Les techniques de radiothérapie

On distingue classiquement la radiothérapie externe où la source de rayonnement ionisant est située à distance du patient, et la curiethérapie où la source est placée dans les tissus du patient, à l’intérieur ou au plus prêt de la tumeur. Nous n'aborderons ici que les aspects de radiothérapie externe.
L’irradiation est effectuée au moyen d’accélérateurs de particules produisant des faisceaux de photons ou d’électrons d’énergie comprise entre 4 et 25 mégaélectronvolts (MeV) et délivrant des débits de dose supérieurs au gray par minute. Quelques appareils équipés d’une source de cobalt 60 (télégammathérapie) existent encore en France mais sont peu à peu remplacés par des accélérateurs de particules.

La technique la plus communément utilisée aujourd’hui est la radiothérapie conformationnelle

Afin de faire correspondre le volume irradié au volume de la tumeur, en épargnant au maximum les tissus sains avoisinants, 4 à 6 orientations de faisceau peuvent être utilisées. Pour chacune de ces orientations, la forme du champ irradié sera adaptée à la forme du volume tumoral grâce à des caches, parfois intégrés à l’accélérateur.

Les techniques se modernisent toujours dans le but de focaliser les rayonnements sur la zone tumorale, d’épargner au maximum les tissus sains, et donc de pouvoir augmenter la dose délivrée à la tumeur.

La Radiothérapie Conformationnelle par Modulation d’Intensité (RCMI)

Le principe de la radiothérapie conformationnelle est ici amélioré en modulant en cours de séance le débit de dose délivré par chacun des faisceaux. Cette modulation est assurée par un collimateur multi-lames, dont les lames sont mises en mouvement au cours de la séance de traitement.

La Radiothérapie Asservie à la Respiration

Les séances de traitement pouvant durer plusieurs minutes, les organes du patient vont légèrement bouger en cours de séance, principalement à cause de la respiration. Ce sera également le cas de la tumeur, surtout si elle est située dans un organe mobile, les poumons par exemple. Afin d’améliorer la précision des traitements, des techniques d’asservissement du faisceau de rayonnement aux mouvements des organes sont en cours de développement et commencent à être utilisées dans certains services.

La Radiothérapie stéréotaxique

Récemment, se sont développées des techniques de radiothérapie de haute précision par de fins faisceaux de photons ou de protons qui convergent au centre de la lésion. Le principe de ce traitement, appelé également radiochirurgie, est de délivrer une forte dose de rayonnements dans une structure intracrânienne anormale en diminuant l’irradiation des tissus sains autour de la lésion. Les principales indications de ce traitement sont les petites lésions (bénignes ou malignes) et certaines malformations vasculaires cérébrales. Des développements importants concernent l’utilisation de techniques de stéréotaxie et de radiochirurgie en plusieurs séances pour réduire la toxicité du traitement de lésions plus volumineuses : c’est la radiothérapie stéréotaxique fractionnée.

La tomothérapie

Cette technique permet de délivrer une dose adaptée à la tumeur tout en épargnant encore mieux qu’un accélérateur les organes à risques avoisinants.

L’appareil se présente sous forme d'un anneau contenant un accélérateur linéaire qui tourne autour du malade pendant que la table se déplace. Il délivre ainsi la dose de manière dite hélicoïdale. Un tube à rayons X, identique à celui d'un scanner, est également inclus dans l'anneau de l'appareil. Il permet de contrôler en temps réel la position du patient. A ce jour trois appareils de tomothérapie sont installés en France.

Le Cyberknife©

Le système Cyberknife est un système de radiochirurgie qui utilise la robotique intelligente pour traiter des tumeurs dans tout le corps. Le traitement des patients à l'aide de cet appareil peut se faire en une ou plusieurs fractions (en général 2-5).

Il s'agit d'une technique où de multiples faisceaux de rayonnement convergent avec une grande précision vers la tumeur tout en minimisant l'impact sur les tissus sains environnants. L'association des techniques de guidage par imagerie médicale et de la robotique assistée par ordinateur permet de détecter, suivre et corriger les déplacements de la tumeur et les mouvements du patient tout au long du traitement avec une exactitude sub-millimétrique.

La Tomothérapie et le Cyberknife sont destinés à traiter des tumeurs dont la localisation ne permet pas la réalisation d'une radiothérapie conformationnelle "classique".

Afin d’améliorer la qualité des traitements, les techniques de radiothérapie deviennent aujourd’hui de plus en plus complexes, nécessitant des machines de plus en plus informatisées et sophistiquées. La présence dans les services de personnels qualifiés en nombre suffisant et le respect de procédures et de protocoles sont impératifs si l’on souhaite maîtriser la dose délivrée à mieux que 5%, pour ces nouvelles techniques comme pour la radiothérapie conformationnelle.

