Tester les limites pour le bien du patient

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 Les physiciens médicaux Antony Lomax et Giovanni Fattori testent sur le mannequ

Les physiciens médicaux Antony Lomax et Giovanni Fattori testent sur le mannequin Luca la meilleure manière d’irradier avec des protons des tumeurs qui bougent. Luca est une imitation d’un torse humain avec lequel on simule les mouvements de la respiration au moyen d’une pompe. Sa partie interne est remplie d’appareils de mesure et des repères sont collés à sa surface. Ceux-ci sont observés pendant l’irradiation grâce à une caméra vidéo afin d’enregistrer les mouvements respiratoires du mannequin. (Photo: Institut Paul Scherrer/Mahir Dzambegovic)

La radiothérapie à l’aide de protons est un modèle de réussite à l’Institut Paul Scherrer PSI. Depuis plusieurs décennies, des médecins traitent avec ménagement des patients souffrant de tumeurs oculaires ou de cancers situés en profondeur dans le corps. Les chercheurs du Centre de protonthérapie (CPT) ont développé dans ce but de nombreux appareils, systèmes de sécurité et logiciels. Grâce à une méthode d’irradiation élaborée au PSI, ils ont même modifié de façon durable la protonthérapie dans le monde. Malgré ces succès, les scientifiques du CPT continuent sans relâche à affiner cette technique de radiothérapie, afin que les traitements soient à l’avenir encore plus précis et rapides.

