L'atome pacifique, comme nous l'avons déjà écrit, n'est pas seulement Tchernobyl et Fukushima . Avec une utilisation appropriée et prudente, il peut apporter des avantages inestimables à l'humanité, par exemple, lorsqu'il s'agit de technologies de pointe dans le domaine de l' énergie . Mais pas seulement: nous parlerons aujourd'hui de radiothérapie pour le traitement du cancer.
Selon les données de l'étude Global Burden of Disease Cancer Collaboration, qui a été publiée par une équipe internationale de scientifiques de 195 pays à l'automne 2019, le nombre de cas de cancer dans le monde a augmenté d'un tiers entre 2007 et 2017. En 2017, 24,5 millions de personnes sont tombées malades d'un cancer, 9,6 millions en sont décédées. La radiothérapie est devenue la méthode de traitement du cancer la plus dynamique. En termes d'efficacité, il n'est pas à la traîne par rapport aux autres méthodes et en même temps est doux pour le corps du patient.
La pièce où la radiothérapie est effectuée (ici avec l'aide de l'appareil i-ROCK) aujourd'hui peut ne pas ressembler à une chambre d'hôpital, mais plutôt à un vaisseau spatial d'un futur lointain. Source: Toshiba
Comment le cancer est-il traité?
Empêcher la division des cellules tumorales et sa croissance et la propagation de la maladie dans tout le corps, et provoquer également sa mort. En général, une tumeur peut être retirée en la coupant de l'organe affecté ou en même temps que celle-ci, ou empoisonnée en essayant de s'assurer que le reste du corps n'est pas empoisonné en même temps. Ce dernier, heureusement, peut être fait en raison de la nature des cellules cancéreuses. Mais la chimiothérapie, et plus encore l'ablation d'un organe ou d'une partie de celui-ci, affecte souvent le corps de manière très destructrice. Par conséquent, les scientifiques travaillent sur des méthodes alternatives dont l'efficacité est scientifiquement prouvée. L'un d'eux est simplement la radiothérapie.
La radiothérapie (ou radiothérapie) est l'utilisation des rayonnements pour lutter contre le cancer. À l'aide de radiations, qui sont directement dirigées vers les tissus affectés par la tumeur et affectent ses cellules au niveau génétique, elles peuvent être complètement détruites ou du moins freiner leur croissance et leur division. Malgré le fait que ces mots eux-mêmes semblent plutôt effrayants - irradier délibérément une personne vivante avec des radiations! - cette méthode s'est avérée efficace et sûre.
L'effet de la radiothérapie repose également sur les caractéristiques des cellules tumorales: comme l'ont constaté les scientifiques, le fait qu'une telle cellule se divise plus rapidement que les cellules ordinaires conduit au fait qu'elle est plus influencée par les radiations. D'une part, la fission rapide leur permet de se propager à grande vitesse dans le corps, d'autre part, elle permet d'introduire une sorte de système de reconnaissance "ami ou ennemi" et d'influencer les rayonnements exclusivement sur eux. Sous l'effet des radiations, la division des cellules tumorales ralentit et / ou s'arrête, elles se désintègrent et sont progressivement éliminées du corps.
Lorsqu'une cellule est exposée aux rayonnements, la première tâche consiste à endommager son ADN. En conséquence, la cellule est inactivée, c'est-à-dire qu'elle perdra la capacité de se diviser et, par conséquent, cela conduira à sa mort. Dans ce cas, la molécule d'ADN est complètement détruite dans les cellules tumorales et partiellement, sans perdre la capacité de récupération, dans les cellules saines. Dans le même temps, les technologies modernes permettent de minimiser l'effet des radiations sur les cellules saines. Nous décrirons ci-dessous comment cela est réalisé.
Par rapport à la chirurgie et à la chimiothérapie, la radiothérapie présente plusieurs avantages. Ainsi, si la chimiothérapie affecte le corps du patient dans son ensemble, ce qui peut l'affaiblir considérablement et entraîner des conséquences négatives désagréables, la radiothérapie vise exclusivement la tumeur et n'a normalement qu'un effet minime sur les cellules saines voisines. Bien sûr, dans le cas d'un cancer systémique qui s'est propagé à plusieurs organes, la chimiothérapie peut fonctionner plus efficacement.
