Les accelérateurs linéaires

Qu’est ce qu’un accélérateur ?

Un accélérateur linéaire est un système qui utilise des ondes électromagnétiques de fréquences élevées (voisines de 3000 MHz) pour accélérer des électrons jusqu’à des énergies très élevées (de l’ordre de 25 MeV) à travers un tube linéaire. Le faisceau d’électrons qui en résulte peut soit être utilisé, après passage au travers de diffuseurs en plomb, pour traiter des lésions superficielles, soit frapper une cible (tungstène) produisant ainsi des rayons X qui pourront traiter des tumeurs plus profondes.

La production des faisceaux de rayons

Les électrons sont émis par le chauffage d’un filament d’un canon à électrons. Ils sont arrachés au filament puis injectés dans une succession de cavités où règnent des champs magnétiques très élevés créés par une onde de haute fréquence (3000 MHz) (produite par ce qu’on appelle un Magnétron ou un Klystron). Les tensions nécessaires pour faire fonctionner ces ensembles sont si élevées qu’il n’est pas possible de les produire de façon permanente. Elles sont produites sous forme pulsée par ce qu’on appelle un modulateur.

Une fois les électrons accélérés, ils sont guidés par un champ magnétique intense en direction de la cible. Cette cible en tungstène est interposée dans le faisceau d’électrons pour créer des photons (rayons X).

Les outils pour modifier les faisceaux

Il est possible de modifier le point d’entrée des faisceaux en tournant le  » bras  » de l’accélérateur. C’est de cette partie de l’appareil que sortent les rayons. La position de la table de traitement peut aussi prendre différentes positions pour adapter au mieux les techniques de traitement utilisées.

Les faisceaux utilisés sont limités dans leur dimension par un collimateur multilames. Il s’agit d’un système qui permet d’arrêter les rayons de manière à ne traiter que les zones souhaitées. Des caches personnalisés adaptés à chaque patient peuvent ensuite être ajoutés à ce collimateur pour compléter la protection des organes sains.

Accélérateur linéaire d'électrons Clinac 2100CD (Varian)

Accélérateur linéaire d’électrons Clinac 2100CD (Varian)

Les outils pour vérifier le positionnement du patient et des faisceaux

La forme des faisceaux d’irradiation ainsi que la position des patients sont vérifiées à l’aide de détecteurs numériques. Techniquement, le faisceau de rayons X est intercepté par un écran qui convertit les rayons en une image lumineuse. Cette image peut être visualisée en direct, sur un écran d’ordinateur, par la manipulatrice au pupitre de commande.

Le positionnement du patient est contrôlé par un ensemble tube capteur numérique. Deux images orthogonales, faites avec ce système et comparées aux images radiologiques obtenues en simulation virtuelle, permettent de vérifier le positionnement du patient. Des outils informatiques permettent désormais de quantifier et de corriger les écarts qui peuvent exister entre ces deux images en agissant sur le positionnement de la table de traitement.

Système d'imagerie MV - kV

Système d’imagerie MV (haute énergie) – kV (basse énergie)

Le bon positionnement de chaque faisceau est vérifié par une radiographie faite avec le faisceau de traitement. Ces images sont comparées à celles réalisées lors de l’étape de simulation du traitement.

 

Image portale d'un faisceau ORL

Image radiologique reconstruite d’un faisceau ORL (DRR)

Image portale d’un traitement ORL

 

Les accélérateurs du service

Le service possède 3 accélérateurs linéaires d’électrons de dernière génération : 2 Clinac 2100 C et CD (6 , 15 MV) et un Novalis Truebeam STX (6, 10 MV). Ils sont tous les trois dotés d’une collimation multilames, de systèmes d’images haute et basse énergie pour réaliser les traitements les plus précis. Cependant, le dernier appareil installé en mars 2015, le Novalis Truebeam STX , a été choisi parce qu’il permet de réaliser à lui seul toutes les différentes techniques de traitement de radiothérapie, qui sont :

  1. La radiothérapie en condition stéréotaxique : Elles concernent le traitement par rayons X de petites lésions crâniennes  (volume < 5 cm3) ou extra crâniennes (pulmonaires ou abdominales) de petites dimensions et le plus souvent mobiles du fait de la respiration des patients. Ces derniers traitements évitent une opération chirurgicale.
  2. La radiothérapie conformationnelle par modulation d’intensité (RCMI) : Ces irradiations font appel à la modulation du flux de rayons X qui est réalisée soit par des faisceaux statiques (entre 5 et 9) ou par 1 ou 2 arcs. On optimise les doses sur les lésions et les organes à risque.
  3. La radiothérapie guidée par l’image : L’adjonction de systèmes d’imagerie de haute énergie et de basse énergie assurent à la fois la sécurité, la précision et l’efficacité des traitements. Ces systèmes vérifient la conformité de la position du patient par rapport à celle définie lors de la phase de préparation et permettent de corriger celle-ci en cas de dérive durant les séances de traitement.
  4. La radiothérapie asservie à la respiration : L’asservissement consiste à synchroniser la production des faisceaux aux mouvements respiratoires des patients de manière à ne viser que la lésion tout en diminuant la quantité de tissus sains traités. Ces traitements qui sont associés le plus souvent aux irradiations en condition stéréotaxique présentent un grand intérêt car ce sont de fortes doses qui sont délivrées en très peu de séances.
Novalis truebeam STX

Accélérateur Novalis Truebeam STX dédié à la stéréotaxie et ses systèmes d’imagerie embarquée et fixe (Varian – Brainlab).

C’est un accélérateur linéaire bi-énergie 6 et 10 MV. Il possède un micro-collimateur multilames formé de lames de 2,5 mm d’épaisseur, qui donne une excellente précision de collimation et des débits de RX élevés de 6 et 14 Gy/min à 6 MV.  Ces caractéristiques sont nécessaires pour réaliser les irradiations en condition stéréotaxique et des arcthérapies modulées en fluence (VMAT). La couverture dosimétrique des lésions est meilleure, les tissus sains mieux protégés et les durées de traitements peuvent être réduits de 20 à 30 %.

Pour répondre à la problématique de la précision du traitement, le Novalis dispose de 3 systèmes d’imagerie intégrés et une table possédant 6 degrés de liberté dans ses mouvements. La correction de la table (position du patient) est réalisée soit par le système OBI (On Board Imager) qui assure la reconstruction tomographique du volume à traiter soit par le système d’imagerie  stéréoscopique « ExacTrac » formé de 2 paires tube RX -détecteurs plans. L’imagerie de haute énergie 2,5 MV permet de vérifier la position des faisceaux sur les lésions à l’aide d’un détecteur plan ayant une très bonne résolution spatiale.

L’accélérateur possède enfin des caméras infra rouges assurant le suivi des mouvements respiratoires des patients. L’imagerie kV permet la visualisation de la lésion en mouvement. Grace à son débit de RX élevé, cet accélérateur peut traiter les lésions pulmonaires et abdominales dans des phases respiratoires choisies afin de diminuer le volume de tissu sain irradié.

En conclusion, le Novalis est plus précis et plus rapide dans la prise en charge de toutes les lésions. Il donne au service de radiothérapie de l’hôpital TENON les mêmes moyens techniques que ceux des grands centres français ou internationaux. Il traite les patients depuis mi-juillet 2015.