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Contacts

• BENKHORIS Bra­him : brahim.benkhoris@gmail.com
• GHZAIEL Karim : karimghzaiel1@gmail.com
• HADJIDJ Ines : ines.hadjidj@gmail.com
• MUKANYANDWI Yvette : yvettemukanyandwi@gmail.com
• PARODI Raphaël : rparodi.pro@gmail.com

Citation

Résumé

Le can­cer est une des patho­lo­gies chro­niques les plus étu­diées dans les don­nées d’épidémiologie. Sa lutte repré­sente un des enjeux pri­mor­diaux de san­té publique avec aujourd’hui un nombre de décès qui ne cesse d’augmenter chaque année, avec une atteinte par­ti­cu­lière chez les hommes puisqu’elle en est la pre­mière cause de mortalité.

Pour les pro­chaines années, des centres de luttes se mobi­lisent pour atté­nuer la mala­die grâce aux pro­grès de la recherche. Dans cette démarche, les inno­va­tions tech­no­lo­giques repré­sentent un atout puis­sant qui a déjà fait ses preuves. Par­mi la plu­ra­li­té des moyens de lutte, la radio­thé­ra­pie est une des contri­bu­tions essen­tielles qui res­tent encou­ra­geantes. Son pro­cé­dé passe par l’irradiation des cel­lules can­cé­reuses grâce à l’utilisation de rayons X de haute inten­si­té d’énergie. C’est un domaine en plein essor, les inno­va­tions inter­viennent à chaque étape du par­cours de soin du patient.

Dans les dif­fé­rents types de trai­te­ments, la radio­thé­ra­pie externe est un sujet pro­bant, puisqu’elle met en valeur l’innovation bio­mé­di­cale et reste majeure dans ses avan­cées. Ain­si nous nous sommes acti­ve­ment inves­tis dans la recherche des avan­cées tech­no­lo­giques en radio­thé­ra­pie externe. Ce recueil traite du prin­cipe même de la radio­thé­ra­pie externe et pro­pose les futures inno­va­tions qui aide­ront cer­tai­ne­ment les uti­li­sa­teurs dans leurs pra­tiques quotidiennes.

Abstract

Can­cer is one of the most stu­died chro­nic patho­lo­gies in epi­de­mio­lo­gi­cal data. Its fight repre­sents one of the most pri­mor­dial stakes of public health with today a num­ber of deaths which does not cease increa­sing each year, with a par­ti­cu­lar attack in the men since it is the first cause of mortality.

For the next few years, the fight cen­ters are mobi­li­zing to alle­viate the disease thanks to the pro­gress of research. In this pro­cess, tech­no­lo­gi­cal inno­va­tions represent a power­ful asset that has alrea­dy pro­ven itself. Among the many ways of figh­ting, radio­the­ra­py is one of the most impor­tant and encou­ra­ging contri­bu­tions. Its pro­cess involves the irra­dia­tion of can­ce­rous cells through the use of high-ener­gy X-rays. This is a rapid­ly deve­lo­ping field, with inno­va­tions occur­ring at eve­ry stage of the patient's treatment.

In the dif­ferent types of treat­ments, exter­nal radio­the­ra­py is a convin­cing sub­ject, since it high­lights bio­me­di­cal inno­va­tion and remains major in its advances. Thus we are acti­ve­ly invol­ved in the research of tech­no­lo­gi­cal advances in exter­nal radio­the­ra­py. This col­lec­tion deals with the very prin­ciple of exter­nal radio­the­ra­py and will pro­pose future inno­va­tions that will cer­tain­ly help users in their dai­ly practices.

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Mémoire Complet

Les avancées technologiques en radiothérapie externe 

Remerciements

En tout pre­mier lieu, l’ensemble de notre groupe tient à remer­cier par­ti­cu­liè­re­ment tous les contri­bu­teurs de ce travail.

Nous sou­hai­tons expri­mer notre gra­ti­tude envers nos res­pon­sables péda­go­giques et ensei­gnants du Mas­ter Ingé­nie­rie de la San­té de l’Université de Tech­no­lo­gie de Com­piègne. Mer­ci à Isa­belle CLAUDE, Jean-Mat­thieu PROT et Gil­bert FARGES pour tous leurs pré­cieux conseils durant ces deux années d’études et tout au long du projet. 

Nous sai­sis­sons éga­le­ment cette occa­sion pour remer­cier les pro­fes­sion­nels de san­té des centres de luttes contre le can­cer et de radio­thé­ra­pie qui ont accep­té d’échanger avec nous sur notre pro­jet de recherche. Ils ont été dis­po­nibles et à l’écoute pour répondre à l’ensemble de nos ques­tions. Leurs connais­sances en radio­thé­ra­pie ont été un fac­teur déter­mi­nant pour la pro­gres­sion de ce mémoire.

Enfin, nous tenons à remer­cier nos col­lègues de pro­mo­tion pour leurs encou­ra­ge­ments et leur aide tout le long des jalons.

Introduction

Dans la prise en charge du can­cer, le trai­te­ment prend une place impor­tante et néces­saire, pour espé­rer la gué­ri­son du patient. Sous l’effet du vieillis­se­ment des popu­la­tions, du stress, de la pol­lu­tion ou encore de la mal­nu­tri­tion, le nombre de cas de can­cers devrait bon­dir d’après l’OMS au cours des deux pro­chaines décen­nies. Un état des lieux sur les der­nières évo­lu­tions tech­no­lo­giques dans ce domaine nous paraît pertinent.

Un état des lieux sur les der­nières évo­lu­tions tech­no­lo­giques dans ce domaine nous paraît per­ti­nent. Il s’agit ici de s'intéresser à la radio­thé­ra­pie et plus pré­ci­sé­ment à la radio­thé­ra­pie externe, riche en inno­va­tions tech­no­lo­giques. Cette der­nière a évo­lué ces der­nières décen­nies et est deve­nue une des méthodes de réfé­rence dans le trai­te­ment des can­cers en uti­li­sant des rayon­ne­ments ioni­sants puis­sants. Avec toutes les évo­lu­tions et l'intérêt que sus­cite cette moda­li­té, le but est de s’interroger sur les dif­fé­rentes inno­va­tions tech­no­lo­giques en radio­thé­ra­pie externe et com­ment s'insèrent elles dans le par­cours patient pour amé­lio­rer sa prise en charge ?

Tout d’abord, la radio­thé­ra­pie sera contex­tua­li­sée, puis les inter­ac­tions bio­lo­giques, prin­cipes phy­siques et tech­no­lo­giques en jeu seront abor­dés. Enfin, les inno­va­tions tech­no­lo­giques seront pré­sen­tées et inté­grées dans chaque étape du par­cours patient.

I. Le contexte

1. Le cancer

Le can­cer repré­sente un véri­table enjeux de san­té publique, quand on sait qu’à ce jour en France, il repré­sente la pre­mière cause de mor­ta­li­té chez les hommes et la deuxième chez la femme et cela ne cesse de croître. En 2019 envi­ron 23,6 mil­lions de nou­veaux cas de can­cers ont été recen­sés dans le monde avec envi­ron 10 mil­lions de décès chaque année contre 18,1 mil­lions de nou­veaux cas en 2018 [1]. En France, on compte 382 000 nou­veaux cas de can­cer, avec 154 700 décès en 2018. On retrouve en majo­ri­té les can­cers du pou­mon (25%) ( figure 1) chez l’homme et du sein chez la femme (18%) [2].

Le terme can­cer est un terme géné­rique dési­gnant une cen­taine de mala­dies ayant une carac­té­ris­tique com­mune “une trans­for­ma­tion de cel­lules qui deviennent anor­males et pro­li­fèrent de façon exces­sive. Ces cel­lules déré­glées finissent par for­mer une masse qu'on appelle tumeur maligne. Les cel­lules can­cé­reuses ont ten­dance à enva­hir les tis­sus voi­sins et à se déta­cher de la tumeur. Elles migrent alors par les vais­seaux san­guins et les vais­seaux lym­pha­tiques pour aller for­mer une autre tumeur (méta­stase)”[2].

2. Les différents traitements

Il existe de très nom­breuses formes de can­cer, les trai­te­ments ne peuvent donc pas être les mêmes : la chi­mio­thé­ra­pie, l’immunothérapie, la chi­rur­gie ou encore la radio­thé­ra­pie seules ou asso­ciées entre elles consti­tuent les prin­ci­paux trai­te­ments. Le but recher­ché n’est pas de sou­mettre le malade au plus grand nombre de trai­te­ments pos­sibles, mais de défi­nir au mieux le trai­te­ment adap­té à son cas.