Si l'on compare la radiothérapie à la chirurgie, alors là aussi la première a un avantage incontestable: elle ne nécessite pas d'opération, ce qui dans certains cas sera difficile à supporter pour le patient, surtout si son corps est déjà considérablement affaibli par la maladie. et son traitement ultérieur. De plus, il n'est pas si facile d'accéder à certaines tumeurs avec une méthode purement chirurgicale et il existe un risque de lésion des organes voisins.
La radiothérapie permet d'obtenir le même résultat - disparition complète de la tumeur - sans avoir à passer sous le bistouri. Mieux encore, cette méthode de traitement fonctionne pour se débarrasser des néoplasmes qui ne se sont pas propagés dans tout le corps dans certains organes, par exemple dans le cerveau, les poumons, l'estomac, la prostate, etc.
En oncologie moderne, la radiothérapie peut être utilisée seule ou en combinaison avec d'autres méthodes de traitement - chirurgie et chimiothérapie. En particulier, un schéma thérapeutique courant consiste à utiliser simultanément la chirurgie et la radiothérapie.
Dans ce cas, il peut y avoir de tels types de radiothérapie: néoadjuvante (avant la chirurgie) et adjuvante (après la chirurgie). Le rayonnement néoadjuvant permet de réduire la tumeur afin de l'amener à un état résécable et de réduire le risque de métastases, et le rayonnement adjuvant est utilisé pour lutter contre la récidive tumorale locale.
Comment les rayonnements pénètrent-ils dans le corps et quels dommages peuvent-ils causer?
L'irradiation de cellules extrêmement nocives est un travail en filigrane. La question la plus importante qui se pose devant un médecin peut être formulée comme suit: comment les particules peuvent-elles être livrées au bon endroit et ne pas irradier accidentellement quelque chose d'inutile?
Il existe trois méthodes de radiothérapie: à distance, par contact et systémique.
La radiothérapie systémique signifie que des médicaments radioactifs sont injectés dans le corps du patient (par ingestion ou par voie intraveineuse). Ils seront distribués dans la circulation sanguine et agiront sur les foyers tumoraux. Ainsi, par exemple, à l'aide de capsules contenant de l'iode radioactif, certains types de cancer de la thyroïde sont traités.
Lors de l'utilisation de la radiothérapie de contact (ou curiethérapie), les sources de rayonnement sont placées soit à l'intérieur de l'organe endommagé, soit dans la cavité à côté. Dans certains cas, les émetteurs peuvent même être placés à la surface de la peau.
La méthode la plus répandue est devenue la méthode à distance, lorsqu'une source externe de rayonnement est utilisée et que des tissus sains peuvent se trouver entre elle et la cible. Ces derniers subissent des dommages minimes, car la quasi-totalité de la dose de rayonnement est libérée dans la tumeur aux derniers millimètres du trajet des particules. Pour y parvenir, des dispositifs spéciaux ont été initialement utilisés, qui, en termes simples, étaient un conteneur avec une substance radioactive et un mécanisme permettant la formation d'un faisceau de rayonnement étroit.
L'un des pionniers de cette méthode de traitement était le physicien médical canadien Harold Elford Johns - un groupe de scientifiques sous sa direction au début des années 1950 a créé le soi-disant «canon à cobalt», qui utilisait du cobalt 60 radioactif.
Et le premier accélérateur de particules médical spécial a été assemblé et utilisé à Londres (Grande-Bretagne) en 1953. Pourquoi? Pour obtenir une plus grande pénétration et efficacité du rayonnement et pour atteindre des tumeurs profondément localisées. Et c'est dans le sens du développement de la radiothérapie utilisant des accélérateurs linéaires de particules que les progrès ont été et continuent de progresser au cours du dernier demi-siècle.
