La radiothérapie externe est utilisée dans au moins 60% des cas de cancer, soit environ pour 150 000 patients par an. Le principe de la radiothérapie externe est que la source du rayonnement est à l'extérieur du malade. On utilise aujourd'hui un accélérateur linéaire avec précision. C'est la radiothérapie conventionnelle.

En temps réel, grâce aux technologies informatiques, on se repère au mm près dans le cerveau. On peut alors coupler facilement cette capacité à un accélérateur linéaire pour faire de la radiothérapie précise, en utilisant le même système informatique que celui du bloc opératoire.

L'accélérateur linéaire délivre des photons, rayon X ou gamma à très haute énergie. Ces photons agissent en irradiant les lésions visées, tout en respectant les éléments avoisinant, autant que faire ce peut.

L'accélérateur est constitué de tubes conducteurs alignés, séparés par un très faible espace. L'ensemble est soumis au vide. Une tension alternative est appliquée entre deux tubes voisins, il règne alors dans ces interstices un champ électrique alternatif. Une particule chargée électriquement, un proton par exemple, est placée devant le premier tube. A l'intérieur des tubes, le champ est nul et les particules glissent à vitesse constante. Dans l'espace entre les tubes, le champ accélère les particules, celles-ci gagnent un supplément d'énergie ?=qU. U étant la tension au passage de la particule dans le champ et q la charge de la particule. La vitesse augmentant, les tubes sont des tailles de plus en plus élevées. En effet, le temps de parcours dans chaque tube doit être égal, pour le bon fonctionnement de l'appareil.

En radiothérapie conventionnelle, sont utilisés surtout photons et électrons. Les électrons sont chargés d'énergie. Leur mécanisme est le même que celui des photons, cependant, ils sont plus fortement atténués dans les tissus. Ainsi, toute leur énergie est déposée dans les premiers centimètres de tissus traversés.

Plusieurs rayonnements sont à ce jour étudiés :

- Les rayons X classiques et les faisceaux de photons gamma actuels ont un défaut de taille : l'irradiation perd en intensité en pénétrant dans les tissus. Le traitement des tumeurs profondes est ainsi délicat, car on irradie plus les tissus superficiels que les tissus tumoraux visés.

- Contrairement aux rayons conventionnels dont le profil de dose délivré aux tissus diminue progressivement avec la profondeur traversée, celui des ions comme le carbone est caractérisé par un dépôt de dose élevé en fin de parcours, c'est le pic de Bragg. La position en profondeur du pic de Bragg peut être modifiée, selon la position du faisceau de rayons. On peut ainsi déposer un maximum d'énergie au sein du volume ciblé. L'irradiation est plus efficace sur la tumeur en elle-même et les dommages causés aux tissus superficiels sont alors minimisés. On note aussi la faible diffusion latérale du faisceau de carbone. Les protons et les ions peuvent de plus s'attaquer à des tumeurs à plus de 20 centimètres de profondeur, autant dire que toutes les parties du corps sont accessibles. De ces propriétés et de l'expérience acquise au Japon et en Allemagne, les ions comme le carbone sont le plus sûr espoir de faire progresser, à court terme, le pourcentage de guérison en cancérologie des tumeurs radiorésistantes C'est en Allemagne que les premiers traitements aux ions carbone ont été effectués en 2006, ils sont très coûteux et ne sont pas accessibles en France actuellement.

Comparaison des dépôts de dose pour des photons, des électrons et des ions carbone. On remarque la précision de ce dépôt en profondeur pour les ions carbone : c'est le pic de Bragg.

La diffusion en profondeur d'un faisceau est plus élevée dans le cas des protons que dans le cas des ions carbone.

Il existe différents types de radiothérapie externe :

1 - La radiothérapie conformationnelle 3D :

La radiothérapie conformationnelle 3D est une irradiation transcutanée. Des images de scanner sont utilisées pour définir avec une très grande précision la forme de la tumeur, et donc la zone à irradier. La mise en oeuvre de cette technique fait appel à:

• Des moyens assurant la reproductibilité du traitement : immobilisation du patient, contention.
• Une imagerie tridimensionnelle de la totalité des volumes irradiés. La scanographie peut ainsi être complétée par IRM afin d’avoir une précision et une sûreté accrues.
• Une délinéation des volumes cibles et des organes, on dresse une marge de sécurité adaptée aux organes potentiellement touchés par les rayons.
• A l'aide de collimateurs multilame et de caches qu'on peut personnaliser, on obtient une balistique et une collimation des rayons adaptées au volume cible.

Le collimateur multilame est un dispositif spécifique fixé à la tête de l'accélérateur et comportant une paire de lames métalliques de 0.5 à 1 cm de long. Ces lames sont dotées d'un moteur individuel miniature et peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres pour délimiter des champs très complexes.
Son utilisation comporte plusieurs avantages :

• il réduit les contraintes liées aux maniement des caches
• il permet d'augmenter, à durée d'installation équivalente, le nombre de champs. Cette augmentation du nombre de portes d'entrées du faisceau dans l'organisme permet de diminuer le volume traité, c'est à dire les volumes qui reçoivent une dose importante pour le traitement.
• Les lames du collimateur multilame peuvent se déplacer dans le faisceau durant l'irradiation. Cette interposition permet de moduler l'énergie du faisceau, on parle alors de radiothérapie conformationnelle 3D avec modulation d'énergie.

Schématiquement, on peut décomposer la radiothérapie conformationnelle 3D en 3 trois différentes phases. L’acquisition et le traitement des images en trois dimensions, la planification et enfin l’exécution et la vérification du traitement. Des limites et incertitudes existent tout au long de ce processus, la délinéation des volumes cibles et des organes critiques, une des étapes importantes de cette technique, peut varier d’un professionnel à l’autre. D’une équipe à l’autre, les marges de sécurité ne sont pas les mêmes. Les logiciels utilisés sont divers. C’est donc un manque d’homogénéité qui ressort de cette pratique, des textes réglementaires devraient être publiés prochainement.

Cette technique est utilisée de plus en plus fréquemment pour différents cancers de la prostate, du système nerveux, des voix aérodigestives supérieures ( bouche, larynx, pharynx, sinus), du foie et du pancréas.

Des données limitées n’ont cependant pas faire preuve de son bénéfice clinique, les experts reconnaissent cependant qu’à dose égale à la radiothérapie conventionnelle, la radiothérapie conformationnelle 3D se distingue par sa précision et sa maîtrise possible du traitement. Maîtrise d’autant supérieur lorsque l’on couple la radiothérapie conformationnelle 3D avec la modulation d’intensité, en vue d’optimiser encore l’irradiation en augmentant le contrôle des rayons.

2 - La radiothérapie asservie à la respiration :

Au début de l’année 2004, l’institut Curie relève un nouveau défi : le traitement de patient par radiothérapie asservie à la respiration. Pour les tumeurs situées dans la région du thorax, les radiothérapeutes sont en effet face à un problème : le déplacement des tumeurs dû aux mouvements respiratoire. Grâce au développement de ce système, on prend désormais en compte ce mouvement lors des séances de radiothérapie.
Deux approches se sont développées :

• La technique dite du « blocage respiratoire volontaire », le patient porte de lunettes avec un écran, des repères sur ce dernier lui indiquent quand retenir sa respiration puis la relâcher. Le patient est alors premier acteur de sa thérapie.
• Le suivi automatisé de la respiration, basé sur l'informatique. Des petits boîtiers plastiques dotés de réflecteurs sont disposés sur l'abdomen du patient, ils permettent de suivre en temps réel les mouvements respiratoires de celui-ci. Un logiciel analyse ses mouvements puis commande le déclenchement de l'accélérateur toujours au même moment du cycle respiratoire. On choisit donc la phase de la respiration où à lieu l'irradiation, en fonction de la localisation de la tumeur, celle-ci sera traitée en inspiration ou en expiration, pour l'éloigner des organes critiques.

La radiothérapie asservie à la respiration, en cours d'évolution, est susceptible de s'adresser à des cancers très courants, comme ceux des poumons ou des seins.

3 - La radiochirurgie :

On peut rapprocher la radiochirurgie de la radiothérapie externe. Le terme « radiochirurgie » désigne une technique de radiothérapie où la convergence de multiples faisceaux de petites dimensions émis par un accélérateur linéaire concentrent la dose dans de petits volumes circonscrits. Tout se passe donc en une seule séance. La précision étant évaluée à 0.3 mm environ.

Les meilleures indications à la radiochirurgie sont les métastases, tumeurs formés de cellules d'un cancer. Les plus fréquentes chez l'homme sont les métastases du cancer du poumon, chez la femme il s'agit des métastases du cancer du sein.
Cependant, en fonction de plusieurs paramètres appréciés par le neurochirurgien et le radiothérapeute, ces métastases sont soumises à une radiochirurgie ou à une radiothérapie conventionnelle.

La radiochirurgie présente un grand intérêt, on peut traiter en une seule fois 7 lésions. Cette technique peut être proposée avec succès pour les métastases cérébrales, les petits méningiomes (petites tumeurs du cerveau, qui, bien que jamais cancéreuse, ont souvent tendance à repousser), les neurinomes (tumeurs bénignes en général situées sur le nerf de l'audition) et les tumeurs de l'hypophyse (glande endocrine qui se trouve dans une petite cavité osseuse à la base du cerveau) et de sa région. Plus discutable, la radiochirurgie sur les tumeurs gliales (tumeurs issues du tissu de soutien du cerveau, ou glie), en effet, le flou des contours des tumeurs gliales rend difficile un traitement par radiochirurgie, basé sur la précision. Il est quand même envisagé si la tumeur est très petite et située à côté des zones vitales, comme à proximité du tronc cérébral.

Après une période de mise au point, les chirurgiens ont été séduit par la possibilité d'une irradiation sélective, de qualité et en une fois. Comme toute radiothérapie, les résultats ne sont visibles que plusieurs mois après la séance de radiochirurgie. Les lésions traitées, après une courte période où elles peuvent légèrement augmenter de volume, se stabilisent, diminuent puis disparaissent. On observe par exemple la disparition de petites métastases entre six mois et un an après la séance.

Exemple de radiochirurgie :

Le gamma knife :
Il s’agit d’une forme de radiochirurgie, les Américains l’appellent « gamma knife » et cet appareil connaît un grand développement aux Etats-Unis. Le but est ici de brûler les tumeurs.
Comme tout rayonnement, c’est un photon lumineux moins énergétique que le rayon X, donc moins dangereux pour les tissus qu’il traverse, que l’on concentre ensuite sur un autre faisceau. En tout, 201 faisceaux sont concentrés en un espace restreint, siège de la tumeur.
Ce système peut représenter une option pour brûler les petites tumeurs profondes, dans le thalamus par exemple. Les tumeurs y étant situées étant inopérables par d’autres moyens.
Cependant, cette chirurgie n’est accessible qu’aux tumeurs de petites tailles et parfaitement sphérique. De plus, comme toutes formes de radiochirurgie, des expériences in-vitro réalisées par des chercheurs canadiens ont montré l’inefficacité du couteau gamma sur les glioblastomes, tumeurs issues de la glie.

La protonthérapie
Les protons présentent des propriétés balistiques avantageuses mais leur mise en oeuvre nécessite des technologies lourdes. On utilise des faisceaux de protons émis par des accélérateurs particuliers (les cyclotrons », très rares et coûteux : il en existe deux en France en 2007. La radiothérapie par faisceaux de protons permet d'atteindre des zones très ciblée, proches d'organes très fragiles comme le cerveau ou la moelle épinère. Leur utilisation est réservée à des cas bien précis : certaines tumeurs de l'oeil ou situées à l'intérieur du crâne notamment.