Les aimants du CERN au service du traitement du cancer

Nov 22, 2018

Mises au point à partir de travaux de développement dans les domaines des accélérateurs, des détecteurs et de l'informatique, les technologies de pointe utilisées en physique des particules contribuent depuis longtemps aux progrès des technologies médicales. La toute dernière contribution du CERN à cet égard s'appelle GaToroid, nouveau modèle de portique léger et supraconducteur, capable d'entourer un patient et susceptible de révolutionner l'administration d'hadrons dans le cadre de thérapies, notamment contre le cancer. 

L'hadronthérapie est une technique de radiothérapie de pointe utilisant des faisceaux de protons ou d'ions pour traiter avec précision les tumeurs, en épargnant les tissus sains environnants des rayonnements non désirés. Cette technique, caractérisée par sa grande précision, est particulièrement indiquée pour le traitement des tumeurs chez les enfants, ou celles qui se trouvent à proximité d'organes à risque. Les portiques rotatifs permettent de faire circuler le faisceau tout autour du patient afin d'irradier la tumeur à partir de différents angles, protégeant mieux les tissus environnants. 

Les portiques sont des éléments d'ingénierie complexes, représentant une part considérable des coûts d'installation en hadronthérapie et occupant une grande surface au sol. S'agissant des ions carbone en particulier, il n'existe que deux portiques à les utiliser dans le monde. Le premier, qui se trouve au centre de thérapie par faisceaux d'ions de Heidelberg, en Allemagne, mesure 25 mètres de longueur et pèse plus de 600 tonnes. Le deuxième, situé à Chiba, au Japon, est un portique supraconducteur de taille et de poids réduits, mais doté d'un système cryogénique rotatif exigeant. Si l'intérêt des ions carbone ou d'autres ions plus lourds que les protons grandit sur le plan thérapeutique, la taille énorme des portiques actuels, associée au manque de solutions technologiques standard viables, imposent d'importantes contraintes aux installations d'hadronthérapie du futur. 

Conscient de ces défis, le scientifique et spécialiste des aimants du CERN, Luca Bottura, a mis au point un nouveau modèle de portique innovant, appelé GaToroid, reposant sur un concept d'aimant toroïdal, capable de courber le faisceau de traitement sans avoir à faire pivoter la structure. Le portique est composé d'un ensemble de bobines supraconductrices indépendantes constituant l'aimant toroïdal, ainsi que d'un dispositif de courbure, situé à l'avant de la structure, destiné à diriger le faisceau selon l'angle voulu. De par l'utilisation de supraconducteurs, le dispositif GaToroid sera nettement moins lourd et moins volumineux que les dispositifs conventionnels, en particulier pour les faisceaux d'ions. Cette invention n'est pas le résultat d'une étude spécifique, mais le fruit d'un heureux hasard, grâce aux liens qu'entretient Luca avec d'autres domaines de la science appliquée, et grâce à son expérience professionnelle.

 

Cette animation montre la manière dont les aimants toroïdaux supraconducteurs entourant le patient sont utilisés pour diriger un faisceau d'hadrons selon l'angle adéquat pour traiter une tumeur (Animation : Daniel Dominguez/CERN)


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Luca Bottura a présenté son projet lors du séminaire sur le transfert de connaissances, GaToroid: A Novel Superconducting Compact and Lightweight Gantry for Hadron Therapy, qui a eu lieu le 22 novembre. La vidéo du séminaire est disponible ici

Pour de précédents sujet consacrés à l'hadronthérapie, lire les articles du CERN Courier  Therapeutic Particles et The changing landscape of cancer therapy


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