Gordon Isaacs, premier patient à se remettre en 1957 d'un rétinoblastome (une tumeur maligne de la rétine de l'œil chez l'enfant) à l'aide d'un accélérateur linéaire construit et utilisé par le scientifique américain Henry Kaplan. À la suite du traitement, la vue du garçon a été sauvée et lui-même a vécu une longue vie. Source: Wikimedia Commons
La radiothérapie peut être ondulatoire ou corpusculaire. Le rayonnement ondulatoire, dans lequel les rayons X ou les rayons gamma étaient dirigés vers les cellules tumorales, a commencé à être utilisé plus tôt en médecine (en particulier, c'était le rayonnement gamma qui était produit par le pistolet au cobalt de Jones), et en général, il a fait face à ses tâches. , bien qu'il soit impossible de diriger le rayonnement avec l'irradiation des ondes clairement sur les cellules endommagées.
Aujourd'hui, l'irradiation corpusculaire est considérée comme plus efficace. Dans ce cas, des faisceaux de particules élémentaires sont dirigés vers la tumeur: photons, neutrons ou ions lourds. Et c'est l'irradiation avec des ions lourds qui est actuellement considérée comme la méthode de radiothérapie la plus avancée technologiquement, car en raison de leur masse (ce n'est pas pour rien qu'ils sont appelés lourds) ils forment une sorte d'onde de choc et détruisent donc plus efficacement l'ADN. des cellules cancéreuses - pour réussir à se débarrasser d'une tumeur en utilisant des ions lourds, il faut moins de séances de radiothérapie.
Rayons X (à gauche) et faisceaux d'ions lourds (à droite). Les ions lourds sont clairement dirigés vers la tumeur, minimisant les dommages aux tissus sains. Source: Toshiba
Quant aux autres particules, elles ont moins de capacité à pénétrer dans les tissus. Par conséquent, les plus légers d'entre eux - les électrons - ne sont utilisés que pour le traitement des maladies de la peau. Les plus lourds - les photons - pénètrent plus profondément, mais n'ont toujours pas la même force d'impact que les ions lourds. Les photons sont également utilisés pour traiter les tumeurs des organes internes, mais avec plus de séances de rayonnement.
La radiothérapie est-elle inoffensive? Pas. Malgré les avantages évidents, comme tout traitement intensif, la radiothérapie se passe rarement complètement sans laisser de trace pour le corps. Les conséquences de son utilisation peuvent être des brûlures locales par rayonnement, et les vaisseaux qui se trouvent à proximité immédiate de la tumeur peuvent devenir plus fragiles. Cela conduit au risque de petites hémorragies focales.
Des effets secondaires à long terme sont également possibles en raison de la libération de débris tumoraux dans la circulation sanguine. Cependant, ils ne sont toujours pas mortels - contrairement aux tumeurs malignes. Selon les experts , l'effet de l'utilisation de la radiothérapie peut être comparé à un coup de soleil: ses conséquences ne sont pas toujours visibles immédiatement, mais peuvent apparaître avec le temps. Ainsi, il existe une probabilité non nulle qu'après 10 à 20 ans, le patient puisse commencer à changer au niveau de l'ADN ou que le cancer réapparaisse.
À quoi ressemblent les unités de radiothérapie les plus modernes ou que peut-on faire pour en traiter plus et mieux?
Trois hôpitaux japonais ont déjà commandé des unités de radiothérapie aux ions lourds auprès de Toshiba et la société a fourni l'équipement à ses clients. Et l'accélérateur d'ions lourds i-ROCK fonctionne avec succès au Kanagawa Cancer Center. Sur leur exemple, vous pouvez voir dans quelles directions évolue aujourd'hui les méthodes de radiothérapie.
Voici à quoi ressemble l'accélérateur d'ions lourds de Toshiba Energy Systems & Solutions au Centre de radio-oncologie de Kanagawa (i-ROCK). Dans un proche avenir, un système similaire apparaîtra en Russie: un accord correspondant a déjà été signé entre le ministère de la Santé de la Fédération de Russie et une société japonaise. Source: Toshiba
L'i-ROCK est un appareil impressionnant qui s'étend sur plusieurs pièces, dont la taille est comparable à celle d'une salle de sport. Dans celui-ci, à l'aide d'un accélérateur linéaire de particules, un faisceau d'ions lourds est accéléré à 70% de la vitesse de la lumière avant d'attaquer une tumeur. La quantité d'énergie transférée aux cellules cancéreuses dépasse considérablement la quantité d'énergie des rayons X ou l'énergie des protons.