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La réglementation

La réglementation relative à la radioprotection des patients s’inscrit dans le contexte général de la réglementation en radioprotection, dont les textes ont été totalement revus depuis 2002 suite à la transposition de directives européennes.
Les points forts de la réglementation relative à la radioprotection des patients
La transposition en droit national de la directive 97/43 Euratom a permis de définir, pour la première fois en France, un cadre législatif et réglementaire adapté à la radioprotection des patients, alors que par le passé cette question restait un sujet traité par le seul médecin réalisateur de l’acte. Le cadre réglementaire, mis en place en mars 2003, est maintenant achevé. En parallèle, les professionnels de santé se sont mobilisés pour accompagner la mise en œuvre de ce nouveau dispositif, en réalisant notamment un travail important destiné à favoriser la mise en place de bonnes pratiques lors de la réalisation des actes médicaux faisant appel aux rayonnements ionisants.
La radioprotection des patients repose sur deux principes désormais de nature réglementaire : la justification des actes et l’optimisation des expositions, sous la responsabilité des praticiens demandeurs d’examens d’imagerie médicale exposant aux rayonnements ionisants et surtout des praticiens réalisateurs de ces actes. Ils couvrent l’ensemble des applications diagnostiques ou thérapeutiques des rayonnements ionisants, y compris les examens radiologiques demandés dans le cadre de dépistage, de la médecine du travail, de la médecine sportive ou dans un cadre médico-légal.
Le contrôle de la radioprotection des patients constitue une préoccupation de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN), liée à la publication en 2003 du nouveau cadre réglementaire. Cette question figure d’ailleurs dans le rapport de la commission Vrousos (mars 2004) qui recommande de « développer rapidement, avec les professionnels, les modalités d’évaluation et de contrôle de la mise en œuvre des principes de justification et d’optimisation, sur la base de référentiels et guides établis par les sociétés savantes ». Compte tenu de la technicité des mesures contribuant à l’optimisation, l’apport de l’IRSN, qui dispose de moyens humains et scientifiques très spécialisés et performants, est décisif tant pour les professionnels de santé que pour l’ASN.
Dans le domaine de la justification, il y a lieu de s’assurer que les relations entre le médecin demandeur et le médecin réalisateur de l’acte exposant le patient soient désormais formalisées au travers d’un échange écrit d’informations établissant l’intérêt de l’exposition. La justification individuelle d’un acte doit s’appuyer sur une justification à caractère général des actes médicaux utilisant les rayonnements ionisants, concrétisée dans des guides de bonnes pratiques en cours de finalisation grâce au concours des différentes sociétés savantes et dont l’ASN encourage la publication. Le guide du bon usage des examens d’imagerie médicale est accessible sur le site de la Société Française de Radiologie. Quand la justification de certains actes n’est plus établie, des mesures d’interdiction peuvent alors être prises. C’est ainsi que l’utilisation des appareils de radioscopie sans intensification d’image a été interdite en 2003 ; les modalités de mise hors service de ces appareils ont été précisées par voie réglementaire.
Les objectifs de l’optimisation différent selon qu’il s’agit d’imagerie médicale (radiologie et médecine nucléaire) ou de thérapie. Dans le premier cas, l’optimisation consiste à délivrer la dose la plus faible possible compatible avec l’obtention d’une image de qualité, c’est à dire d’une image apportant l’information diagnostique recherchée. En thérapie (radiothérapie externe, curiethérapie et médecine nucléaire), l’optimisation consiste à délivrer la dose prescrite au niveau tumoral pour détruire les cellules cancéreuses, tout en limitant la dose aux tissus sains au niveau le plus faible possible. La démarche d’optimisation constitue donc un gage de la qualité des actes réalisés. Pour faciliter son application pratique, des guides de procédures standardisées de réalisation des actes utilisant les rayonnements ionisants ont été réalisés ou sont en cours de préparation par les professionnels.