Les can­cers sont fré­quem­ment trai­tés par chi­rur­gie. En effet, en 2017 (figure 2) 395 000 per­sonnes ont été trai­tées par chi­rur­gie. Lors de cette inter­ven­tion, le chi­rur­gien peut pro­cé­der à l’ablation de la tumeur ain­si que des gan­glions voi­sins à un stade où la tumeur n’a pas encore méta­sta­sé. On parle de “résec­tion chi­rur­gi­cale com­plète” lorsque tout le tis­su malade/tumoral a été reti­ré. Il faut savoir que dans cer­tains can­cers, le trai­te­ment chi­rur­gi­cal est alors uti­li­sé pour per­mettre la dimi­nu­tion de la masse dite tumo­rale afin d’utiliser d’autres trai­te­ments com­plé­men­taires pour l’éradiquer [2] [3].

On retrouve ensuite la chi­mio­thé­ra­pie, avec 347 400 patients trai­tés en 2017, juste der­rière la chi­rur­gie. La chi­mio­thé­ra­pie est un trai­te­ment chi­mique qui tue ou affai­blit les cel­lules can­cé­reuses. Il existe de nom­breux médi­ca­ments en chi­mio­thé­ra­pie, qui seront sou­vent asso­ciés entre eux pour aug­men­ter l'efficacité glo­bale du trai­te­ment. Les médi­ca­ments peuvent être admi­nis­trés aux patients de dif­fé­rentes façons : par per­fu­sion, piqûre ou sous forme de com­pri­més par exemple. Les médi­ca­ments de chi­mio­thé­ra­pie touchent les cel­lules can­cé­reuses, mais aus­si les cel­lules saines qui se divisent rapi­de­ment, ce qui peut entraî­ner des effets secon­daires connus du grand public : nau­sées, vomis­se­ments, perte des che­veux, fatigue, etc. Ces effets, variables selon les médi­ca­ments et la réac­tion de la per­sonne, sont tem­po­raires mais sou­vent dif­fi­ciles à sup­por­ter [3].

On trouve éga­le­ment ​​l’immu­no­thé­ra­pie, un trai­te­ment qui vise à sti­mu­ler les défenses immu­ni­taires de l'organisme contre les cel­lules cancéreuses.

Pour finir, il existe éga­le­ment la radio­thé­ra­pie. “C’est un type de trai­te­ment basé sur l’utilisation de rayons ioni­sants admi­nis­trés loca­le­ment et  à fortes doses en vue de détruire les cel­lules can­cé­reuses ou de stop­per leur déve­lop­pe­ment. Les rayons en eux-mêmes ne sont pas dou­lou­reux, mais ils peuvent pro­vo­quer  des effets secon­daires, par­fois plu­sieurs semaines après la radio­thé­ra­pie”[4][5][6]. Il faut savoir que la radio­thé­ra­pie peut aus­si être asso­ciée à d’autres trai­te­ments en paral­lèle comme la chi­mio­thé­ra­pie (radio chi­mio­thé­ra­pie) qui va rendre les cel­lules can­cé­reuses plus sen­sibles au rayon. En asso­ciant les deux trai­te­ments, le but est de réduire le risque de réci­dive tumo­rale ain­si que la taille de la tumeur (avant chi­rur­gie). La durée du trai­te­ment, ain­si que le nombre de séances, varient selon la zone à trai­ter et la tech­nique employée [5].

3. Les différentes techniques de radiothérapie et leurs marchés

La radio­thé­ra­pie fait l'intermédiaire entre la bio­lo­gie tumo­rale, com­pre­nant l'immunologie et le fonc­tion­ne­ment méta­bo­lique des cel­lules et la phy­sique inté­grant l'imagerie, les mathé­ma­tiques ou encore les sta­tis­tiques. De plus, on estime qu’environ 60% des can­cers sont trai­tés par la radio­thé­ra­pie en France, soit 175 000 patients par an dont 1000 enfants, ce qui repré­sente envi­ron 4 mil­lions de séances en France [5].

On retrouve 3 types de radio­thé­ra­pies avec : la curie­thé­ra­pie, la radio­thé­ra­pie méta­bo­lique et la radio­thé­ra­pie externe (celle-ci sera trai­tée dans ce rap­port) [5].

La curie­thé­ra­pie désigne une mise en contact directe d’une source radio­ac­tive avec les tis­sus à trai­ter à l'intérieur de cavi­tés natu­relles [5]. Cette moda­li­té de trai­te­ment concerne 5% des prises en charges soit 7500 patients annuels [6]. La curie­thé­ra­pie est cou­ram­ment uti­li­sée pour trai­ter les can­cers du col de l'utérus, de la pros­tate, du sein, et de la peau. 

La radio­thé­ra­pie méta­bo­lique porte sur l’administration de sub­stance radio­ac­tive en intra­vei­neuse ou par voie orale. Le but est de cibler spé­ci­fi­que­ment les cel­lules can­cé­reuses pour les détruire [5]. Elle peut être uti­li­sée pour la méta­stase osseuse par exemple.

La radio­thé­ra­pie dite externe concerne l’irradiation des tis­sus can­cé­reux par un fais­ceau de rayons X de haute éner­gie. Nous avons déci­dé de nous inté­res­ser exclu­si­ve­ment à la radio­thé­ra­pie externe au vu des nom­breuses inno­va­tions tech­no­lo­giques la concer­nant [5] [7]

A l’échelle inter­na­tio­nale, la France fait par­tie des pays les mieux dotés en équi­pe­ments de radio­thé­ra­pie (figure 4).

Il faut savoir, que le mar­ché mon­dial de la radio­thé­ra­pie est éva­lué à 6,3 mil­liards USD actuel­le­ment et devrait atteindre 8,1 mil­liards USD d'ici 2027 ce qui sou­ligne sa constante évo­lu­tion et son impor­tance. Les pro­grès tech­no­lo­giques en radio­thé­ra­pie, l'incidence crois­sante du can­cer et l'augmentation des inves­tis­se­ments sont les prin­ci­paux fac­teurs de crois­sance de ce mar­ché [7]. Les prin­ci­paux acteurs opé­rant sur le mar­ché mon­dial de la radio­thé­ra­pie externe sont Elek­ta AB, Sys­tèmes médi­caux Varian, IBA Radio­phar­ma Solu­tions, et Accuray.

II. La radiothérapie externe

1. Les principes biologiques

L’irradiation des tis­sus par un fais­ceau de rayons X de haute éner­gie pro­voque des lésions sur les tis­sus. Ain­si, les cel­lules sont prin­ci­pa­le­ment tou­chées au niveau de l’ADN, ce qui induit la mort cel­lu­laire, la muta­gé­ni­ci­té ou encore la can­cé­ro­gé­ni­ci­té des cel­lules saines. Néan­moins, cela peut être source d'effets indé­si­rables. [10]

En effet, au niveau géné­tique, la prin­ci­pale cible cri­tique est l’ADN [10]. Les rayons affectent les cel­lules essen­tiel­le­ment au niveau du génome, aus­si bien des cel­lules can­cé­reuses que des cel­lules saines, par des lésions de simple brin, double brin ou par la modi­fi­ca­tion des bases. (figure 5)

Les lésions de double brin sont les plus graves et la répa­ra­tion de la cel­lule est plus dif­fi­cile. Ces lésions  sont consi­dé­rées comme les prin­ci­pales res­pon­sables de l’effet létal des radia­tions ionisantes.

Il existe deux actions des rayon­ne­ments ioni­sants sur l’ADN   : 

• Action indi­recte : prin­ci­pa­le­ment par la radio­lyse de l’eau qui entraîne la for­ma­tion de radi­caux libres. Ces der­niers vont ensuite inter­agir avec les cel­lules et alté­rer leur ADN, la majo­ri­té des lésions sur­vien­draient via ce mécanisme.

• Action directe : par  l’ionisation directe des atomes de l’ADN. En une frac­tion de seconde, les cel­lules  subissent des alté­ra­tions ato­miques et molé­cu­laires engen­drées par le pas­sage des rayon­ne­ments ionisants.

Au niveau cel­lu­laire, les consé­quences des lésions sont diverses. Elles dépendent de la dose des rayon­ne­ments ioni­sants reçue par les cel­lules. On distingue :

• La mort cel­lu­laire immé­diate : il s’agit d’un phé­no­mène rare à cause d’une irra­dia­tion à forte dose (plu­sieurs cen­taines de Gy).
• La mort mito­tique dif­fé­rée : la cel­lule meurt durant les pro­chaines divi­sions sui­vantes. Ain­si il y a une perte de la capa­ci­té d’une cel­lule à pro­li­fé­rer de façon infinie.
• L'apoptose : on parle de méca­nisme de “mort cel­lu­laire pro­gram­mée”. C’est le pro­ces­sus par lequel une cel­lule déclenche son auto­des­truc­tion. Des études ont démon­tré que l’irradiation peut déclen­cher un méca­nisme d’induction de l’apoptose dans les lym­pho­cytes T CD4 hau­te­ment radio­sen­sibles [13].
• Muta­tions cel­lu­laires et can­cé­ri­sa­tion : si les ano­ma­lies de la molé­cule d'ADN ont été mal répa­rées et la cel­lule n'est pas éli­mi­née par un phé­no­mène d'apoptose, on aura alors une cel­lule mutante. Cette cel­lule a la capa­ci­té de pro­li­fé­rer et peut don­ner nais­sance à un can­cer [12].