Les ions lourds viennent de deux directions à la fois, ce qui augmente l'efficacité du traitement, c'est-à-dire qu'il vous permet de tuer la tumeur en moins de séances. De plus, les émetteurs peuvent être tournés à 360 degrés, grâce à quoi une grande précision d'exposition est obtenue.
Les installations modernes, notamment i-ROCK, ont appris à minimiser les dommages aux tissus sains lors de l'irradiation. Pour ce faire, il était nécessaire de rendre le faisceau de particules fin et la puissance de rayonnement suffisante pour endommager la tumeur, mais pas les tissus environnants. I-ROCK utilise une méthode de numérisation 3D de la tumeur, grâce à laquelle il est possible d'attaquer uniquement la tumeur elle-même, quelle que soit la complexité de sa forme, avec une grande précision. C'est ce qu'on appelle l'irradiation par faisceau de balayage à grande vitesse.
Nous prenons des ions carbone, les accélérons fortement dans un accélérateur linéaire et les dirigons dans le corps du patient, mais pas quelque part, mais exactement vers la cible. Source: Toshiba
En utilisant la méthode de numérisation 3D de Toshiba pendant la thérapie aux ions lourds, la tumeur est irradiée comme si elle était ombrée avec un crayon fin. Cette méthode vous permet d'agir sur des tumeurs de formes complexes et d'agir avec une grande précision et efficacité. Une autre conséquence de l'application de cette méthode est que l'étape d'ajustement à long terme de l'équipement et l'utilisation de collimateurs et de filtres, qui doivent être réalisés individuellement pour chaque patient, peuvent être exclues.
Mais que faire des organes qui bougent normalement, tant que leur propriétaire est vivant - par exemple, avec les poumons? Lors de l'inhalation, la tumeur du poumon sera dans une position, tandis que lors de l'expiration, des tissus sains apparaîtront à sa place sous le faisceau. Pour éviter cela, les ingénieurs de Toshiba ont ajouté un outil pour surveiller le corps du patient en temps réel à l'installation, permettant d'activer le rayonnement lorsque l'organe est au centre de l'émetteur et de s'éteindre lorsqu'il se déplace. En combinant l'irradiation synchronisée avec la respiration et l'observation par radiographie oblique en temps réel avec la technologie de réanalyse, les ingénieurs de Toshiba ont appris à irradier rapidement et précisément les néoplasmes avec des doses uniformes non seulement sur des organes immobiles, mais également sur des organes en mouvement.
. : Toshiba
Entre autres choses, une telle combinaison de technologies et de méthodes, d'une part, permet de réduire le temps de préparation au traitement et son coût pour le patient, et d'autre part, d'augmenter le nombre de patients que l'hôpital peut admettre au cours de la période considérée et, par conséquent, accélérer le retour sur investissement. Toshiba a contribué à réduire le temps nécessaire pour positionner le patient en créant un système de positionnement efficace, et le temps total passé dans la salle de thérapie est considérablement réduit grâce à l'utilisation de rayons de balayage 3D à haute vitesse. Le système de positionnement Toshiba calcule automatiquement l'écart entre la tomodensitométrie de la zone irradiée obtenue lors de la planification du traitement et la radiographie prise directement dans la pièce où l'irradiation a lieu et ajuste la position du lit robotique.sur lequel se trouve le patient. Lors de l'utilisation de la génération précédente d'appareils de radiothérapie, la durée moyenne des séances entre l'entrée du patient dans la pièce et sa sortie était de 26 minutes, maintenant elle a été réduite à 11 minutes.