Le développement de l’optimisation a conduit à introduire de nouveaux concepts réglementaires spécifiques de la radioprotection des patients. Ainsi, des niveaux de référence diagnostiques (NRD) ont été publiés en février 2004. Il s’agit, pour la radiologie, de valeurs de doses, et pour la médecine nucléaire, d’activités administrées, qui sont établies pour les examens les plus courants ou les plus irradiants. Ces NRD doivent servir d’outil pour optimiser les protocoles. La réalisation de mesures ou de relevés périodiques, selon le type d’examen, dans chaque service de radiologie et de médecine nucléaire et leur centralisation à l’IRSN permettront de mettre régulièrement à jour les NRD. Dans ce cadre, depuis juin 2004, les nouveaux appareils de radiologie mis en service doivent obligatoirement être munis de dispositif permettant d’estimer la dose délivrée lors d’un examen.
La mise en œuvre de l’optimisation des doses délivrées aux patients fait appel à des compétences particulières dans le domaine de la physique médicale. Le recours à une personne spécialisée en radiophysique médicale (PSRPM), dont la présence était déjà obligatoire en radiothérapie et en médecine nucléaire, a été étendue à la radiologie. Sa qualification repose sur l’obtention d’un master de physique médicale suivi d’une formation spécialisée. Dans le cadre de ses missions, la PSRPM doit s’assurer que les équipements, les données et procédés de calcul utilisés pour déterminer et délivrer les doses et activités administrées au patient dans toute procédure d’exposition aux rayonnements ionisants sont appropriés. En radiothérapie, elle garantit que la dose délivrée au patient correspond à celle prescrite. Elle procède à l’estimation de la dose reçue par le patient au cours des procédures diagnostiques et contribue à la mise en œuvre de l’assurance de qualité. A noter enfin que le chef d’établissement utilisant des sources de rayonnements ionisants devra établir un plan pour la radiophysique médicale, en définissant les moyens à mettre en œuvre, notamment en terme d’effectifs, compte tenu des pratiques médicales réalisées dans l’établissement, du nombre de patients accueillis ou susceptibles de l’être, des compétences existantes en matière de dosimétrie et des moyens mis en œuvre pour l’assurance et le contrôle de qualité.
Parmi les autres actions importantes à signaler, la mise en place d’un contrôle de qualité – interne et externe - des appareils qui est encadré par l’AFSSAPS et la formation des professionnels de santé et l’information des patients constituent également des points forts de la démarche d’optimisation.
La perception de la radioprotection en milieu médical
Les évolutions réglementaires apparues depuis 2002 ont introduit de nouvelles dispositions, en particulier dans le domaine de la radioprotection des patients, dont il faut vérifier la mise en œuvre en y associant les professionnels.
D’une façon générale, le sentiment dominant est qu’en radiothérapie et médecine nucléaire, les règles de radioprotection sont globalement connues et acceptées même si des contraintes administratives, financières ou techniques freinent parfois leur mise en œuvre. Il conviendra toujours de s’assurer que les conditions organisationnelles, matérielles et humaines permettant de garantir la délivrance de la dose prévue sont réunies en toute circonstance.
Pour les autres applications médicales, on constate souvent des retards dans la prise en compte de la réglementation en radioprotection qui est vécue comme une contrainte lourde face à des risques jugés limités. Sur ce point, il faut noter que les doses délivrées ne sont pas toujours faibles, en particulier en radiologie interventionnelle, et que les conséquences d’expositions répétées des enfants ne peuvent pas être ignorées.
En outre, apparaissent de nouveaux appareils de diagnostic comme les scanners multibarrettes et de nouvelles techniques en médecine nucléaire (imagerie TEP, immunothérapie avec des radioéléments émetteurs bêta, voire des émetteurs alpha…) pouvant être à l’origine de fortes expositions des patients mais aussi des personnels. Un travail préalable d’estimation des doses et d’optimisation s’impose donc pour que puissent être pleinement exploitées toutes les potentialités que ces appareils ou techniques peuvent offrir sur le plan médical.
On note toutefois l’effet très positif du travail d’information et de sensibilisation mené par différentes sociétés savantes et syndicats professionnels, en particulier en radiologie. Ce travail de fond contribue à développer l’application des principes de justification des actes médicaux et l’optimisation des expositions. Enfin, un effort important est à réaliser afin de mieux apprécier l’impact de l’utilisation des rayonnements à des fins médicales notamment vis-à-vis des patients et de l’environnement.

