Physique nucléaire hadronthérapie et projet ARCHADE. Jean Colin professeur UCBN chercheur LPCCAEN UMR 6534

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1 Physique nucléaire hadronthérapie et projet ARCHADE Jean Colin professeur UCBN chercheur LPCCAEN UMR 6534 Réseau des mécaniciens Cabourg 16 octobre 2013

2 Cancer en France : ~ nouveaux cas/an ~ radiothérapies photons par an Guérison: 45% 22% chirurgie 9% chirurgie + radiothérapie 9% radiothérapie exclusive 5% chimiothérapie Echec: 55% 18% échec local 37% métastases Objectif Diminuer effets sur les tissus sains Augmenter efficacité anti-tumorale Moyens Balistique Efficacité biologique Radiothérapie IMRT, Cyberknife, Tomothérapie.. & Hadronthérapie

3 Les rayonnements ionisants Les particules neutres Les particules chargées Photons X de 30 kev à 150 kev utilisés en imagerie médicale Photons X de 15 à 30 MeV utilisés en radiothérapie Protons de 90 MeV à 290 MeV utilisés en protonthérapie Les ions carbone de 50 à 400 A.MeV utilisés en carbonethérapie (énergie des photons visibles : de 1,5 à 3 ev) (hadronthérapie : hadrons : composés de quarks)

4 Interaction des photons avec la matière nombre 1000 nombre E = 20 MeV 750 E = 10 MeV 500 E = 1 MeV 250 E = 100 kev énergie déposée générateur X ou source radioactive épaisseur de tissus en cm thérapie : radiothérapie épaisseur de tissus en mm imagerie : radiographie

5 rayonnement transmis et radiographie Scanographe dédié en radiothérapie externe Permet de reconstituer le patient en 3D de manière virtuelle et de réaliser des clichés de référence reconstruits énergies typiques 100 kev CRLCC - CAEN

6 rayonnement absorbé et radiothérapie externe Énergies des rayons X jusqu à 30 MeV appareil de radiothérapie (tête isocentrique)

7 RADIOTHÉRAPIE EXTERNE Détermination de la balistique d irradiation générateur X

8 Comment améliorer la balistique? IMRT : Plan de traitement d un cancer de la prostate, avec cinq incidences faisceau modulées en intensité, en radiothérapie de photons.

9 Comment améliorer la balistique? CyberKnife Tomothérapie Traitement radiothérapie plateforme CRLCC François Baclesse radiothérapie guidée par l image

10 Exemple de planification de traitement (TPS) de tomothérapie

11 Comment améliorer la balistique? Les photons Les protons nombre E = 20 MeV E = 10 MeV E = 1 MeV E = 100 kev énergie déposée nombre Ep A.MeV énergie déposée épaisseur de tissus en mm épaisseur de tissus en mm

12 Traitement par faisceaux balayés Plan de coupe Irradiation du plan distal

13 Traitement par faisceaux balayés Irradiation du volume complet J-M Fontbonne LPC-Caen

14 Traitement par faisceaux balayés Φ max = Φ # 0.06 Φ max = Φ # ESIL forum biomédical 2010 J-M Fontbonne LPC-Caen

15 Déroulement d un traitement de protonthérapie 1. imagerie contourage de la tumeur 2. logiciel de planification élaboration du plan de traitement 5. correction comparaison du traitement délivré et celui planifié 3. irradiation 4. détecteur cyclotron IBA 230 MeV protons au MGH de Boston

16 Contrôle faisceau balayé protonthérapie X(64) I1 gap ~10mm I2 Y(64) IC2/3 Testé et en fonctionnement à ESSEN «Westdeutsches Protontherapiezentrum Essen» Collaboration LPCCAEN - IBA Nozzle & gantry Thèse Charlotte Courtois Brevet IBA 28/12/2009 Inventeurs : J.M.Fontbonne & J.Perronnel LPCCAEN NIMA-D R1

17 Nouvelle génération de machines pour la protonthérapie S2C2 IBA B : centre 5,5T M : 50 tonnes Φ : 2,5 m Nouvelles caractéristiques machine en dimension (plus compactes) et en intensité adaptation de l instrumentation de contrôle faisceau (ou nouveau développement)

18 Comment améliorer la balistique? Les protons Les ions carbone nombre nombre Ep A.MeV énergie déposée Ep A.MeV énergie déposée épaisseur de tissus en mm épaisseur de tissus en mm

19 Radiosensibilité & Efficacité Biologique Relative EBR ~3 Hypoxie Dose X 220keV EBR = & Dose( bio) = Dose( phys ) x EBR Dose Ion

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22 En résumé faisceaux machine imagerie localisation de la dose latérale localisation de la dose en profondeur efficacité biologique photons X *** *** * * * protons **? ** *** * carbone *? *** ** ***? les différents faisceaux sont des outils complémentaires??? R&D indispensable nécessite beaucoup d heures faisceaux centre dédié ARCHADE

23 Perspective bâtiment ARCHADE- phase finale APS -SOGEA Nord-Ouest (groupe VINCI) C400 S2C2

24 Plan du niveau salles d irradiation Salle recherche physique nucléaire avec ions carbone Salle recherche radiobiologie avec ions carbone Salle recherche clinique avec ions carbone Salle «Protéus One» traitement protons C400

25 Implantation UFR des SCIENCES ENSICAEN IUT LPC CIMAP GANIL CIMAP LARIA ARCHADE CYCERON 25

26 Calendrier du programme ARCHADE 2 Août 2013 Signature du mandat d arrangement avec AUXIFIP comportant entre autres: - le CCRMO pour le bâtiment - le contrat d achat du Proteus One - les baux pour le terrain 15 octobre 2013 remise des rapports d audits 15 novembre 2013 remise de l offre de financement 20 décembre 2013 Signature des conventions de financement avec les banques Début 2014 mise en œuvre des contrats et début du développement du C400 Mars 2014 Fin 2014 dépôt permis de construire et dossier ICPE Début des travaux du bâtiment Fin 2015 Fin des travaux du bâtiment, livraison et installation du Proteus One Mi 2017 Fin 2018 Traitement des premiers patients en protons Début des travaux de recherche sur le carbone avec les équipements du centre ARCHADE

27 Physique nucléaire - Hadronthérapie ARCHADE Conclusion La radiothérapie X, la protonthérapie et la carbone-thérapie sont complémentaires L utilisation des ions carbone est prometteuse mais nécessite encore beaucoup de R&D pour être utilisée de façon optimisée Cette R&D nécessite un centre dédié ARCHADE La communauté de physique nucléaire a un rôle majeur à jouer en hadronthérapie au niveau : données nucléaires, contrôle faisceau, contrôle et mesure de la dose, imagerie, simulations.

28 Merci de votre attention