Au niveau de l’organisme, on dis­tingue deux types d'effets secon­daires sur l'organisme selon la dose et l'organe irra­dié [14] :  

• Des effets à court terme, dits déter­mi­nistes : ils sont direc­te­ment liés aux lésions cel­lu­laires lors de fortes doses d’irradiation et pour les­quels il existe un seuil à ne pas dépasser. 

Ces effets se mani­festent géné­ra­le­ment de quelques jours à quelques semaines après l'exposition par des patho­lo­gies tissulaires.

• Des effets à long terme, dits sto­chas­tiques : ils se mani­festent d'une façon aléa­toire sur la forme des can­cers ou ano­ma­lies génétiques.

Ces effets appa­raissent géné­ra­le­ment plu­sieurs années après l’exposition.

Mécanisme de défense de la cellule tumorale à l’irradiation

Lorsqu’on uti­lise la radio­thé­ra­pie, les dégâts que l’on va appor­ter vont faire libé­rer des motifs molé­cu­laires asso­ciés aux dom­mages connus sous le nom de DAMP (Damage Asso­cia­ted Mole­cu­lar Pat­tern) [15]. Il en existe deux types :

• Le pre­mier visant à accroître la réponse tumo­rale et sur­tout sa résis­tance à la radio­thé­ra­pie (on peut citer comme exemple l'adénosine comme le signal d'alarme le plus courant)
• Le deuxième visant à détruire le microen­vi­ron­ne­ment de la tumeur.

La radio­thé­ra­pie externe peut donc réduire l'immunité anti­tu­mo­rale si elle n’est pas effi­ca­ce­ment contrô­lée. Le radio­thé­ra­peute doit être pré­cis et prendre le plus de pré­cau­tions pos­sible pour ne pas affec­ter les cel­lules non can­cé­reuses. Cela ris­que­rait d’être en faveur de la crois­sance tumorale.

2. Les principes physiques et technologies de la radiothérapie

L’irradiation du patient peut être réa­li­sée selon dif­fé­rentes méthodes, en fonc­tion du type de tech­no­lo­gie employée. De nos jours,  la tech­nique la plus répan­due est l’irradiation confor­ma­tion­nelle tri­di­men­sion­nelle [16]. Son but est d’irradier un volume se rap­pro­chant le plus pos­sible du volume tumo­ral afin de maxi­mi­ser l’effet de la dose sur la tumeur et d’épargner les tis­sus sains au voi­si­nage. Des outils numé­riques de simu­la­tion per­mettent d’exploiter les ima­ge­ries ana­to­miques obte­nues par tomo­den­si­to­mé­trie afin de visua­li­ser les volumes d’irradiation et tumo­ral. A cette tech­nique peut éga­le­ment être asso­ciée la modu­la­tion d’intensité où le niveau de dose est ajus­té en cours d’irradiation afin de pré­ser­ver les tis­sus sains, comme illus­tré dans la figure 7 , où les modu­la­tions de niveau de dose sont repré­sen­tées par des cou­leurs différentes.

Ces moda­li­tés d’irradiations sont déli­vrées par un accé­lé­ra­teur linéaire de par­ti­cule, équi­pe­ment fon­da­men­tal en radio­thé­ra­pie externe. Un accé­lé­ra­teur linéaire de par­ti­cule est com­po­sé d’un sys­tème de pro­duc­tion du fais­ceau de haute éner­gie (4 - 25 MeV) , d’une tête d’irradiation et d’une table de trai­te­ment à pla­teau car­bone (figure 8).

La pro­duc­tion du fais­ceau d’électrons de haute éner­gie est assu­rée par un canon à élec­tron cou­plé à une sec­tion linéaire d’accélération.

Le canon à élec­tron est consti­tué d’un tube à vide où un fila­ment de Tungs­tène est sou­mis à une inten­si­té élec­trique dont la tem­pé­ra­ture aug­mente jusqu’à l’ionisation : des élec­trons du cor­tège élec­tro­nique des atomes de Tungs­tène vont être arra­chés et libé­rés. Les élec­trons libres sont accé­lé­rés par une haute ten­sion entre l’anode et la cathode, creuses, puis foca­li­sés au centre de l’anode par l’intermédiaire d’une grille de contrôle vers la sec­tion accélératrice.

La sec­tion accé­lé­ra­trice, sous vide, est com­po­sée d’une suc­ces­sion de cavi­tés avec un ori­fice axial. Une onde de très haute fré­quence est émise par un magné­tron à l’intérieur de la sec­tion créant ain­si un champ élec­trique variable dans chaque cavi­té : sou­mis aux champs élec­triques suc­ces­sifs, les élec­trons sont accé­lé­rés pro­gres­si­ve­ment jusqu’à la sor­tie de la sec­tion. En sor­tie, les élec­trons de haute éner­gie sont foca­li­sés à tra­vers deux bobines :

• une bobine de foca­li­sa­tion qui façonne la taille du faisceau ;
• une bobine de pilo­tage qui assure le cen­trage du fais­ceau dans l’axe ;

La sec­tion accé­lé­ra­trice étant paral­lèle au plan dans lequel le patient est allon­gé, un ensemble d'électroaimants for­mant une tête de dévia­tion per­met de redres­ser le fais­ceau et de l 'homo­gé­néi­ser éner­gé­ti­que­ment. Les élec­trons peuvent être uti­li­sés en l’état pour trai­ter le patient, ou uti­li­sés pour pro­duire des rayons X. Le trai­te­ment par fais­ceau d'électrons n’est presque plus uti­li­sé aujourd’hui dans la mesure où il ne per­met que de trai­ter des cel­lules en super­fi­cie. De fait, les élec­trons sont envoyés sur une cible en tungs­tène en inter­agis­sant avec la matière par rayon­ne­ment de frei­nage , indui­sant des rayon­ne­ments X.

Ain­si, le fais­ceau de rayons X est géné­ré, col­li­ma­té et contrô­lé à l’intérieur de la tête d’irradiation. Des cônes com­pen­sa­teurs sont uti­li­sés pour ajus­ter le pro­fil du rayon­ne­ment qui a natu­rel­le­ment ten­dance à être plus éner­gé­tique en sur­face, et moins en péri­phé­rie. Dans le but de garan­tir l'homogénéité de l’irradiation sur toute la géo­mé­trie du champ, le fais­ceau est col­li­ma­té par deux lames plom­bées : on parle de col­li­ma­tion primaire.Au regard des niveaux d’énergies déli­vrées et des risques asso­ciées, une chambre d' ioni­sa­tion per­met de mesu­rer et contrô­ler le niveau d’énergie du fais­ceau produit.

Enfin, la der­nière étape consiste à col­li­ma­ter le fais­ceau en fonc­tion de la zone à irra­dier : un col­li­ma­teur com­po­sé de plu­sieurs lames plom­bées façonne le fais­ceau de manière à mini­mi­ser l’impact sur les tis­sus sains. Le réglage des lames est réa­li­sé à par­tir de la pla­ni­fi­ca­tion réa­li­sée par les phy­si­ciens, ou en temps réel sur cer­taines tech­no­lo­gies d’asservissement (figure 9).

3. La radioprotection

Notion de dose 

En terme de radio­pro­tec­tion, il convient de faire un rap­pel sur les notions de dose qui ont un effet déter­mi­nant sur l’apparition des effets ioni­sants. La dose de rayons est expri­mée en GRAY (abré­gé Gy) et 1 Gy = 1 joule absor­bée dans une masse de 1 kilo. 

Pour la plu­part des appli­ca­tions cli­niques, la dose déli­vrée est de 50 Gy en 25 frac­tions de 2 Gy. Pour des petites inter­ven­tions à un stade pré­coce, les doses sont éva­luées en mGy Pour les tumeurs, le trai­te­ment par radio­thé­ra­pie est admi­nis­tré pour des tailles supé­rieures à 4 cen­ti­mètres [20].

Conformité

Des régle­men­ta­tions ont été impo­sées dans les centres de radio­thé­ra­pie en confor­mi­té avec les cri­tères d’autorisation fai­sant de la radio­thé­ra­pie un gage de qua­li­té pour le patient [22]. C’est une des prio­ri­tés natio­nales concer­nant la sécu­ri­té et la qua­li­té de la radio­thé­ra­pie externe.

Ain­si, l’Institut de Radio­pro­tec­tion et de Sureté Nucléaire (IRSN) a ins­tal­lé sur le ter­ri­toire une veille per­ma­nente pour orga­ni­ser le par­cours du patient et assu­rer une bonne orien­ta­tion des actions à entre­prendre [23].

4. Les applications cliniques

De nom­breux can­cers peuvent être trai­tés par radio­thé­ra­pie externe. Ici, nous pren­drons comme exemple les deux patho­lo­gies les plus trai­tées : le can­cer du sein et le col de l'utérus.

Les cancers du sein 

C’est une des appli­ca­tions les plus visées par la radio­thé­ra­pie. Il s’agit du can­cer le plus fré­quent chez la femme [24].  Les risques concernent l’irradiation de la chaîne mam­maire interne.

