est déserte et dans les salles de traitement, les appareils high tech sont en mode veille comme des géants endormis. Pas de collaborateur en vue. Seul le technicien de service entame ses tâches journalières et lance les trois stations de protonthérapie à l’Institut Paul Scherrer, Gantry 1, Gantry 2 et OPTIS, en appuyant sur des boutons. Les ordinateurs démarrent dans un léger bourdonnement et, dans les salles de contrôle, les nombreux écrans reviennent à la vie en scintillant. Pour chacune des trois installations, le technicien procède durant 20 minutes à un test de sécurité, conformément aux règles prescrites, avant de faire contrôler et signer le protocole par deux spécialistes. La procédure complète pour tester le bon fonctionnement des installations et corriger les erreurs dure deux heures. C’est seulement une fois qu’elle est terminée, à partir de 8 heures, que l’on peut commencer à irradier les premiers patients avec des protons.
Plus de 350 tests de sécurité par an
En tout, ce sont 43 processus que nous devons vérifier chaque matin, et plus de 300 autres contrôles doivent être effectués chaque semaine, chaque mois ou seulement une fois par an, détaille Gerhard Aigner, responsable de la sécurité et du contrôle qualité au CPT. Dans son bureau, des classeurs renfermant modes d’emplois, consignes de sécurité et protocoles de tests signés s’alignent sur des mètres d’étagères. Gerhard Aigner doit garder une vision globale pour savoir quels sont les tests de sécurité de l’installation nécessaires à tel ou tel moment et être certain qu’ils ont bien eu lieu. A lui seul, notre contrôle de routine du matin inclut des tests simples, comme celui des installations audio par le biais desquels nos praticiens communiquent avec les patients, mais aussi des tests physiques plus complexes qui sont effectués avec ce qu’on appelle le daily check phantom. L’expression désigne une grande caisse blanche bourrée d’électronique. Tous les matins, un technicien la dépose dans les trois installations, directement dans la trajectoire du faisceau de protons, là où se trouve normalement le patient. Ensuite, il dirige le faisceau avec les doses de rayonnement prescrites vers un point défini au préalable sur le phantom et s’en sert pour mesurer, entre autres, la conformité de la dose de rayonnement et celle de la précision du faisceau.
Les protons présentent une exactitude telle que l’on peut traiter précisément, au dixième de millimètre près, des tumeurs situées dans des zones particulièrement sensibles de l’organisme, explique Martin Grossmann, physicien au CPT. Mais cet avantage, on ne peut l’exploiter que si le patient est lui aussi positionné précisément dans son fauteuil ou sur sa couche par rapport à la trajectoire du faisceau. A ce jour, nous réussissons à effectuer ce positionnement au millimètre près. Le positionnement exact des patients dans les trois installations est contrôlé par des programmes informatiques que Martin Grossmann et son équipe ont développés à l’interne au fil des ans. Le fait qu’un patient doive être positionné exactement de la même manière chaque jour de son traitement qui dure plusieurs semaines représente un défi particulier. C’est la raison pour laquelle une radiographie est prévue avant chaque irradiation avec des protons, afin de contrôler à partir de marqueurs anatomiques sur le cliché si le patient est correctement assis ou allongé pour le traitement.
Fait mieux que l’industrie
Mais que se passe-t-il si, tout à coup, le faisceau dévie quand même? Toute une cascade d’interventions d’urgence est alors déclenchée pour empêcher que les protons n’atteignent le mauvais endroit. Une cascade que Martin Grossmann et son équipe sont particulièrement fiers d’avoir développé, programmé et réalisé: Lorsque nous avons été les premiers à commencer à utiliser la technique Spot Scan à notre première Gantry, il y a 20 ans, nous voulions être absolument sûrs que cette nouvelle forme d’irradiation avec des protons ne provoquerait pas d’accidents impliquant des patients, souligne le spécialiste. Il n’existait pas encore de normes. Nous avons donc construit cinq barrières de sécurité – c’est plus que ce qui est exigé aujourd’hui des prestataires commerciaux dans l’industrie. Sans les connaissances de tous les spécialistes que nous avons ici, au PSI, cela n’aurait pas été faisable en ces termes. Les cinq barrières de sécurité existent encore aujourd’hui et sont toutes actionnées l’une après l’autre. Si l’une tombe en panne, la suivante prend le relais.
