Transcript RADIOTHERAPIE, RADIOPHYSIQUE ET RADIOBIOLOGIE

RADIOTHERAPIE, RADIOPHYSIQUE ET
RADIOBIOLOGIE
Objectifs:
- Connaissance des effets des radiations ionisantes sur les principaux
tissus
- Connaissance des matériels et des techniques employés en
radiothérapie
- Connaissance de la dosimétrie des rayonnements
Destruction des tissus cancéreux en respectant les tissus sains
Nécessite Preuve histologique et bilan précis
TT loco régional
Situation Curatrice ou palliative
Modes d’action des rayonnements ionisants
1.1.1 Les rayonnements ionisants
Qu’est ce qu’un rayonnement ?
On entend par ce dernier la propagation d’énergie à travers l’espace
Qu’est ce qu’un rayonnement ionisant ?
Il s’agit d’un rayonnement capable de produire des ionisations et des excitations
durant leur absorption par les tissus biologiques
 C’est pourquoi ils sont si intéressant en radiothérapie
On distingue:
- Les rayonnements électromagnétiques de haute énergie
(photons X et photons )
- Les rayonnements particulaires (chargés ou non)
Les rayonnements électromagnétiques
Assimilables à des grains d’énergie de charge nulle et de
masse nulle, se propageant dans le vide à la vitesse de la
lumière.
Les photons X et  ont la capacité de traverser aisément les
tissus humains et de déposer leur énergie en profondeur. Ils
ne diffèrent pas par leur nature mais par leur origine et leur
mode de production.
Les rayonnements particulaires
Peu utilisés en radiothérapie.
Seuls les électrons sont d’usage fréquents.
Les protons et les neutrons sont rarement employés (protonthérapie,
neutronthérapie).
Autres particules au stade de l’étude: Particules , mésons , ions lourds.
Les particules chargées (électrons, protons, particules , mésons , ions
lourds) sont rapidement arrêtées dans les tissus humains de façon
proportionnelle à leur charge électrique.
Les particules non chargées (neutrons) ont une pénétration importante en
profondeur, comme les photons.
Interactions rayonnement-matière
Interaction photons-matières
Les photons X et  sont des rayonnements indirectement
ionisants.
Ils ne produisent pas par eux-mêmes de dommages chimiques
ou biologiques.
Dénués de charges, ils sont insensibles aux champs électriques
intenses régnant au sein des atomes et peuvent pénétrer
profondément les couches atomiques successives de la matière
avant de rencontrer de façon aléatoire leur premier obstacle,
noyau ou électrons.
Interaction électrons-matière
Ces interactions concernent aussi bien l’irradiation des tissus
vivants par un flux d’électrons primaires que par des
électrons secondaires mis en mouvement par un flux de
photons.
Les électrons incidents hautement énergétiques sont des
particules directement ionisantes:
l’interaction répulsive électron incident-électron orbital va
aboutir soit à une excitation soit à une ionisation des atomes
rencontrés.
Modes d’action des Radiations ionisantes
Effets biologiques = chaîne de réactions
Quatre étapes :
Physique
Physico chimique
Cellulaire
Tissulaire
Radiobiologie
Etape physique
Ionisation et excitation des atomes du milieu
Durée très brève (10-16 s)
Radiobiologie
Etape physico chimique
Cible principal : ADN chromosomes
2 types d’actions :
Direct ADN
Indirect produits radiolyse eau
Molécule ionisée: excédent énergie, instable
2 façons d’expulser cette énergie :
Photons de fluorescence
Rupture d’une liaison covalente et scission
Rupture sur ADN ou sur l’eau : création de radicaux libres
très réactifs OH°, H°, électron -> H2O2 peroxydes
ROOH tétroxydes RO4H
Action secondaire sur ADN et sur membranes
Radiobiologie
Etape physico chimique
Action ADN : rupture mono ou
bicaténaires
Altération bases, destruction sucres
Enzymes de réparation :
ADN polymérase, exonucléase, ligase,
topoisomérases
Variation d’efficacité = différences de
radiosensibilité
Radiobiologie
Etape cellulaire
3 types de lésions:
Létales : irréparables, mort après quelques