Ici, la déci­sion doit être prise au cas par cas en fonc­tion du patient concer­né. Pour les symp­tômes, on observe une défor­ma­tion de la peau et un chan­ge­ment phy­sio­lo­gique du sein.

Les cancers gynécologiques (utérus, col de l’utérus, vagin) et urogénitaux (vessie, prostate)

Le can­cer de l’utérus est deve­nu le can­cer le plus fré­quent de l’appareil gyné­co­lo­gique et est clas­sé 12 ième des can­cers les plus fré­quents chez la femme [26]. On s’intéresse ici à la par­tie basse de l’utérus. Son ori­gine prin­ci­pale est une infec­tion par un virus trans­mis par voie sexuelle : le papil­lo­ma­vi­rus humain ou HPV. On constate qu’il y a envi­ron 3000 nou­veaux cas par an d’atteinte de can­cer du col de l’utérus. L’irradiation est pri­mor­dial pour un trai­te­ment local. Dans le cas de la radio­thé­ra­pie, elle est géné­ra­le­ment conco­mi­tante fai­sant inter­ve­nir la radio­thé­ra­pie externe et la curiethérapie.

Autres cas traités [10] :

• les can­cers de la sphère ORL (nez, oreilles, pha­rynx, larynx) et de la bouche
• les tumeurs cérébrales,
• les can­cers du poumon
• les can­cers du sang, de la moelle osseuse et des gan­glions (leu­cé­mies, mala­dies de Hodg­kin, lym­phomes non hodgkiniens)

5. Le parcours de soins en radiothérapie externe

Le par­cours de soins du patient en radio­thé­ra­pie externe est décou­pé en 5 grandes étapes au cours des­quelles dif­fé­rents acteurs inter­viennent (figure 13). On retrouve tout d’abord la consul­ta­tion pré-trai­te­ment puis le scan­ner de cen­trage, la pla­ni­fi­ca­tion, la phase de trai­te­ment et enfin le sui­vi post traitement. 

Le tout est assu­ré et sui­vi par un radio­thé­ra­peuthe. On retrouve éga­le­ment en grande majo­ri­té des mani­pu­la­teurs radio (figure 14) ain­si que les phy­si­ciens et les dosi­mé­tristes qui per­mettent d’assurer les dif­fé­rentes étapes du par­cours de soin.

III. Les innovations au sein du parcours patient en radiothérapie externe

1) La consultation pré-traitement

Lors de cette consul­ta­tion, l’oncologue radio­thé­ra­peute étu­die avec le patient l’ensemble de son dos­sier et pro­pose un pro­jet thé­ra­peu­tique adap­té. Des exa­mens com­plé­men­taires sont néces­saires avant de fina­li­ser les moda­li­tés de traitement.

C’est lors de ce ren­dez-vous que le patient peut poser des ques­tions pré­cises sur la mala­die : son stade, son évo­lu­tion pré­vi­sible, les trai­te­ments envi­sa­gés, leurs dérou­le­ments, leurs effets secon­daires ain­si que leurs ges­tions, etc….

Ce pre­mier entre­tien a pour but d’expliquer en détail le dérou­lé du trai­te­ment au patient qui va le rece­voir. En fonc­tion des anté­cé­dents (pre­mier can­cer ou réci­dive), les ques­tions et expli­ca­tions ne seront pas les mêmes. Le méde­cin prend le temps de répondre à toutes les inter­ro­ga­tions afin de ras­su­rer le patient.

Aujourd’hui le manque de méde­cins et l’augmentation du nombre de cas de can­cers a pour consé­quence une dimi­nu­tion du temps accor­dé à cette consul­ta­tion. De plus, il n'est pas tou­jours aisé de cal­mer l’angoisse que peut engen­drer la pre­mière séance de radio­thé­ra­pie et l’inconnu de ces machines et robots arti­cu­lés bien sou­vent impo­sants et impres­sion­nants qui tournent très proches autour du patient. Pour cal­mer ses angoisses, une inno­va­tion alliant réa­li­té vir­tuelle et radio­thé­ra­pie per­met­trait d’améliorer l’expérience du patient. Le patient lors de cette consul­ta­tion a alors la pos­si­bi­li­té de visua­li­ser grâce à un casque les étapes du trai­te­ment qu’il va rece­voir. Des études ont déjà été menées par l’Institut de Radio­thé­ra­pie Hart­mann à Leval­lois-Per­ret avec le pro­jet Vor­tHex [28] notam­ment, mais éga­le­ment par le Centre de can­cé­ro­lo­gie du grand Mont­pel­lier [29] .

Dans une démarche de per­son­na­li­sa­tion du trai­te­ment en radio­thé­ra­pie, de nou­veaux outils comme  la radio­mique [30] voient le jour, situés au croi­se­ment entre l’imagerie médi­cale et les mathé­ma­tiques. On s’intéresse ici à l’étude infor­ma­tique d’une très grande quan­ti­té de don­nées qui pro­viennent d’imagerie médi­cale (trans­for­mée d’une part numé­ri­que­ment puis trai­tée par la suite mathé­ma­ti­que­ment). Le but final serait d’apporter un trai­te­ment per­son­na­li­sé pour tous les patients en radio­thé­ra­pie. On retrouve deux objec­tifs : pou­voir pré­dire et pro­nos­ti­quer la réponse du trai­te­ment pour le patient atteint d’un can­cer trai­té en radio­thé­ra­pie et ain­si appor­ter une aide à la déci­sion en can­cé­ro­lo­gie mais éga­le­ment de pou­voir défi­nir une approche bio­lo­gique, en com­pre­nant les fac­teurs entraî­nant un can­cer pour ain­si chan­ger cer­taines pra­tiques. Pour l’instant, ce sont les centres hos­pi­ta­liers uni­ver­si­taires et les centres de luttes contre le can­cer qui s’intéressent à cette nou­velle tech­no­lo­gie. C’est une avan­cée majeure que la socié­té SOPHIA GENETICS déve­loppe en appli­quant sa tech­no­lo­gie radio­mique pour la recherche cli­nique en onco­lo­gie [31] . La figure 16 per­met de mettre en évi­dence l'intérêt de cette technique.

Sur la figure ci-des­sus, on a pu démon­trer que pour deux épais­seurs de coupes dif­fé­rentes (1.25 mm et 5 mm), nous avons la même pré­dic­tion de réponse au traitement.

L’autre enjeu serait de stan­dar­di­ser les don­nées. Ain­si le radio­thé­ra­peute devra adop­ter une méthode d’insertion des don­nées, qui sera implé­men­tée dans plu­sieurs centres sur une même base de don­nées. L’objectif serait d’avoir une meilleure approche des patients trai­tés par radio­thé­ra­pie grâce à la réa­li­sa­tion d'études mul­ti­cen­triques sur les effets secondaires.

2) Le scanner de centrage 

Le scan­ner de cen­trage, aus­si appe­lé scan­ner de mar­quage, dosi­mé­trique ou de  pré-trai­te­ment, est très impor­tant dans le par­cours de soin du patient. En effet, le but de ce scan­ner n’est pas de recher­cher des ano­ma­lies ou d’établir un diag­nos­tic mais de recueillir des infor­ma­tions pré­cises sur l’anatomie du patient pour pla­ni­fier au mieux le trai­te­ment. Ce scan­ner va per­mettre de déter­mi­ner la posi­tion dans laquelle le patient rece­vra les rayons X. C’est à par­tir de ces images que le phy­si­cien tra­vaille­ra, pour pré­pa­rer ce que l’on appelle la dosi­mé­trie, c'est-à-dire la quan­ti­fi­ca­tion de la dose sur la zone d’irradiation. Dif­fé­rents dis­po­si­tifs existent pour assu­rer une posi­tion constante au cours du traitement.

Le patient est allon­gé sur une table en car­bone, peu confor­table, mais indis­pen­sable pour essayer d’assurer un posi­tion­ne­ment iden­tique lors des dif­fé­rentes séances de trai­te­ment. La repro­duc­ti­bi­li­té de la posi­tion est carac­té­ri­sée selon le type de lésions et de tis­sus. Pour les patients atteints de lésions au cer­veau par exemple, des masques ther­mo­for­més sont mou­lés à la forme du visage qui peuvent s’étendre jusqu’au cou ou aux épaules. 

Ces masques seront ensuite vis­sés à la table en car­bone lors de chaque séance de radio­thé­ra­pie afin de retrou­ver au mieux la posi­tion de réfé­rence uti­li­sée pour la pla­ni­fi­ca­tion des rayons administrés.

De nou­veaux masques de trai­te­ment per­son­na­li­sés pour chaque patient voient le jour grâce à l'utilisation d'imprimante 3D. Un patient souf­frant d'un can­cer de la tête et du cou se pré­sente pour un trai­te­ment de radio­thé­ra­pie par exemple. Le plan de trai­te­ment pré­voit l'utilisation d'un masque de trai­te­ment pour main­te­nir la posi­tion du patient. Cepen­dant, le masque de trai­te­ment stan­dard dis­po­nible ne s'adapte pas bien au visage du patient et peut être incon­for­table à por­ter pen­dant de longues périodes. De plus, les masques ther­mo­for­més limitent le mou­ve­ment du patient jusqu’à moins de 2 mm [33][35][36].

Pour résoudre ce pro­blème, les méde­cins peuvent uti­li­ser une impri­mante 3D pour créer un masque de trai­te­ment per­son­na­li­sé qui s'adapte par­fai­te­ment au visage du patient. Ils peuvent uti­li­ser des images de tomo­den­si­to­mé­trie ou du scan­ner de cen­trage pour obte­nir un modèle 3D pré­cis de la tête et du cou du patient, puis uti­li­ser ces don­nées pour créer un fichier de modèle 3D qui peut être envoyé à une impri­mante 3D. L'imprimante imprime alors le masque de trai­te­ment sur mesure en uti­li­sant un maté­riau résis­tant aux rayons X, comme le poly­car­bo­nate. [37]. 

Ces dis­po­si­tifs per­son­na­li­sés per­mettent d’apporter au patient un plus grand confort lors de la séance de radio­thé­ra­pie tout en garan­tis­sant son immo­bi­li­sa­tion et en res­tant extrê­me­ment fidèles à son ana­to­mie. En termes de coût, l’achat d’une impri­mante 3D per­met de réduire le bud­get du centre de radio­thé­ra­pie dédié aux acces­soires pour ne plus l’externaliser. On peut citer dif­fé­rents construc­teurs comme 3D Sys­tems, Raise Pro2 et ulti­ma­ker 2+ par exemple qui à l’origine n’avait pas pour voca­tion d’être uti­li­sé en radiothérapie.

Des mar­quages sont effec­tués sur le corps du patient, à l’encre de chine (donc indé­lé­biles) pour ser­vir de repère et assu­rer un bon posi­tion­ne­ment. Les don­nées du scan­ner seront uti­li­sées d’abord par le méde­cin pour défi­nir avec pré­ci­sion les zones à trai­ter et les zones à pro­té­ger des rayons, c’est ce qu’on appelle le contou­rage. Elles seront ensuite trans­mises aux phy­si­ciens et dosi­mé­tristes qui étu­die­ront la répar­ti­tion de la dose de radio­thé­ra­pie que le patient rece­vra.  Pour les patients atteints d’un can­cer du sein, des dis­po­si­tifs aidant au posi­tion­ne­ment sont ajou­tés à la table en car­bone, afin que le scan­ner de cen­trage se fasse les bras levés au-des­sus de la tête.

Ain­si, pour opti­mi­ser la posi­tion du patient de nou­velles tech­no­lo­gies voient le jour comme la sur­veillance radio­gra­phique et ther­mique (figure 19). Une entre­prise alle­mande Brain­Lab pro­pose un nou­vel outil d’extrême pré­ci­sion au ser­vice de la radio­thé­ra­pie : Exac­Trac Dyna­mic [38]. 

Exact­Trac Dyna­mic offre une approche alter­na­tive du posi­tion­ne­ment et une sur­veillance de pré­ci­sion infra mil­li­mé­trique en radio­thé­ra­pie. Le sys­tème se com­pose d’un sys­tème de radio­thé­ra­pie externe clas­sique (tubes à rayons X)  mais on retrouve en plus deux détec­teurs à pan­neau plat mon­tés et dif­fé­rentes camé­ras (camé­ra ther­mique 4D qui contient un pro­jec­teur à lumière struc­tu­rée, deux camé­ras haute réso­lu­tion et une camé­ra ther­mique intégrée)

La posi­tion de la camé­ra ther­mique 4D  per­met un champ de vision déga­gé, pen­dant le trai­te­ment sans risque d'occlusions cau­sées par le por­tique. Le sys­tème peut être exploi­té dans deux modes dif­fé­rents. Le pre­mier per­met de pré-posi­tion­ner gros­siè­re­ment le patient avant le trai­te­ment et le deuxième mode est uti­li­sé pour suivre le mou­ve­ment intra-frac­tion du patient. Les tubes à rayons X mon­tés au sol offrent la pos­si­bi­li­té d'acquérir des images en direct mon­trant les struc­tures osseuses, les repères et les tis­sus mous. Grâce à leurs posi­tions et leurs indé­pen­dances par rap­port à l’accélérateur, l'imagerie par rayons X intra-frac­tion est pos­sible à tout moment et avec une faible dose d'imagerie. Cette moda­li­té d'imagerie est essen­tielle pour évi­ter une irra­dia­tion inutile. De plus, la pos­si­bi­li­té d'acquérir rapi­de­ment des images radio­gra­phiques sté­réo­sco­piques sans faire pivo­ter la table peut dimi­nuer le temps d'installation du patient [38].

3) La planification

C’est le phy­si­cien médi­cal qui est char­gé de la pla­ni­fi­ca­tion du trai­te­ment de la tumeur, il tra­vaille des­sus sur un temps impar­ti avant le début du trai­te­ment et doit ensuite faire vali­der sa pro­po­si­tion au méde­cin. Par ailleurs, les dos­siers sont tou­jours revé­ri­fiés au sein même de l'équipe des phy­si­ciens avant d’être envoyés en poste défi­ni­ti­ve­ment. Cela réduit de manière consi­dé­rable le risque d’erreur.

Les phy­si­ciens et dosi­mé­tristes tra­vaillent sur un logi­ciel leur per­met­tant de faire la pla­ni­fi­ca­tion du trai­te­ment qui sera déli­vré à par­tir des images obte­nues avec le scan­ner de cen­trage. Ce logi­ciel dépend de chaque hôpi­tal et de son équi­pe­ment, la figure 20 en montre un exemple.

Lorsque le patient a effec­tué son scan­ner de posi­tion­ne­ment , le radio­thé­ra­peute va iden­ti­fier les volumes cibles qui doivent rece­voir une irra­dia­tion. Il va alors contou­rer les images du scan­ner de cen­trage qui lui auront été trans­mises. L'émergence de l’intelligence arti­fi­cielle en contou­rage à fait ses preuves, son uti­li­sa­tion com­mence à se démo­cra­ti­ser et per­met au phy­si­cien de gagner du temps. Les contours appe­lés GTV pour Gross Tumor Volume, qui va défi­nir le volume de la tumeur en elle-même et CTV pour Cli­ni­cal Tar­get Volume, expan­sion du volume tumo­ral pour prendre en compte la mala­die infraclinique.

Le phy­si­cien reçoit alors le scan avec ces deux contours et va lui rajou­ter le PTV pour Plan­ning Tar­get Volume, pour prendre en compte les dif­fi­cul­tés de posi­tion­ne­ment et les mou­ve­ments du patient pen­dant son trai­te­ment (figure 21). Ce volume est construit par l'expansion du CTV. Le PTV reçoit la dose mini­mum pres­crite par le méde­cin radiothérapeute.

Il faut éga­le­ment prendre en compte le fait que le corps garde en mémoire chaque dose de rayons reçus. En prin­cipe, on pré­fère esti­mer que les effets des rayons ne s’estompent pas avec le temps qui passe. C’est pour­quoi lors d’une pla­ni­fi­ca­tion, le phy­si­cien va tou­jours prendre en compte la quan­ti­té de rayons qui a déjà été reçue par les tis­sus aupa­ra­vant et va tra­vailler avec plu­sieurs para­mètres tels que le tableau de tolé­rance de dose aux organes à risque et l’histogramme dose/volume pour res­pec­ter les contraintes. Évi­dem­ment plus la zone a déjà été irra­diée (réci­dive de can­cer ayant déjà été trai­tée par radio­thé­ra­pie par exemple) plus la pla­ni­fi­ca­tion devient difficile.

Toute la dif­fi­cul­té de la pla­ni­fi­ca­tion réside dans le fait de suf­fi­sam­ment irra­dier le volume tumo­ral, sans abî­mer les tis­sus sains aux alen­tours. C’est pour­quoi, l'analyse de la dis­tor­sion géo­mé­trique en Ima­ge­rie par Réso­nance Magné­tique (IRM)  peut être béné­fique pour la radio­thé­ra­pie externe. En effet, l’Imagerie par réso­nance magné­tique l’IRM est une moda­li­té de plus en plus uti­li­sée et cou­plée au scan­ner de cen­trage (mise en place lors de l'étape de scan­ner de cen­trage, acqui­si­tion d'image d'IRM). Cepen­dant les images pré­sentent sys­té­ma­ti­que­ment des dis­tor­sions géo­mé­triques pou­vant atteindre jusqu'à plu­sieurs cen­ti­mètres dans cer­taines régions. Il est donc impor­tant de pou­voir quan­ti­fier et cor­ri­ger les dis­tor­sions pour amé­lio­rer la prise en charge du patient à l’aide de fan­tômes, comme celui déve­lop­pé par Spin Up le car­te­sian 3D cou­plé au logi­ciel Spin TK. Dif­fé­rentes étapes doivent être mise en place :

Ils per­mettent à la fois de quan­ti­fier la dis­tor­sion obser­vée mais de cor­ri­ger le contour faus­sé à tra­vers le logi­ciel, et ain­si entraî­ner les modi­fi­ca­tions dosi­mé­triques nécessaires.

4) Le traitement

La durée d’une séance avec pré­pa­ra­tion du patient com­prise est d’environ 10 minutes ce qui est  rela­ti­ve­ment court. Le temps d’irradiation lui, est seule­ment de quelques minutes. Le plan de trai­te­ment com­porte géné­ra­le­ment entre 15 à 40 séances répar­ties sur une durée oscil­lant entre 3 à 7 semaines pour la radio­thé­ra­pie externe [20][23] . La salle de trai­te­ment est divi­sée en deux parties :

On retrouve le bun­ker, qui consti­tue la salle même où le patient reçoit son trai­te­ment. Les murs de celui-ci sont très épais (1 m envi­ron) et la porte blin­dée l’est éga­le­ment pour per­mettre une pro­tec­tion opti­male du per­son­nel lorsque le trai­te­ment est en cours. On y trouve à l’intérieur les accé­lé­ra­teurs de par­ti­cules, avec une  table pour allon­ger le patient. Dans cette salle  se trouvent éga­le­ment les conten­tions, mou­lées lors du pre­mier scan­ner. On retrouve éga­le­ment, une par­tie « zone de contrôle » pour les mani­pu­la­teurs de radio­thé­ra­pie qui contient plu­sieurs écrans qui ont dif­fé­rentes fonctions : 

• Un écran avec les infor­ma­tions médi­cales du patient, 
• Un écran affi­chant plu­sieurs vues de camé­ra dis­po­sées à  l’intérieur du bunker ,
• Un écran qui affiche les fais­ceaux pen­dant le traitement , 
• Un écran affi­chant le scan­ner de posi­tion­ne­ment du patient , com­pa­ré à une acqui­si­tion d’images par rayons X obte­nue à l’aide d’un sys­tème d’imagerie por­tale cou­plé à l’accélérateur, pour véri­fier que le posi­tion­ne­ment est bien le même. S’il y a  une  dif­fé­rence de posi­tion­ne­ment , la table de trai­te­ment est mobile et contrô­lable à dis­tance par les manipulateurs.

La radio­thé­ra­pie clas­sique délivre une dose au patient tou­jours au même empla­ce­ment et à chaque séances, en fai­sant l'hypothèse que les organes et la tumeur ne subissent aucune modi­fi­ca­tion pen­dant la phase de trai­te­ment sur plu­sieurs semaines. En réa­li­té, cette hypo­thèse est fausse. On peut prendre comme exemple, la forme des organes au voi­si­nage de la tumeur située au niveau de l’abdomen qui subit des  varia­tions ana­to­miques liées au niveau de rem­plis­sage de l'estomac, des intes­tins ou du rec­tum. Il y a donc une modi­fi­ca­tion du volume, d’où l'intérêt de la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive. Ce prin­cipe repose sur l’adaptation du trai­te­ment en fonc­tion du volume et de l'emplacement de la tumeur en cal­cu­lant la dis­tri­bu­tion de dose à chaque nou­velle séance. Les nou­velles machines de radio­thé­ra­pie dis­posent d'imagerie embar­quée comme la tomo­den­si­to­mé­trie, l’imagerie par réso­nance magné­tique (IRM) ou la tomo­gra­phie par émis­sion de posi­tons (TEP), et ouvrent la voie à cette moda­li­té de radio­thé­ra­pie, en adap­tant la situa­tion ana­to­mique du patient à tra­vers un scan­ner acquis au début de la séance [41].

L’intelligence arti­fi­cielle aus­si est l’une des clés de suc­cès de la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive : elle offre ses per­for­mances, tant pour la seg­men­ta­tion auto­ma­tique de nou­veaux empla­ce­ments des organes, que pour l’optimisation intel­li­gente de la dose [42] . Il existe deux types de radio­thé­ra­pie adap­ta­tive : la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive online (qui se déroule lorsque  le patient est sur la table de trai­te­ment) et la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive offline (c’est-à-dire entre les séances de trai­te­ment [41]) : 

• Le TEP-Linac peut per­mettre une adap­ta­tion du trai­te­ment de type off-line
• L'IRM-Linac est tout par­ti­cu­liè­re­ment adap­tée à la pla­ni­fi­ca­tion on-line

Les avan­tages de la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive sont notam­ment l'amélioration de la pré­ci­sion sur le volume irra­dié et la dimi­nu­tion de la toxi­ci­té sur les tis­sus sains (figure 23) . Cepen­dant, cette  tech­no­lo­gie engendrent des modi­fi­ca­tions majeures sur le plan de trai­te­ment avec des nou­veaux rôles pour chaque acteur. Il y a donc un sur­coût en res­sources humaines ce qui influence sys­té­ma­ti­que­ment la tari­fi­ca­tion du traitement. 

On retrouve aus­si la radio­thé­ra­pie hybride. A la dif­fé­rence de la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive néces­si­tant plu­sieurs séances, elle per­met de déli­vrer la dose maxi­male à la tumeur tout en épar­gnant les organes à risques. Le but de cette der­nière est de déli­vrer la dose maxi­male à la tumeur tout en épar­gnant les organes à risques. En effet, il est très dif­fi­cile d’épargner les cel­lules saines en cas de modi­fi­ca­tions volu­mé­triques de la tumeur. L'apport de l'imagerie fonc­tion­nelle par TEP et la pré­ci­sion des tis­sus mous par IRM per­met d'envisager une radio­thé­ra­pie adap­ta­tive opti­mi­sée. Actuel­le­ment, l'IRM-linac per­met une radio­thé­ra­pie adap­ta­tive basée sur l'anatomie le jour même. La radio­thé­ra­pie adap­ta­tive a éga­le­ment été déve­lop­pée à l'aide de la TEP et de divers tra­ceurs pour tenir compte des chan­ge­ments inter­ac­tion­nels dans la bio­lo­gie tumorale.

On  retrouve : L’IRM-Linac qui est un sys­tème hybride inté­grant une machine d'imagerie par réso­nance magné­tique (IRM) à haut champ magné­tique avec éga­le­ment un accé­lé­ra­teur linéaire gui­dant la radio­thé­ra­pie. Il existe actuel­le­ment deux solu­tions cli­niques sur le mar­ché (Uni­ty®, Elek­ta AB, Stock­holm, Swe­den et MRI­dian®, Vie­wRay Inc., Cle­ve­land, OH, USA) [43].

On obtient ain­si un meilleur contraste  notam­ment pour les tis­sus mous par rap­port à l’imagerie par les rayons X, et d’autre part l’absence de radia­tions ionisantes.

Un IRM-Linac offre la pos­si­bi­li­té d'un sui­vi en temps réel entre et pen­dant les frac­tions directes de la cible, afin de trai­ter les tumeurs can­cé­reuses avec une plus grande pré­ci­sion et d’épargner les tis­sus sains péri­phé­riques. De plus, elle apporte des approches fonc­tion­nelles qui ouvrent des pers­pec­tives inté­res­santes pour la radio­thé­ra­pie adap­ta­tive [43].

Concer­nant le PET-Linac : c’est la com­bi­nai­son d’un accé­lé­ra­teur linéaire  gui­dé par un PET scan.

Le prin­cipe est le sui­vant : lorsque les tumeurs émettent des pho­tons pro­ve­nant de l'absorption radio­phar­ma­ceu­tique, ces pho­tons sont détec­tés par le com­po­sant TEP du sys­tème. L'accélérateur linéaire capte alors ce signal, puis ren­voie ses propres pho­tons, uti­li­sés pour détruire les cel­lules à des doses pré­ci­sé­ment ciblées. La socié­té RefleXion Medi­cal est la seule à déve­lop­per un sys­tème PET-Linac.

Le prin­ci­pal avan­tage du TEP-Linac est qu'il peut four­nir un trai­te­ment à plu­sieurs sites de can­cer à la fois, ce qui est essen­tiel pour trai­ter une méta­stase en même temps que la tumeur pri­maire. Le sys­tème peut trai­ter cinq à dix sites de can­cer en une seule séance, contre un à trois sites pour une uni­té de radio­thé­ra­pie conven­tion­nelle. Il peut éga­le­ment être uti­li­sé pour un can­cer à site unique. Cette inno­va­tion ouvre des pers­pec­tives inté­res­santes vis-à-vis de la ges­tion des mou­ve­ments et de la prise en compte de l’hétérogénéité tumo­rale [45].Les séances en radio­thé­ra­pie externe sont majo­ri­tai­re­ment réa­li­sées en ambu­la­toire, c'est -à -dire que le patient se rend chaque jour au centre pour être irra­dié. Tou­te­fois en France, mal­gré l'augmentation sur  les vingt der­nières années du nombre de centres de radio­thé­ra­pie et des équi­pe­ments, il sub­siste une cer­taine inéga­li­té d’implantation des centres selon les régions. En effet, même dans les régions bien équi­pées, les allers retours chaque jour res­tent par­fois longs, contrai­gnants,  fati­gants et coû­teux. A titre d'exemple, la carte des centres de radio­thé­ra­pie en Hauts de France  (figure 27) sou­ligne le manque d’équipement dans la Somme où les deux centres se trouvent à Amiens ce qui peut poser pro­blème pour les habi­tants ruraux.