Antony Lomax ne souhaitait rester que deux ans, se consacrer de manière intensive à ses recherches et repartir à Manchester, sa ville d’origine. Mais les protons suscitent une fascination toute particulière, notamment sur les physiciens médicaux comme lui. Un proton est environ 1800 fois plus lourd qu’un électron. C’est un peu comme si on comparait un vélo à un char d’assaut. Et pour la protonthérapie, ces lourdes particules doivent être accélérées et viser leur cible au millimètre près. Les protons sont un défi pour les chercheurs, fait-il valoir. Tout comme les patients. Chaque patient et chaque tumeur sont différents. Il n’y a pas de traitement standard pour tout le monde. C’est ce qui rend justement mon travail intéressant, s’enthousiasme Antony Lomax. Voilà pourquoi il travaille toujours au Centre de protonthérapie (CPT) de l’Institut Paul Scherrer PSI. Depuis 25 ans maintenant.
Dans ces conditions, des scientifiques comme Antony Lomax auraient de quoi se reposer sur leurs lauriers. Ils pourraient faire une pause et être fiers du travail effectué au cours de toutes ces années. Trois installations de traitements sont à disposition des patients cancéreux au sein du CPT et une quatrième est en train d’être achevée. La technique du Spot Scan - un procédé particulièrement précautionneux et précis - a été développée il y a vingt ans au PSI. Des médecins du monde entier l’utilisent aujourd’hui pour soigner des malades du cancer. Un logiciel particulier élaboré au PSI facilite la planification et l’exécution précises de chaque irradiation. A cela s’ajoutent de vastes systèmes de sécurité et contrôles de qualité qui assurent un déroulement optimal et des standards de sécurité très élevés. Quelque 8000 patients ont déjà été traités avec succès. Une raison suffisante pour être satisfait de ce qui a été accompli?
Pas le temps de se reposer
Après un quart de siècle, le physicien médical Antony Lomax ne voit aucune raison de se reposer. Les succès obtenus avec notre protonthérapie sont énormes. Mais le diable se cache dans les détails. C’est justement ce que à quoi nous nous attaquons avec nos recherches actuelles. Nous voulons rendre la protonthérapie encore plus rapide et précise, et traiter également des tumeurs qui se déplacent, note-t-il.
Il y a des organes qui sont continuellement en mouvement. C’est le cas des poumons ou du foie. Les tumeurs situées dans ces organes constituent un défi particulier pour l’irradiation à l’aide de protons. Le risque existe en effet qu’une trop grande part de tissus sains à côté de la tumeur soit touchée par les rayons. Lors de chaque respiration ou de tout autre mouvement, la tumeur peut échapper au faisceau de protons. Cela rend une planification précise plus difficile.
Normalement, les physiciens médicaux planifient l’irradiation d’une tumeur profonde de manière à ce que cette dernière soit balayée par le faisceau de protons couche après couche et point par point, jusqu’à ce qu’elle soit touchée en chaque endroit par une dose d’irradiation calculée au préalable. Pour cela, la tumeur est tout d’abord représentée au moyen d’un scanner et de l’imagerie par résonance magnétique, et ses contours sont tracés sur des douzaines d’images en coupe d’un millimètre d’épaisseur. Les paramètres d’irradiation sont fixés sur la base de ces images en coupe. Ils déterminent selon quel axe le faisceau doit frapper sa cible et pendant combien de temps et à quelle dose les différentes parties de la tumeur doivent être irradiées. Mais lorsque le patient respire, les secteurs déterminés pour l’irradiation se déplacent de quelques millimètres. Le plan d’irradiation n’est plus absolument exact et il est possible que des tissus sains soient touchés. C’est ce que veulent empêcher Antony Lomax et son équipe grâce à de nouvelles techniques d’irradiation.
L’une d’elles est ce qu’on appelle le Rescanning. Elle permet au faisceau de protons de balayer plusieurs fois tous les points de la tumeur. Contrairement aux anciennes méthodes, la dose d’irradiation calculée au préalable n’est pas dispensée en une seule fois, mais à plusieurs reprises en plus petites doses. La dose partielle exacte dépend de la fréquence du passage du faisceau à un endroit. Chaque point peut par exemple être irradié cinq fois avec 20% de la dose au lieu de la ration complète. Cette manière de faire diminue le risque qu’un endroit de la tumeur soit touché trop souvent ou pas du tout. L’irradiation est ainsi plus uniforme.
Inhaler, retenir son souffle, irradier
Une autre façon d’irradier des tumeurs qui se déplacent est la technique du breathhold. Les patients doivent retenir leur souffle plusieurs secondes pendant qu’un secteur de la tumeur est irradié. Mais tous ne sont pas capables de le faire pendant vingt secondes et plus. Selon le physicien médical, on ne peut guère exiger plus de cinq à dix secondes. Et il y a encore un autre problème: avant de bloquer leur respiration, les gens n’inhalent pas toujours de la même façon. Il arrive donc que la tumeur se décale malgré tout. Avec une autre technique dénommée gating, les scientifiques enregistrent en conséquence les mouvements d’inspiration et d’expiration de la cage thoracique au moyen de deux caméras vidéo et les reportent sur leur ordinateur. Il en résulte une courbe spécifique pour chaque patient, semblable à une sinusoïde. A la fin de la phase d’expiration et au début de l’inspiration, le mouvement de la cage thoracique est moins fort et se situe en dessous de cette ligne. Les scientifiques interviennent à ce moment-là. Une personne expirant en général plus longtemps, ils commencent déjà à irradier dans la deuxième moitié de la phase d’expiration et continuent jusqu’au début de l’inspiration.
Plus rapide qu’une respiration
Peu importe la technique, le résultat est le même: en raison des phases de respiration relativement brèves, les chercheurs ont très peu de temps pour irradier une tumeur qui bouge. Une solution au moins pourrait être utile. Il faudrait irradier plus rapidement. Davantage de tissu tumoral pourrait ainsi être touché pendant moins de temps. Mais comment y arriver?
Il y a diverses possibilités pour irradier plus vite, relève Antony Lomax. Nous pouvons augmenter l’intensité du faisceau, c’est-à-dire le nombre de protons utilisés. La vitesse pourrait ainsi être multipliée par deux. Grâce à l’accélérateur performant du PSI, cela ne serait pas un problème. Dans le domaine de la protonthérapie, il ne suffit cependant pas de diriger un faisceau de protons sur la tumeur. Les systèmes de sécurité doivent aussi être adaptés. A une vitesse à l’échelle de la milliseconde, ils contrôlent que la dose soit correcte et que le bon secteur soit irradié. Si ce n’est pas le cas, ils stoppent automatiquement le faisceau. Si les chercheurs veulent augmenter l’intensité de l’irradiation, ces systèmes devront être remaniés et autorisés par l’Office fédéral de la santé publique. Cela est aussi valable pour une autre option visant à raccourcir la durée d’irradiation: le Line Scanning.
Tracer des lignes plutôt que des points
Selon Antony Lomax, le Line Scanning pourrait remplacer la technique du Spot-Scanning développée au PSI et une nouvelle fois multiplier par deux la vitesse d‘irradiation. Mais comment procéder’ Avec la technique du Spot-Scanning, le faisceau de protons de la taille d’un crayon balaye la tumeur point par point, comme si quelqu’un voulait remplir avec un crayon l’entier du volume de la tumeur de milliers de points. Après chaque point, le faisceau est brièvement éteint. Il est alors déplacé jusqu’au prochain point pour être de nouveau enclenché. On perd ainsi du temps. Les physiciens du CPT veulent changer cela, en remplaçant les points par des lignes continues. Le faisceau de protons ne devrait ainsi plus être déclenché entre deux, mais glisserait à travers la tumeur comme un crayon avec lequel on trace un trait. Si nous accroissons la vitesse de l’irradiation, le patient restera moins longtemps dans l’appareil et on pourra traiter davantage de personnes, explique-t-il.
A côté de la vitesse, les chercheurs du CPT ont encore de nombreux projets passionnants visant à améliorer la protonthérapie. Nos techniques sont déjà exactes au millimètre près, se félicite Antony Lomax. Mais on peut encore augmenter quelque peu la précision et la performance de nos méthodes. Nous y travaillons.
Texte: Sabine Goldhahn


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