mitoses (mort différée)
Sub-létales : réparables, mortelle en cas
d’accumulation
Potentiellement létales, mort cellulaire si mitose
survenant rapidement
Etape cellulaire
REPARATIONS ADN
Impossibles : mort
apoptose
Complètes : cellules vivantes X normales
Incomplètes : mutations génétiques non mortelles
Radiobiologie
Etape tissulaire
Tissus renouvellement court
Réactions précoces au cours et décours Rx
Récupération complète
ORL Intestin Peau moelle hématopoïétique
Tissus renouvellement long
Réactions tardives plusieurs mois ou ans
Lésions tardives irréversibles
Fibrose et nécrose
Endartérite oblitérante
Perte potentiel mitose cellules souches
Favorisée par agression biopsie infection chimio
Fractionnement étalement
Effet du fractionnement de l’irradiation est plus
marqué pour les tissus à réactions précoces que
pour les tissus à réaction tardive
Rx classique 4 à 5 fractions par semaine de 2 Gy
Diminution du fractionnement (Flash)
Accroît la toxicité tardive
Utilisation de faible dose par séance
Réduit les effest tardifs sans protéger les tissus à
réactions aiguës (cancer)
Probabilité de stérilisation
But : stérilisation tumeur : destruction cellules clonogènes
(0,1 à 1 % des cellules Tumorales) sans altération des
tissus sains voisins
Probabilité de stérilisation dépend de :
1/ Facteur temps :
Dose totale délivrée : dose seuil puis effet dose
Fractionnement : plusieurs séances :
réparation des lésions sub létales
Ré oxygénation
Étalement : cellules survivantes se multiplient pdt
l’irradiation favorisant les tissus de cinétique rapide
Dose iso-effet augmente avec le nombre de séances et la
durée total de l’irradiation
Probabilité de stérilisation dépend de :
Type histologique capacité de réparation
Volume tumoral volume
dose
Degré d’oxygénation tumorale hypoxie=RxR
Cinétique de prolifération cellules tumorales
Prolifération T entre 2 séances
Qualité rayons
Cycle cellulaire RXsensibilité maximale phase G2 et M
Débit de dose : protection tissus sains à réactions tardives
fort taux de réparation
Température : chaleur inhibe réparases
Machine de radiothérapie
Principe, description et fonctionnement des appareils de
télécobalthérapie.
Source de cobalt 60 cobalt 59 naturel dans un flux de neutrons.
Noyau du cobalt 60 instable, se désintègre naturellement en atome de nickel
stable en émettant successivement un électron, un photon gamma d’énergie 1,17
MeV et un second d’1,33 MeV. Energie moyenne du cobalt 60 est d’ 1,25 MeV
(moyenne arithmétique)
Co60
 0,31 MeV
1 1,17 MeV
2 1,33 MeV
Ni60
La période radioactive du cobalt 60 = 5,27 ans.
Activité d’une source de cobalt 60 décroît de 1% par mois
=> suivant le débit initial, la source ne sera changée que tous les 5 à 8
ans.
La source = grains ou disques radioactifs
(1mm d’épaisseur, 2 cm de diamètre et
de hauteur)
Source dans une enceinte de protection
(uranium appauvri, Pb ou tungstène)
dispositif d’obturation qui peut prendre
2 positions:
- Une position de sécurité : un système
optique permet de visualiser le faisceau
sur la peau du patient.
- Une position de traitement : une
ouverture pyramidale est ménagée pour
la sortie du faisceau.
Un système de collimation 2 paires
d’épaisses mâchoires de plomb bougeant
de façon symétrique champs de
dimensions allant de 4cm x 4cm à 33cm
x 33cm.
Principe, description et fonctionnement des
accélérateurs de particules
Principe de l’accélérateur linéaire (AL) = champ électrique alternatif
de haute fréquence.
développement des générateurs de micro-ondes (ondes radars)
Ces micro-ondes sont capables d’influencer le mouvement des
particules chargées.
Les AL opèrent en utilisant des micro-ondes de l’ordre du GHz et de
10 cm de longueur d’onde produites par des tubes électroniques
appelés magnétrons ou klystrons.
Mouvement des appareils
Ils sont constitués d’un statif vertical supportant la tête de l’appareil =
source des rayons (photons ou électrons).