La réduc­tion du nombre de séances de trai­te­ment est donc un des axes per­met­tant d’améliorer le par­cours de soins des patients en radio­thé­ra­pie, et c’est là tout l’objet de l’innovation de la FLASH radio­thé­ra­pie. Cette nou­velle tech­nique consiste en une irra­dia­tion à très haut débit de dose sur une très courte période tem­po­relle. C’est en 2014 que celle-ci est décou­verte par l’équipe de Vincent Favau­don  dans les labo­ra­toires de l’Institut Curie à Orsay [47]. Au-delà de ce gain de temps pro­met­teur, cette inno­va­tion per­met­trait  éga­le­ment de mieux détruire les cel­lules tumo­rales tout en amé­lio­rant la pré­ser­va­tion des tis­sus. En termes de chiffres,  le débit de dose moyen en radio­thé­ra­pie conven­tion­nelle est d’environ 4 Gray/min contre 100 Gray/sec avec la FLASH. Le temps de trai­te­ment est donc dras­ti­que­ment réduit et passe de plu­sieurs minutes à quelques millisecondes.

En France, l’Institut Curie mène des recherches dans ce domaine. En 2021 un dis­po­si­tif unique de pla­te­forme de recherche expé­ri­men­tale a été ins­tal­lé sur le site d’Orsay, suite à une col­la­bo­ra­tion avec l’entreprise ita­lienne SIT depuis 2019 : l’ElectronFlash (figure 28).

Cette pla­te­forme va per­mettre de nou­velles études in vitro et pré­cli­niques qui sont néces­saires avant le pas­sage en phase cli­nique. En Juillet 2022, l’institut Curie et le groupe Thales ont annon­cé vou­loir créer une filière fran­çaise et euro­péenne de thé­ra­pie Flash VHEE (Very High Ener­gy Elec­tron) avec comme objec­tif un déploie­ment d’ici 2028 des ins­tal­la­tions Flash dans les hôpi­taux [48].

L’irradiation par rayons X de haute éner­gie demeure ris­quée dans cer­taines appli­ca­tions cri­tiques. De ce fait, cher­cheurs, méde­cins et indus­triels ont cher­ché à mettre en œuvre une tech­nique d’irradiation per­met­tant de s’affranchir des contraintes dosi­mé­triques : la pro­ton­thé­ra­pie. Cette moda­li­té de radio­thé­ra­pie externe repose sur l’application d’un fais­ceau de pro­tons de haute éner­gie sur les tis­sus can­cé­reux, en vue de la des­truc­tion des cel­lules cancéreuses.

L'intérêt de la pro­ton­thé­ra­pie réside dans la phy­sique des pro­tons et les inter­ac­tions asso­ciées. Pour rap­pel, un pro­ton est une par­ti­cule char­gée posi­ti­ve­ment consti­tuant, avec les neu­trons, le noyau d’un atome. Lorsqu’un pro­ton accé­lé­ré tra­verse des tis­sus bio­lo­giques, il va inter­agir avec les élec­trons de la matière qui vont le frei­ner jusqu’à son arrêt et sa dis­pa­ri­tion. Cela va induire une libé­ra­tion de son éner­gie ciné­tique dans l’environnement. On parle donc de pou­voir d'arrêt pour carac­té­ri­ser la perte éner­gé­tique du pro­ton en fonc­tion de la pro­fon­deur de matière. Le pou­voir d'arrêt des pro­tons est fonc­tion de leur vitesse de pro­pa­ga­tion et  de la den­si­té des tis­sus. Ain­si, plus l’énergie ciné­tique des pro­tons est éle­vée, plus leur pro­fon­deur d’arrêt (où l’énergie est cédée à l’environnement) est impor­tante. La figure 30 pré­sente les dif­fé­rents pro­fils de dose en fonc­tion de la pro­fon­deur du tis­su, pour dif­fé­rentes par­ti­cules. On peut y obser­ver l’impact du niveau d’énergie des pro­tons sur la pro­fon­deur de libé­ra­tion de la dose, ain­si que le pic de Bragg, qui désigne le pic de libé­ra­tion d’énergie lors de l'arrêt des pro­tons. A titre com­pa­ra­tif, les fais­ceaux de rayons X et d’électrons ne libèrent leurs éner­gies ciné­tiques sous forme de dose qu'uniquement en super­fi­cie [50] [51].

Ces pro­prié­tés phy­siques offrent donc des inté­rêts balis­tiques et dosi­mé­triques signi­fi­ca­tifs dans le cadre d’irradiations de tumeurs. Concer­nant la balis­tique, l’énergie ciné­tique ini­tiale étant pro­por­tion­nelle à la pro­fon­deur, il est pos­sible de déter­mi­ner avec pré­ci­sion (de l’ordre du mil­li­mètre) la pro­fon­deur à laquelle les tis­sus vont être irra­diés. Du point de vue dosi­mé­trique, le cen­trage du pic de Bragg sur la zone à irra­dier per­met de pro­té­ger consi­dé­ra­ble­ment les tis­sus sains. De plus, une fois l'énergie libé­rée, les pro­tons dis­pa­raissent : ils ne sont donc pas tra­ver­sant comme les rayons X. La figure 31 repré­sente deux simu­la­tions d’irradiation céré­brale res­pec­ti­ve­ment par rayons X et par pro­tons, où les niveaux de dose dépo­sée sont gra­dués de manière crois­sante du bleu au rouge. Il appa­raît clai­re­ment que pour une même tumeur céré­brale, la pro­ton­thé­ra­pie per­met de pro­té­ger les tis­sus à l’arrière du crâne [51] [52].

La pro­ton­thé­ra­pie est par­ti­cu­liè­re­ment recom­man­dée lorsque la radio­thé­ra­pie par rayons X est trop ris­quée, notam­ment, en pédia­trie, en oph­tal­mo­lo­gie, où le cris­tal­lin est par­ti­cu­liè­re­ment radio­sen­sible, en neu­ro­lo­gie, pour le trai­te­ment de can­cers de la colonne ver­té­brale en pneu­mo­lo­gie, en séno­lo­gie, lorsque les tis­sus ont déjà été irra­diés [50], [53] . En pra­tique, une ins­tal­la­tion de pro­ton­thé­ra­pie néces­site une ins­tru­men­ta­tion lourde, com­pre­nant un accé­lé­ra­teur de par­ti­cule pour la pro­duc­tion de pro­tons et d’un ou plu­sieurs bras iso­cen­trique, en fonc­tion du nombre de salles. En effet, un accé­lé­ra­teur peut être uti­li­sé pour plu­sieurs salles de trai­te­ment (figure 32).

Le bras iso­cen­trique désigne la tête d’irradiation pré­sente dans la salle de trai­te­ment (figure 33).

Le prin­cipe d’irradiation le plus récent est le pen­cil beam scan­ning [55]. Lorsque le fais­ceau de pro­tons pro­duit par l’accélérateur de par­ti­cule arrive au niveau du bras iso­cen­trique, il tra­verse un modu­la­teur qui per­met de sélec­tion­ner le niveau d’énergie (donc de sélec­tion­ner la pro­fon­deur), puis un jeu d'électro-aimants per­met de faire varier l’orientation du fais­ceau dans les trois dimen­sions. Ain­si, cette tech­nique per­met de trai­ter un volume entier par couches suc­ces­sives, de la plus pro­fonde à la moins pro­fonde, tout en pro­té­geant le reste des tis­sus (figure 34).

La pro­ton­thé­ra­pie pré­sente des avan­tages consi­dé­rables en termes de pré­ci­sion, d'efficacité et de radio­pro­tec­tion. Néan­moins, les contraintes liées à l’installation et au coût rendent cette tech­nique encore peu répan­due : la France compte actuel­le­ment 3 centres équi­pés [56] .

L’efficacité de la radio­thé­ra­pie externe conven­tion­nelle peut être limi­tée pour cer­tains patients dû aux doses néces­saires pour détruire le tis­su can­cé­reux. C’est pour­quoi l’utilisation de nano­par­ti­cules cou­plé à celle-ci est pro­met­teuse [57] [58].  

Nano­bio­tix à déve­lop­pé NBTXR3 : un “radio enhan­cer” com­po­sé de nano­par­ti­cules d’oxyde d’hafnium d’environ 50 nano­mètres. Cette nano­par­ti­cule a été mise en place pour détruire les tumeurs lorsqu’elles sont acti­vées par les rayons X. D’après les dif­fé­rents retours cli­niques lorsque la NBTXR3 est active, cela per­met de mul­ti­plier par 9 l'énergie qui sera alors absor­bée par la tumeur. De plus, elle per­met l’accroissement de la dose déli­vrée en indui­sant la des­truc­tion des tis­sus tumo­raux mais sans aug­men­ter les dom­mages pour les tis­sus sains à proxi­mi­té [58] [59].

