La radiothérapie est une médecine complexe. Avant toute chose, le patient est 'marqué' et réalise une ou plusieurs séances de simulation afin de déterminer l'orientation des rayons et l'emplacement précis des tumeurs pour éviter au maximum d'abîmer les tissus sains. Pour cela la radiothérapie conformationnelle 3D est employée pour connaître précisément le volume de la tumeur et les organes proches grâce au scanner notamment ou encore pour déterminer la forme des faisceaux et le dosage.
Cette méthode agit en ionisant les acides nucléiques des cellules traitées entraînant une altération des chromosomes et perturbant la division cellulaire. Pour les rayons X, ils sont utilisés à forte doses et à fréquence élevée pour atteindre le noyau cellulaire et ainsi provoquer une mort retardée des cellules irradiées. Les rayons X sont issus de l'excitation des électrons à la suite d'un bombardement d'un métal lourd, ils sont chauffés et accélérés par une tension électrique dans un tube sous vide puis projeter de manière à bombarder une cible métallique. Ils vont donc être ralentis par le choc avec les atomes de la cible et provoquer des rayonnement (Bremsstrahlung), qui sont des rayons X. Ils sont constitués de photons, qui font parties des ondes électromagnétiques. Ainsi pour limiter les effets négatifs et pour avoir de meilleurs résultats, le patient subit chaque jour le traitement à l'exception des jours fériés et des week-ends.
Les électrons sont issus des accélérateurs de particules mais ont une portée plus courte. Les protons en comparaison sont en revanche beaucoup plus efficaces mais doivent être produits par des cyclotrons et dont l'exploitation coûte plus chère. Il existe également les ions lourds produits par des synchrotron sont une combinaison de neutrons et de protons et sont ainsi encore plus performants.
Plusieurs rayonnements et techniques sont utilisés :
Les Protons sont produits par les cyclotrons et vont interagir avec les électrons des tissus traversés. Cela est conseillé pour les tumeurs de petite taille.
Ainsi le rayonnement se répartit selon trois manières :
• une partie du rayonnement est absorbée,
• une autre est déviée de sa trajectoire
• la troisième enfin est transmise sans interaction.
Des photons, qui sont des particules élémentaires de la lumière vont être libérés et transférés. Une énergie mécanique est ainsi crée.Elle ionise et excite les électrons des cellules endommagées.
Le physicien va donc mettre en place une balistique précise pour protéger les tissus sains. Cela signifie donc de choisir différents paramètres expliqués ci-dessous :
Par ailleurs des caches plombés ou en une autre matière n'absorbant pas les rayons émis peuvent être mis en place sur le patient pour protéger certains organes fragiles. Ainsi en fonction de tous ces paramètres, la dosimétrie peut-être validée.
Les neutrons sont produits indirectement par les cyclotrons, causé par un choc avec du Berylium, métal alcalino-terreux libérant des neutrons grâce aux particules alpha.
Le rayonnement β est également utilisé. Il est est émis spontanément par certains noyaux radioactifs. Ainsi il va entrer en contact avec les électrons des cellules cancéreuses et une répulsion électrostatique se crée avec les électrons non accélérés.
Quant aux électrons accélérés ils sont produits par des accélérateurs. Les caractéristiques sont les mêmes que ci-dessus mais l’emploi de noyaux radioactifs n'est pas nécessaire.
La dose absorbée se mesure en Gray, 1 Gy représentant 1 Joule déposé dans 1
kg de matière. Le Becquerel, quant à lui permet de déterminer le nombre de désintégration spontanée par seconde .
Plus particulièrement les neutrons rapides sont utilisés pour des tumeurs très sensibles comme par exemple pour le cancer de la prostate. Ils vont agir sur la phase S du cycle cellulaire et réduire le pouvoir de régénération.
Pour les protons, cette méthode est la plus précise mais aussi la plus expansive puisqu'un
cyclotron est employé. Son mode de fonctionnement se présente de cette manière :
à l'aide d'un champ électrique il accélère les particules et les confinent à l'aide d'un champ magnétique. Cela permet d’accélérer la production et l'énergie des protons. Sa vitesse est alors proche de la lumière. Cette méthode permet également de produire des isotopes (molécules possédant les mêmes caractéristiques chimiques mais pas le même nombre de neutrons).
Pour cela on privilégie les accélérateurs linéaires.
Les accélérateurs linéaires produisent des électrons et en les mettant en contact avec une cible métallique ils produisent des rayons X.
Comme indiqué précédemment, la radiothérapie a un effet à long terme, cela dépend du type de cellules endommagées par le cancer, puisque le nombre de cellules se multipliant est supérieur à celui qui meurt. Puis cet effet va diminuer au fil des séances puisque la tumeur est affaiblit, et l'amas de cellules diminue. Ainsi des lésions de l'ADN sont causées soit par les électrons ou indirectement après plusieurs processus de radiations qui vont finir par toucher des morceaux de l'ADN, si celui-ci est complexe et difficile à cibler. Il peut donc toucher les bases, les sucres.
