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Dernière modification effectuée
le 05/06/2011
Bases physiques de la radiothérapie

Classification des radiations ionisantes utilisées en thérapeutique

Plusieurs types de radiations ionisantes peuvent être employés :

Les radiations ionisantes non chargées

Electromagnétiques

- photons X provenant du réarrangement des électrons du cortège électronique : tubes à Rayons X, accélérateurs ;

- photons gamma d'origine nucléaire, émis lors de désintégration nucléaire : source de 60Cobalt,192 Ir, 137Cs, ...

Les caractéristiques physiques sont :

  • pas de masse : propagation en ligne droite ;
  • pas de charge : interactions aléatoires avec la matière d'où dose de fuite toujours non nulle après traversée d'une épaisseur quelconque de matière et parcours infini.

Particulaires : neutrons

Ces particules sont produites de façon artificielle par les cyclotrons, leur parcours est rectiligne dans la matière. Ils agissent en arrachant les protons des milieux traversés. A doses égales, leur efficacité biologique est trois fois plus élevée que celle des radiations électromagnétiques.

Les radiations ionisantes chargées

Rayonnement β-

Il est émis par certains noyaux radioactifs. Il est constitué d'électrons, qui agissent en mettant en mouvement les électrons des milieux traversés, par répulsion électrostatique. Leur parcours est plus ou moins sinueux, dépendant de leur énergie initiale. Leur efficacité biologique est très voisine de celle des RX et γ.

Electrons accélérés

Produits par les accélérateurs, ils possèdent les mêmes caractéristiques physiques que les électrons du rayonnement β-. Leur énergie est choisie selon la profondeur à laquelle se trouve la lésion à traiter, ce qui offre un grand avantage sur le plan dosimétrique, permettant d'épargner les tissus plus profonds.

Rayonnement α

Il est constitué de particules lourdes, chargées positivement, qui sont des noyaux d'Hélium. Ces particules sont émises spontanément par des noyaux instables et agissent dans les milieux qu'elles traversent en mettant en mouvement des électrons et des protons. Leur parcours est très faible, de l'ordre de quelques millimètres dans l'eau. Leur efficacité biologique est de l'ordre de 5 à 10 fois celle des RX et des photons γ, mais leur pénétration faible ne permet pas de les utiliser en clinique.

Protons

Produits par cyclotrons, ils vont agir en cédant leur énergie au cours des collisions avec les électrons des tissus traversés. La distribution de dose en profondeur se fait sous la forme d'un pic très étroit (pic de Bragg), adapté au traitement de tumeurs profondes, de petite taille, au voisinage de tissus sains radiosensibles. Les indications principales en sont les mélanomes choroïdiens et les tumeurs de la base du crâne et du canal rachidien (chordome/chondrosarcome). L'efficacité biologique des protons serait proche de celle des neutrons.

Ions légers

Produits également par les synchrotrons, ces ions légers permettraient une pénétration comme les protons et une efficacité biologique comme les neutrons. Ils constituent une voie de recherche très intéressante.

Interactions des radiations ionisantes avec les tissus

Lorsqu'un faisceau de radiations ionistantes pénètre dans les tissus, une partie du rayonnement est absorbée, une autre est déviée de sa trajectoire (diffusion) et la troisième partie est transmise sans interaction.

La diffusion explique pourquoi les régions situées hors du faisceau d'irradiation peuvent malgré tout recevoir une certaine dose de radiations.

Interactions des radiations électromagnétiques avec les tissus

Les photons incidents transfèrent leur énergie aux molécules du milieu traversé, par différents mécanismes fondamentaux d'interaction ; ceci conduit à des ionisations ou à des excitations électroniques, puis à l'émission de photons secondaires d'énergie atténuée, lors du retour des molécules à l'état stable. Ces photons secondaires seront eux-mêmes à l'origine d'excitations et d'ionisations.

Interactions des électrons avec les tissus

L'interaction n'est pas mécanique comme dans le cas photon-électron, mais d'ordre électrostatique avec les électrons des tissus traversés. Les électrons vont donc perdre petit à petit de la vitesse, donc de l'énergie. En fin de parcours, leur perte d'énergie par unité de longueur traversée est plus importante qu'en début de parcours ce qui leur confére un avantage balistique évident pour épargner les tissus profonds.

Expression de la dose absorbée

La dose absorbée représente la quantité d'énergie absorbée, par unité de matière. Cette dose absorbée est différente de l'énergie émise.

Elle se mesure en Gray, 1 Gy représentant 1 Joule déposé dans 1 kg de matière. Un Gy représente 100 Rad dans la dénomination ancienne qui doit être abolie.

Une dose de 5 Gy en irradiation unique représente la DL 50 pour l'Homme.

70 Gy représentent la dose habituellement prescrite dans le traitement des cancers ORL, en radiothérapie exclusive

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