Concer­nant le mode d’action, les nano­par­ti­cules sont  de forme sphé­rique et vont être direc­te­ment injec­tés dans la tumeur avant de com­men­cer le trai­te­ment en radio­thé­ra­pie via une injec­tion (piqure direc­te­ment dans la tumeur avec l'aide d'un écho­graphe). Toute l'ergonomie (taille, forme, charge de sur­face…) a été pen­sée et créée pour aug­men­ter son absorp­tion par les cel­lules tumo­rales et ain­si amé­lio­rer le trai­te­ment par la suite. Après avoir été injec­tés dans la tumeur, les nano­par­ti­cules vont alors s'amasser au niveau des cel­lules can­cé­reuses  sous forme de clus­ter tout en res­tant inactives.

Une fois acti­vés par les rayons X, NBTXR3 aug­mente de manière consi­dé­rable l'énergie absor­bée et amé­liore ain­si la dose déli­vrée. Après chaque séance de radio­thé­ra­pie, les nano­par­ti­cules retournent à leurs état inac­tif : les rayon­ne­ments peuvent donc être appli­qués de manière répé­ti­tive avec seule­ment une seule injec­tion. Cette nou­velle solu­tion pour trai­ter le can­cer à obte­nu un mar­quage CE pour le trai­te­ment du sar­come des tis­sus mous loca­le­ment avan­cé le 4 Avril 2019. De nom­breuses études cli­niques et cer­ti­fi­ca­tions sont actuel­le­ment en cours pour d’autres can­cers (dif­fé­rentes ana­to­mies) et pour­raient ain­si révo­lu­tion­ner le trai­te­ment en radio­thé­ra­pie externe [58] [59].

5) Le suivi post-traitement

Une fois le plan de trai­te­ment ter­mi­né, le radio­thé­ra­peute revoit régu­liè­re­ment le patient qui a reçu les soins pour éva­luer l'efficacité de la radio­thé­ra­pie sur le can­cer et faire un sui­vi des effets indé­si­rables que les rayons auraient pu engen­drer. Des scan­ners et IRM sont pres­crits quelques mois après pour s’assurer que la tumeur a bien réduit en taille et qu’elle ne conti­nue pas de gros­sir. Concer­nant les effets indé­si­rables on peut retrou­ver des alté­ra­tions de la muqueuse. Cela se tra­duit par des inflam­ma­tions, pou­vant être dou­lou­reuse et per­tur­ber l’organisme du patient.

Des inflam­ma­tions de la muqueuses peuvent appa­raître (on parle alors de mucite). Aujourd'hui, l'utilisation du sty­lo laser à basse éner­gie per­met de limi­ter ces effets indé­si­rables en trai­tant l'inflammation dès qu'elles appa­raissent après une séance de radio­thé­ra­pie. On parle alors de pho­to­bio­mo­du­la­tion. Cepen­dant, ce pro­cé­dé reste fas­ti­dieux à cause de la mani­pu­la­tion point par point sur la peau et repré­sente un coût non négligeable.

Neo­med­light est une socié­té qui déve­loppe une inno­va­tion thé­ra­peu­tique appor­tant une alter­na­tive à l’utilisation du sty­lo laser dans les moyens de lutte contre les effets indé­si­rables de la radio­thé­ra­pie : l'utilisation d'un tex­tile lumi­neux grâce au dis­po­si­tif CareMin650 [60] [61].  

De ce fait, le dis­po­si­tif a per­mis d'augmenter les effets de la pho­to­bio­mo­du­la­tion. Par rap­port à l'utilisation du sty­lo laser, CareMin650 per­met d’augmenter la sur­face de contact de la peau et de rendre le trai­te­ment rapide et indo­lore (10 minutes contrai­re­ment à 45 minutes avec le sty­lo laser) et il est  moins coû­teux. Pour l’instant, le dis­po­si­tif reste en phase cli­nique, mais les résul­tats res­tent pro­met­teurs et pour­raient être une avan­cée inté­res­sante par­ti­cu­liè­re­ment pour les patients atteints d’un can­cer ORL [61].

De plus, la télé­con­sul­ta­tion est aus­si uti­li­sée pour la radio­thé­ra­pie afin d’évaluer la chro­ni­ci­té des can­cers. On parle alors de télé onco­lo­gie pour dési­gner l’ensemble des pra­tiques numé­riques en lien avec le sui­vi à dis­tance des patients. Aujourd'hui, plu­sieurs dis­po­si­tifs sont uti­li­sés pour la télé onco­lo­gie [62]. L’information de la pra­tique peut être fas­ti­dieuse pour les per­sonnes âgées atteint du can­cer qui ne sont pas à l’aise avec ce type de consul­ta­tion [63] [64]. Ces der­niers temps, des outils tel la dic­tée numé­rique se déve­loppent et s'adaptent au domaine médi­cal per­met­tant ain­si de gagner du temps et de rendre effi­cace la créa­tion des dos­siers médi­caux patients. C’est une des prio­ri­tés iden­ti­fiées par les méde­cins qui ont fait part de leurs exi­gences pour un meilleur confort que la dic­tée ana­lo­gique rela­ti­ve­ment fas­ti­dieuse pour les secré­taires médi­cales qui n'est pas spé­ci­fique à la radio­thé­ra­pie externe[65] . 

Exemple : le dis­po­si­tif Dig­ta­Soft Voice medi­cal est un des outils per­met­tant de répondre aux exi­gences des pro­fes­sion­nels de san­té dans sa dic­tée. Le dis­po­si­tif intègre un lexique médi­cal pour la méde­cine et ses spé­cia­li­tés. Le point fort : Dig­ta­Soft pro­pose des modèles rap­ports de diag­nos­tic déjà éta­blis. Ain­si, avec une uti­li­sa­tion adap­tée à la fonc­tion du pra­ti­cien, Dig­ta­Soft faci­lite le tra­vail du radio­thé­ra­peute en lui fai­sant gagner du temps pour se consa­crer davan­tage au sui­vi du patient [66]  . Enfin, la der­nière idée est que le patient rap­porte lui-même ses symp­tômes après le trai­te­ment au radio­thé­ra­peute. On parle de PRO (patients repor­ted out­comes), il s’agit d’une fiche que le patient rem­plit tout seul indé­pen­dam­ment de l’oncologue.  Le Natio­nal Can­cer Ins­ti­tute (NCI) [67] a créé un sys­tème d’enregistrement des sai­sies du patient en ligne du nom d’ePRO. En France, ce sys­tème n’est pas encore uti­li­sé à un niveau natio­nal. Cepen­dant, depuis l’adoption de la réforme du sys­tème de san­té “Ma san­té 2022” [68] pour amé­lio­rer le sys­tème de soins, l’implémentation des PRO est for­te­ment sou­te­nue par l’HAS qui sou­haite déployer son uti­li­sa­tion sur le ter­ri­toire natio­nal [69].

Conclusion

Les inno­va­tions en radio­thé­ra­pie ont pour prin­ci­pal but une amé­lio­ra­tion des résul­tats obte­nus lors du trai­te­ment tout en gar­dant une maî­trise des doses déli­vrées aux patients. Tou­te­fois nous avons pu voir au cours de nos recherches que ces inno­va­tions prennent place à chaque étape du par­cours de soins du patient. En met­tant le patient au cœur des objec­tifs, cer­taines entre­prises déve­loppent des solu­tions inno­vantes per­met­tant aux per­sonnes soi­gnées de mieux vivre cette étape dif­fi­cile de leur vie. L’innovation en radio­thé­ra­pie doit répondre à de nom­breux défis que se soit sur l’aspect cli­nique, socié­tal ou encore technique.

Les inter­views que nous avons pu avoir avec dif­fé­rents acteurs du sec­teur de la radio­thé­ra­pie nous ont aus­si per­mis de prendre du recul sur la per­ti­nence de cer­taines inno­va­tions. De plus, de nom­breuses alter­na­tives voient le jour avec l’utilisation des ultra­sons ou encore la cryo­gé­nie qui ouvrent de nou­velle voies de gué­ri­son dans la lutte contre le can­cer et qui pour­raient peut être à terme rem­pla­cer l’utilisation des rayons X. Cepen­dant, avec les der­nières annonces en novembre 2022 de la signa­ture d’un accord entre le  Conseil euro­péen pour la recherche nucléaire (CERN), le Centre hos­pi­ta­lier uni­ver­si­taire vau­dois (CHUV) et la socié­té THERYQ concer­nant : le déve­lop­pe­ment d’un dis­po­si­tif médi­cal per­met­tant des essais cli­niques de flash radio­thé­ra­pie d’ici 2025 et l’espoir d’une nou­velle solu­tion de trai­te­ment en radio­thé­ra­pie semble plus concret.

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