 

Les principes de la radiothérapie

Les rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants sont utilisés pour de nombreuses applications dans le domaine industriel, énergétique ou encore médical. Dans ce dernier, ils sont utilisés soit à des fins diagnostiques (rayons X de faible énergie, 30 à 150 keV), soit à des fins thérapeutiques (rayons gamma du cobalt 60 ou photons de haute énergie, 6 à 20 MV).

 

La dose reçue par la matière vivante se mesure en gray (Gy) : 1Gy correspond à un transfert d'énergie de 1 joule à 1 kilogramme de matière. Très schèmatiquement, les effets cellulaires et moléculaires des particules ionisantes sont initiés par la formation de radicaux libres et la création de lésions sur différentes molécules dans la cellule. Ainsi, l'irradiation des tissus biologiques a pour conséquence la formation d'espèces radicalaires hautement réactives produites principalement par la radiolyse de l'eau.

 

D'autre part, les particules ionisantes sont capables de créer directement des lésions aux lipides, glucides, protéines et surtout aux acides nucléiques (dont ADN). C'est principalement pour ces propriétés que les rayonnements ionisants sont utilisés dans les stratégies curatives des tumeurs par radiothérapie.

 

Ainsi, par des effets directs ou indirects, les rayonnements ionisants induisent principalement des altérations de l'ADN (modifications de base, cassures simple brin ou double brin). Si elles sont importantes et/ou si les mécanismes de réparation de ces lésions sont dépassés ou altérés, alors ces dommages à l'ADN provoquent la mort cellulaire.

 

Cependant, en fonction de la dose de rayonnements ionisants, de la radiosensibilité de chaque type cellulaire, ou d'autres facteurs, les effets des rayonnements ionisants n'engendrent pas forcément des dommages irréversibles à l'ADN. Dans ce cas, une activation et une modification fonctionnelle et/ou structurale des cellules irradiées sont observées.

 

On retiendra également que les rayonnements ionisants produisent des effets biologiques aussi bien sur les tissus sains que tumoraux. La capacité de réparation de ces lésions est plus importante pour les tissus sains que pour les tissus tumoraux. L'efficacité de la radiothérapie est basée sur cet effet différentiel entre le tissu sain et la tumeur.

La radiothérapie

La radiothérapie est une méthode de traitement  locorégional des cancers, utilisant des radiations pour détruire les cellules cancéreuses tout en épargnant les tissus sains périphériques. La radiothérapie externe est aujourd'hui incontournable en cancérologie puisqu'elle est programmée dans deux tiers des schémas thérapeutiques soit seule soit associée à la chirurugie et/ou à la chimiothérapie.

 

En 2000, 278 000 personnes étaient atteintes d'un cancer et 150 000 en sont mortes. Un patient sur deux atteint d'un cancer survit à la maladie 5 ans après son diagnostic, mais d'importantes disparités d'espérance de vie existent selon le sexe, l'âge et le type de cancer.

 

La survie relative (éliminant la part de mortalité due à des causes autres que le cancer) à 5 ans est de 52% en moyenne, d'après une étude menée par le Réseau français des registres du cancer avec le soutien de la Ligue nationale contre le cancer. La survie à 5 ans est plus élevée chez les femmes (63%) que chez les hommes (44%) et diminue avec l'augmentation de l'âge au moment du diagnostic (70% pour les 15-45 ans, 58% pour les 45-55 ans, 50% pour les 55-65 ans et les 65-75 ans et 39,4% pour les plus de 75 ans).

 

L'étude montre aussi d'importantes disparités entre les différentes pathologies cancéreuses. Ainsi, pour les 4 cancers les plus fréquents (60% de l'ensemble des cancers), la survie relative à 5 ans est de 85% pour le cancer du sein, 80% pour le cancer de la prostate, 56% pour le cancer colorectal et seulement 14% pour le cancer du poumon.
Les protocoles de radiothérapie sont définis principalement en fonction du type de tumeur, de sa localisation, de sa taille, de son extension et de son grade. Ainsi, la dose totale ne suffit pas pour définir un traitement par irradiation, mais il faut également prendre en compte la dose par fraction, le nombre total de fractions (ou de séances) et le nombre de fractions par jour ou par semaine.

Une radiothérapie classique délivre la dose totale par fraction de 2 Gy, une fraction par jour, 5 jours par semaine et ce fractionnement de dose permet d’obtenir un meilleur ratio efficacité anti-tumorale/tolérance des tissus sains.

 

Cette technique est fondée sur l’étalement et le fractionnement de la dose d’irradiation pour permettre entre chaque séance d’irradiation aux tissus sains traversés par le faisceau d’irradiation de se régénérer  plus rapidement que la tumeur. En effet, il est établi, depuis très longtemps une relation de proportionnalité entre la radiosensibilité et la vitesse de prolifération plus importante que les cellules saines et c’est principalement sur cette propriété que sont basés les protocoles de radiothérapie.
La radiothérapie doit respecter le principe de justification et d’optimisation. La justification de la décision d’irradier repose sur la mise en parallèle des avantages de la radiothérapie avec ses inconvénients, en se fondant sur les connaissances médicales avérées. L’optimisation en radiothérapie se définit comme l’ensemble des procédures, qui, au cas par cas, permettent d’obtenir le meilleur rapport bénéfice/risque, c’est-à-dire permettent de délivrer dans un temps adapté une dose optimale à la tumeur et la dose la plus faible possible dans les tissus sains et les organes à risque proches de la tumeur.

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !