Importance de la physique en médecine : traitement contre le cancer
Le cancer est la deuxième cause de mortalité en Belgique, après les maladies cardiovasculaires. Environ 1 personne sur 3 développera un cancer au cours de sa vie. A la lecture de ces statistiques, on comprend combien il est important de développer des technologies capables de détecter et de traiter tout symptôme oncologique.
Par ailleurs, la physique est un domaine clé de la médecine. Effectivement, elle permet de comprendre et de traiter de nombreuses pathologies. Elle permet également d’améliorer la performance physique des patients et de développer de nouvelles technologies médicales.
C’est pourquoi, la physique est utilisée dans le traitement du cancer. Par exemple, la radiothérapie utilise des rayons X et d’autres formes d’énergie. Celles-ci sont notamment d’origine nucléaires, c’est-à-dire provenant du noyau des atomes. Ces hautes énergies sont nécessaires pour détruire les cellules cancéreuses.
La radiothérapie est l’utilisation de rayonnements ionisants (rayons X et gamma) pour traiter les tumeurs cancéreuses. Ces rayonnements sont produits par des appareils spéciaux. Ils génèrent des rayons X et des rayons gamma à haute énergie.
Pour comprendre comment ces rayonnements agissent sur les cellules cancéreuses, il est important de connaître les concepts suivants en physique :
La nature des rayonnements ionisants
D’un part, on utilise les rayons X et les rayons gamma. Ce sont des particules neutres électriquement parlant (des photons) qui ont une très haute énergie. De ce fait, ils peuvent pénétrer profondément dans les tissus du corps. On utilise les rayons X et les rayons gamma pour traiter les tumeurs superficielles et les tumeurs profondes.
D’autres part, on utilise également des protons, particules chargées positivement. Ils permettent de traiter les tumeurs profondes.
Lorsque les rayonnements et les particules entrent en contact avec la matière, ils peuvent ioniser (c’est-à-dire retirer ou ajouter des électrons) aux atomes et aux molécules, ce qui peut endommager ou tuer les cellules.
Les effets biologiques des rayonnements ionisants
Les rayons gamma et les rayons X peuvent traverser la matière et causer des dommages aux cellules en provoquant des réactions chimiques avec les molécules présentes dans les cellules. Les rayons gamma et les rayons X ont la capacité de briser les liaisons chimiques dans les molécules, notamment dans l’ADN.
Les protons, quant à eux, causent des dommages à l’ADN en déposant leur énergie de manière très précise. En effet, ils déposent leur énergie à une profondeur bien définie dans le tissu. Cela permet de concentrer une dose élevée de rayonnement sur la tumeur.
Les bris de liaison de l’ADN peuvent entraîner des mutations génétiques. A leur tour, elles peuvent causer des dommages importants aux cellules et entraîner le développement de tumeurs cancéreuses.
Les rayonnements ionisants peuvent également perturber le métabolisme des cellules et affecter leur division et leur croissance.
La dose de rayonnement
La dose délivrée par les rayons X, les rayons gamma et les protons en radiothérapie est un facteur clé pour déterminer l’efficacité et les effets secondaires des traitements.
On utilise les rayons X et les rayons gamma pour traiter à la fois les tumeurs superficielles et les tumeurs profondes. La dose délivrée par ces types de rayonnements s’exprime en Gray (Gy). Les doses couramment utilisées varient généralement entre 1 et 80 Gy.
Les protons, quant à eux, permettent de traiter les tumeurs profondes. La dose délivrée par les protons s’exprime généralement en Gray équivalent (GyE). Les doses couramment utilisées en radiothérapie protonique varient généralement entre 60 et 80 GyE.
Il est important de noter qu’un médecin détermine les doses de rayonnements en fonction de plusieurs facteurs. Par exemple, de l’emplacement de la tumeur, de sa taille et de sa gravité. Mais égalementde l’état de santé général du patient. Les doses sont également adaptées en cours de traitement pour minimiser les effets secondaires sur les tissus sains.
La dépendance en énergie
L’efficacité des rayonnements ionisants pour endommager l’ADN des cellules est en partie dépendante de leur énergie. En général, plus l’énergie des rayonnements est importante, plus ils sont efficaces pour tuer les cellules cancéreuses. Mais, ils peuvent également endommager davantage les cellules saines.
La radiothérapie avec des protons permet de concentrer une grande dose de rayonnement sur une tumeur tout en réduisant les doses reçues par les tissus sains environnants. Cela est particulièrement opportun pour les tumeurs qui se trouvent près d’organes importants tels que le cerveau, la colonne vertébrale et les yeux. En effet, à ces endroits, les doses de rayonnement trop importantes peuvent causer des dommages importants.
Les protons sont également utilisés pour traiter les tumeurs qui sont difficiles à atteindre avec des rayons X ou des rayons gamma, comme les tumeurs situées dans les sinus, les cavités nasales et les oreilles.
La profondeur de pénétration
Les rayonnements ionisants ont une certaine profondeur de pénétration dans les tissus du corps. Par exemple, les rayons X ont une faible profondeur de pénétration et sont utiles pour traiter les tumeurs superficielles. Par ailleurs, les rayons gamma ont une profondeur de pénétration plus importante et sont utiles pour traiter les tumeurs profondes.
Les protons sont utilisés dans le traitement contre le cancer en raison de leur propriété de déposer leur énergie de manière très localisée, c’est-à-dire qu’ils déposent leur énergie à une profondeur bien définie dans le tissu. Cette propriété est appelée « Pic de Bragg« .
Les physiciens en hôpital sont notamment responsables de la planification des traitements en utilisant des logiciels de simulation pour prédire comment les rayonnements vont se comporter une fois qu’ils ont pénétré dans le corps. Ils utilisent également des techniques d’imagerie pour localiser les tumeurs et vérifier l’efficacité des traitements.
Fonctionnement optimal des appareils de traitement oncologique
Les physiciens en hôpital travaillent également en étroite collaboration avec les médecins et les technologues en radiothérapie pour s’assurer que les machines de radiothérapie fonctionnent de manière optimale et qu’elles respectent les normes de sécurité en vigueur.
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