Enfin, un autre domaine de travail des ingénieurs est de réduire le poids et la taille de l'ensemble de l'équipement, ce qui à son tour augmente à nouveau la disponibilité du traitement pour chaque patient. Ici, Toshiba a également de quoi être fier: il a créé le portique rotatif le plus compact (au 1er octobre 2017) au monde (le soi-disant appareil mobile utilisé pour maintenir et diriger un équipement médical sur un patient fixe), utilisé dans thérapie aux ions lourds. Ceci a été réalisé grâce à l'utilisation de technologies supraconductrices. Si le portique peut pivoter à 360 degrés autour du patient, cela vous permet de viser avec précision la tumeur dans n'importe quelle direction, de réduire ou d'éliminer les dommages aux tissus sains, de positionner rapidement le patient de la bonne manière et de réduire son inconfort.et en même temps, exclure au maximum la déformation des organes; de plus, par la suite, lors des prochaines séances d'irradiation, la position du patient peut être rapidement reproduite.
Des scientifiques des National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (QST; un organisme de recherche japonais créé en 2016 par la fusion de l'Institut national de recherche radiologique et de plusieurs divisions de l'Agence japonaise de l'énergie atomique), en juin 2019, ont créé un portique utilisant un aimant supraconducteur, ce qui a réduit le poids de l'équipement d'environ 300 tonnes. Le portique plus petit et plus léger peut être placé plus commodément dans le bâtiment de l'hôpital, ce qui réduira les coûts des travaux de construction, de maintenance et de service et, par conséquent, réduira le coût du traitement.
Enfin, il convient de parler de la manière dont la sécurité du traitement est assurée. Tout d'abord, l'accélérateur et le patient sont dans des pièces différentes. Ce dernier est situé dans une pièce séparée, pas du tout effrayante (montrée au début du message) sur un lit qui peut être déplacé le long de sept axes pour fournir une irradiation de n'importe quel organe et en même temps maintenir une position confortable pour le patient. La position optimale du lit et des émetteurs, comme nous l'avons déjà mentionné, est déterminée sur la base d'un tomogramme calculé préliminaire et d'un balayage aux rayons X en temps réel juste avant le début de la procédure.
Le professionnel de santé peut surveiller le traitement à l'aide du système de surveillance du faisceau Toshiba: pendant que l'irradiation se poursuit, la position du faisceau et la densité de flux à chaque zone du tissu irradié sont affichées sur l'écran du moniteur dans la salle de contrôle en temps réel . L'état de l'équipement est également contrôlé en permanence pour assurer la sécurité du patient. En cas de problème, un système de blocage spécial arrêtera le flux de particules. L'interface de contrôle de l'équipement a été spécialement conçue pour minimiser les risques d'erreur humaine et donner aux professionnels de la santé un sentiment de confiance et de sécurité.
La radiothérapie est-elle ruineuse?
Comme toute nouvelle technologie, dans le développement de laquelle beaucoup de fonds et d'efforts de spécialistes hautement qualifiés ont été investis, la radiothérapie ne peut pas être bon marché. Pour un patient, un cours de traitement coûtera en moyenne plus cher qu'un cours de chimiothérapie (les calculs exacts dépendent de la gravité de chaque cas).
Le coût élevé est compréhensible: premièrement, les hôpitaux doivent investir dans des équipements coûteux. Deuxièmement, son entretien nécessitera des coûts supplémentaires. Troisièmement, pour y travailler, vous avez besoin d'un personnel hautement qualifié - vous devrez également dépenser de l'argent pour sa formation et sa maintenance.
Quant au coût de l'équipement lui-même, le champ d'application est ici très large. Ainsi, l'accélérateur linéaire le plus simple, pas le plus récent et peut-être utilisé à l'étranger peut coûter jusqu'à 300 000 $. Les nouveaux systèmes vont jusqu'à un million de dollars et plus. De plus, les derniers développements peuvent déjà être estimés à plusieurs millions de dollars américains. En général, l'équipement complet d'une clinique de radiothérapie aux États-Unis, par exemple, devra dépenser de 20 à 150 millions de dollars, et dans certains cas même plus. Cela dépend du nombre de sièges et d'autres facteurs.
Néanmoins, toute technologie efficace au fil du temps va de la même manière: elle devient massive et, par conséquent, plus accessible. Et nous espérons que l'atome «terrible et dangereux» éclaircira son image dans un proche avenir et deviendra le sauveur de l'humanité de l'un de ses problèmes les plus terribles.