Le statif est rotatif, la source peut ainsi décrire un cercle complet de 360°
autour de son axe de rotation. L’intersection de l’axe du faisceau et de l’axe
du statif représente un point fixe de l’espace appelé isocentre.
ABREGES Oncologie radiothérapique, édition Masson
Schéma de fonctionnement d’un accélérateur linéaire
A l’extrémité proximale d’un AL se trouve le canon à électron et une première
section ou injecteur, les électrons passent ensuite dans la section accélératrice. A la
sortie du tube d’accélération le faisceau d’électron émerge sous forme d’un très fin
pinceau de 2 à 3 mm de diamètre, il va être dévié par de puissantes lentilles
magnétiques vers la tête de l’accélérateur. En mode photon le pinceau d’électrons
est projeté sur une cible en tungstène pour obtenir des RX de hautes énergies.
Avantages et inconvénients des différents types d’appareils
Télécobalt
Avantages
Fiable
Accélérateur
2 types de rayonnement
Multi-énergie
Très simple
Maintenance réduite
Coût modéré
Inconvénients
Mono-rayonnement
Mono-énergie
Débit décroissant
Pénombre large
Coût du remplacement
de la source
Déchet radioactif
Durée constante de la
séance
Pas de déchet radioactif
Pénombre étroite
Maintenance lourde et
coûteuse
Prix d’achat
Taux de panne
SIMULATEUR
Principe, description et fonctionnement des
simulateurs
La simulation ou le centrage est l’étape préalable indispensable au démarrage
« classique » de toute irradiation.
C’est une étape de traitement « à blanc » effectué avec un appareil de
radiodiagnostic, le simulateur, qui possède toutes les caractéristiques
géométriques des machines de traitement.
Le radiothérapeute détermine les limites des faisceaux d’irradiation par rapport
aux structures anatomiques profondes (scopie et clichés radiographiques)
Les paramètres d’irradiation (dimension des champs, nombre de faisceaux, DSP,
HT, angle du bras…) sont transmis vers la physique pour la dosimétrie.
contentions
Limite les mouvements durant la séance
Augmente la dose en respectant les tissus
sains
Reproductibilité de la position
Repose bras et repose jambes
Masques thermoformés souples
Matelas de contention
Quelques exemples de contentions
Le repose bras + plan incliné
Gouttière
Exemple d’utilisation des lasers
Le collimateur multilame (MLC)
Mâchoires subdivisées en nombreuses lames indépendantes. Le mouvement
de chaque lame est gouverné par un petit moteur piloté par ordinateur,
permettant ainsi la réalisation de caches de formes complexes.
Caractéristiques techniques du MLC:
- focalisation de la lame,
- nombres de lames (40, 60…),
- largeur de la lame (projection à
l’isocentre),
- champ maximum,
- dépassement de l’axe (projection à
l’isocentre) => réalisation de champs
asymétriques,
- vitesse de déplacement des lames
(modulation d’intensité),
- précision du positionnement des lames,
Dosimétrie
Dose la plus homogène possible dans
le volume cible tout en limitant la dose
reçue par les tissus sains voisins
Prescription : définition de volumes
affectés de niveaux de dose
3 volumes : cliniques, géométriques
et techniques
DOSE
But : curatif ou palliatif
Point de prescription : zone homogène et définie
/dose
Situé dans le volume cible
Fractionnement étalement
Représentation de la dose en 3 D :
Histogrammes Dose/Volume (DVH) répartition de
dose dans chaque tissu
PTV et organes à risque
Radiothérapie conformationnelle
Imagerie scanner
Caches personnalisés et multilames =
Enveloppe isodose de valeur élevée à la forme exacte du
volume cible (PTV)
Augmentation de la dose reçue au volume cible donc le
contrôle local
Diminuer la dose aux tissus sains donc la toxicité
Utilise des faisceaux fixes distribution de dose dans un
plan perpendiculaire à l’axe du faisceau homogène
Utilisateur s’adapte aux caractéristiques figées des
faisceaux
Irradiation poumon
POUMON 3 D
DVH POUMON
RECTUM 3 D
Rectum 3 D
DVH RECTUM
DDR rectum ant et post
DDR Rectum Latéraux
Prostate 3 D DVH
POUMON 3 D DVH
Poumon 3 D