Chaque patient a son propre plan de traitement, conçu conjointement par des médecins et des physiciens médicaux. Ce plan contient, entre autres, des informations sur la localisation précise de la tumeur dans le corps du patient inscrite dans un système virtuel de coordonnées en 3D, ainsi que des informations sur la dose et la durée avec lesquelles chaque point dans la tumeur doit être irradié. Ce plan de traitement est déposé dans l’ordinateur. Il sert de base au contrôle automatique pour les deux appareils d’irradiation Gantry 1 et Gantry 2, qui pèsent chacun deux tonnes. Chaque irradiation est assortie d’objectifs de sécurité: la dose de rayonnement doit correspondre à celle planifiée à 1% près, et la position du faisceau doit atteindre chaque point dans la tumeur, dans les trois plans, avec au maximum un millimètre d’écart par rapport à ce qui a été calculé au préalable. Pendant toute la durée d’une irradiation, différents appareils situés dans la trajectoire du faisceau mesurent si ces spécifications sont respectées. Si ce n’est pas le cas, le faisceau s’interrompt automatiquement: le premier élément de sécurité réagit après un délai de moins d’une milliseconde.
20 ans sans accident
Nous disposons de systèmes de blocage mécaniques que nous pouvons intercaler dans le faisceau, par exemple un bloc de cuivre d’une épaisseur de cinq centimètres. Les protons sont stoppés et n’atteignent pas le patient, explique Martin Grossmann. Les deux premiers systèmes de blocage à air comprimé sont extrêmement rapides et propulsent le bloc de cuivre dans le faisceau. S’ils tombent en panne tous les deux, le troisième démarre. Il fonctionne par gravité et actionne également un stoppeur de faisceau. Situé à 50 mètres de là, le système électrique d’arrêt rapide de l’accélérateur – qui amène le faisceau de protons pour l’irradiation à une vitesse qui atteint 60% de la vitesse de la lumière – est encore plus rapide. Le dernier des cinq systèmes de sécurité est situé directement à la source du faisceau de protons, à proximité de la bombonne d’hydrogène qui fournit les protons. Nous avons derrière nous plus de 20 ans d’exploitation sans accident, et ce avec plusieurs milliers de patients, résume Martin Grossmann, qui travaille ici depuis le début et connaît chaque vis de l’installation.
Ce sens aigu de la sécurité pour les trois installations de protonthérapie, qui ont toutes été développées au PSI, est le trait distinctif des collaborateurs du CPT. Mais cette année déjà, la quatrième installation sera mise en service. Il s’agit d’une nouvelle Gantry (Gantry 3): elle inaugure une nouvelle étape au PSI, car ce sera la première installation tirée du catalogue d’un prestataire commercial. Avec elle, tout devrait être beaucoup plus simple et fonctionner sur une simple pression de bouton. Mais pour l’équipe de Martin Grossmann, le défi par rapport à Gantry 3 s’est situé ailleurs: il a fallu relier le nouvel appareil d’irradiation avec l’accélérateur et adapter ce dernier en fonction. Comme le souligne le physicien, construire cette interface a nécessité une gros investissement de la part du PSI. La plus grande difficulté était liée à la différence de philosophie sur la maîtrise du faisceau, le contrôle de l’ensemble et le fonctionnement des systèmes de sécurité. Conformément aux normes, le fabricant avait intégré seulement deux systèmes de sécurité, alors que le PSI en a cinq. Les spécialistes ont donc dû trouver des voies pour arriver aussi à contrôler ces cinq systèmes de sécurité avec le nouvel appareil. A la fin de cette année, les premiers patients devraient pouvoir être traités à la Gantry 3. Les physiciens et les techniciens du CPT pourront alors se consacrer à d’autres défis.
Un engagement jusque dans la nuit
Leurs recherches portent notamment sur les possibilités de raccourcir la durée d’irradiation à l’installation Gantry 2 et de traiter les patients encore plus rapidement. Ils entendent atteindre cet objectif en déplaçant de manière continue le faisceau de protons à la surface de la tumeur, à la manière d’un stylo qui trace une ligne sur un papier. A l’heure actuelle, la tumeur est irradiée avec la technique Spot Scan comme si quelqu’un traçait de nombreux points côte à côte avec le stylo. Entre chaque point, le faisceau de protons est brièvement interrompu avant de passer au suivant. Cela prend du temps. Les premiers développements pour cette nouvelle technologie sont déjà terminés. L’étape suivante va consister à programmer et à tester les nouveaux systèmes de sécurité qu’elle nécessitera. Ces tâches et d’autres qui relèvent de la recherche, comme le calibrage et les mesures pour l’assurance qualité, se font surtout le soir et à la tombée de nuit. Car pour les collaborateurs du CPT, c’est à ce moment que la quête de nouveautés peut commencer. Une fois que tous les patients sont repartis.
Texte: Sabine Goldhahn


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