RADIOTHERAPIE, RADIOPHYSIQUE ET RADIOBIOLOGIE

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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

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Modes daction des rayonnements ionisants

• 1.1.1 Les rayonnements ionisants
• Quest ce quun rayonnement ?
• On entend par ce dernier la propagation dénergie
  à travers lespace
• Quest ce quun rayonnement ionisant ?
• Il sagit dun rayonnement capable de produire
  des ionisations et des excitations durant leur
  absorption par les tissus biologiques
• Cest 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)

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Les rayonnements électromagnétiques
Assimilables à des grains dénergie 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.

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Les rayonnements particulaires
Peu utilisés en radiothérapie. Seuls les
électrons sont dusage fréquents. Les protons
et les neutrons sont rarement employés
(protonthérapie, neutronthérapie). Autres
particules au stade de létude 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.
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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.
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Interaction électrons-matière
Ces interactions concernent aussi bien
lirradiation des tissus vivants par un flux
délectrons primaires que par des électrons
secondaires mis en mouvement par un flux de
photons. Les électrons incidents hautement
énergétiques sont des particules directement
ionisantes linteraction répulsive électron
incident-électron orbital va aboutir soit à une
excitation soit à une ionisation des atomes
rencontrés.
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Modes daction des Radiations ionisantes

• Effets biologiques chaîne de réactions
• Quatre étapes
• Physique
• Physico chimique
• Cellulaire
• Tissulaire

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Radiobiologie

• Etape physique
• Ionisation et excitation des atomes du milieu
• Durée très brève (10-16 s)

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Radiobiologie

• Etape physico chimique
• Cible principal ADN chromosomes
• 2 types dactions
• Direct ADN
• Indirect produits radiolyse eau
• Molécule ionisée excédent énergie, instable
• 2 façons dexpulser cette énergie
• Photons de fluorescence
• Rupture dune liaison covalente et scission
• Rupture sur ADN ou sur leau création de
  radicaux libres très réactifs OH, H, électron
  -gt H2O2 peroxydes ROOH tétroxydes RO4H
• Action secondaire sur ADN et sur membranes

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Radiobiologie

• Etape physico chimique
• Action ADN rupture mono ou bicaténaires
• Altération bases, destruction sucres
• Enzymes de réparation
• ADN polymérase, exonucléase, ligase,
  topoisomérases
• Variation defficacité différences de
  radiosensibilité

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Radiobiologie

• Etape cellulaire
• 3 types de lésions
• Létales irréparables, mort après quelques
  mitoses (mort différée)
• Sub-létales réparables, mortelle en cas
  daccumulation
• Potentiellement létales, mort cellulaire si
  mitose survenant rapidement

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• Etape cellulaire
• REPARATIONS ADN
• Impossibles mort apoptose
• Complètes cellules vivantes X normales
• Incomplètes mutations génétiques non mortelles

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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

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Fractionnement étalement

• Effet du fractionnement de lirradiation 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)

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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 lirradiation favorisant les tissus de
  cinétique rapide
• Dose iso-effet augmente avec le nombre de séances
  et la durée total de lirradiation

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• Probabilité de stérilisation dépend de
• Type histologique capacité de réparation
• Volume tumoral volume dose
• Degré doxygénation tumorale hypoxieRxR
• 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

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Machine de radiothérapie
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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 dénergie 1,17 MeV et un second d1,33 MeV.
Energie moyenne du cobalt 60 est d 1,25 MeV
(moyenne arithmétique)
La période radioactive du cobalt 60 5,27 ans.
Activité dune source de cobalt 60 décroît de 1
par mois gt suivant le débit initial, la source
ne sera changée que tous les 5 à 8 ans.
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• La source grains ou disques radioactifs (1mm
  dépaisseur, 2 cm de diamètre et de hauteur)
• Source dans une enceinte de protection (uranium
  appauvri, Pb ou tungstène)
• dispositif dobturation 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 dépaisses
  mâchoires de plomb bougeant de façon symétrique
  champs de dimensions allant de 4cm x 4cm à 33cm x
  33cm.

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Principe, description et fonctionnement des
accélérateurs de particules Principe de
laccélérateur linéaire (AL) champ électrique
alternatif de haute fréquence. développement
des générateurs de micro-ondes (ondes radars)
Ces micro-ondes sont capables dinfluencer le
mouvement des particules chargées. Les AL
opèrent en utilisant des micro-ondes de lordre
du GHz et de 10 cm de longueur donde produites
par des tubes électroniques appelés magnétrons ou
klystrons.
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Mouvement des appareils
Ils sont constitués dun statif vertical
supportant la tête de lappareil 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.
Lintersection de laxe du faisceau et de laxe
du statif représente un point fixe de lespace
appelé isocentre.
ABREGES Oncologie radiothérapique, édition Masson
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Schéma de fonctionnement dun accélérateur
linéaire
A lextrémité proximale dun 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
daccélération le faisceau délectron émerge sous
forme dun très fin pinceau de 2 à 3 mm de
diamètre, il va être dévié par de puissantes
lentilles magnétiques vers la tête de
laccélérateur. En mode photon le pinceau
délectrons est projeté sur une cible en
tungstène pour obtenir des RX de hautes énergies.
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Avantages et inconvénients des différents types
dappareils
Télécobalt Accélérateur
Avantages Fiable Très simple Maintenance réduite Coût modéré 2 types de rayonnement Multi-énergie Durée constante de la séance Pas de déchet radio-actif Pénombre étroite
Inconvénients Mono-rayonnement Mono-énergie Débit décroissant Pénombre large Coût du remplacement de la source Déchet radioactif Maintenance lourde et coûteuse Prix dachat Taux de panne
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SIMULATEUR
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Principe, description et fonctionnement des
simulateurs
La simulation ou le centrage est létape
préalable indispensable au démarrage
 classique  de toute irradiation. Cest 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 dirradiation
par rapport aux structures anatomiques profondes
(scopie et clichés radiographiques) Les
paramètres dirradiation (dimension des champs,
nombre de faisceaux, DSP, HT, angle du bras)
sont transmis vers la physique pour la
dosimétrie.
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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

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Quelques exemples de contentions
Le repose bras plan incliné
Gouttière
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Exemple dutilisation des lasers
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(No Transcript)
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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 lisocentre),
• champ maximum,
• dépassement de laxe (projection à lisocentre)
  gt réalisation de champs asymétriques,
• vitesse de déplacement des lames (modulation
  dintensité),
• précision du positionnement des lames,

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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

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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

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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 laxe du faisceau
homogène Utilisateur sadapte aux
caractéristiques figées des faisceaux
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Irradiation poumon
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POUMON 3 D
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DVH POUMON
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RECTUM 3 D
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Rectum 3 D
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DVH RECTUM
40
DDR rectum ant et post
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DDR Rectum Latéraux
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Prostate 3 D DVH
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POUMON 3 D DVH
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Poumon 3 D
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(No Transcript)