Nous sommes habitués à associer la physique à la recherche scientifique et au travail de pionnier que le CERN réalise sur les particules qui sont à l'origine de l'univers. Mais la physique a également eu un impact important sur la médecine et les soins des personnes. De quelle manière ?

Depuis des décennies, la recherche fondamentale en physique menée dans les universités et par de grands centres comme le CERN à Genève a des répercussions importantes dans le domaine médical : il suffit de penser à l'invention de la TDM (tomodensitométrie), de la résonance magnétique et de la TEP (tomographie - émission de positrons, où ces derniers sont des électrons chargés positivement), équipement utilisé quotidiennement par des milliers de personnes dans le monde pour des tests de diagnostic instrumentaux. Ou je voudrais mentionner les énormes progrès technologiques dans le domaine du traitement du cancer, avec le développement d'accélérateurs linéaires pour la radiothérapie, ou la production de médicaments radio de plus en plus avancés pour le diagnostic et la thérapie médicale nucléaire.

Les physiciens médicaux (diplômés en physique et titulaires d'un diplôme de spécialisation en physique médicale) ont toujours traité aussi de la garantie de la qualité en radiothérapie, en radiodiagnostic et en médecine nucléaire ainsi que de la sécurité en médecine, c'est-à-dire de la prévention du risque d'expositions accidentelles à la charge des patients.

L'hadronthérapie est un exemple significatif de l'application de la physique à la médecine. Comment ça marche ?

L'hadronthérapie est une forme avancée de radiothérapie qui exploite les particules lourdes, les protons et les ions carbone pour cibler précisément les cellules cancéreuses.

Au CNAO, comme c'est le cas dans les centres de radiothérapie modernes, la tumeur est définie et localisée par rapport à l'anatomie du patient en utilisant des images morphologiques et fonctionnelles tridimensionnelles acquises avec des équipements CT, IRM et TEP. Les images sont envoyées à un système de planification du traitement, ce qui permet d'élaborer le meilleur plan de traitement pour le patient spécifique. Le traitement consiste à irradier le volume cible de la tumeur au moyen de nos faisceaux à balayage de protons et d'ions carbone à haute énergie. Imaginez de couper la tumeur en tranches : chacune est frappée de manière très précise par un faisceau d'une énergie particulière, qui y dépose l'essentiel de son énergie (grâce au soi-disant pic de Bragg, typique du dépôt de la dose d'hadrons). Pour chaque tranche, la bande mince est rapidement dirigée dans toute la zone tumorale, grâce à l'action des aimants de balayage (similaires aux gros aimants). De cette façon, en quelques minutes, il est possible de délivrer une dose de rayonnement très élevée et bien conforme au volume tumoral cible, tout en économisant les tissus et les organes critiques environnants .

Au CNAO, il existe une unité de physique médicale, au sein du service médical, chargée de la mise en service et du contrôle de qualité périodique des équipements utilisés aux différentes étapes du traitement avec les faisceaux de protons et les ions carbone produits par notre synchrotron. Chaque jour, nous travaillons aux côtés du personnel médical dans l'élaboration et la vérification du plan de traitement optimal pour chacun des patients sous hadronthérapie. Nous sommes également à la pointe du développement de nouvelles techniques, comme cela s'est récemment produit pour le traitement des lésions mobiles (pancréas, foie) avec la nécessité d'une gestion adéquate des effets du mouvement des organes, causés par la respiration, ou dans le cas du traitement du mélanome oculaire avec un faisceau de protons à balayage.

Quels sont les projets innovants en cours ?

Le CNAO collabore intensément et profitablement avec diverses universités italiennes et étrangères, l'INFN (Institut National de Physique Nucléaire), d'autres centres d'hadronthérapie comme celui de Heidelberg en Allemagne et le NIRS de Chiba au Japon, afin de développer des stratégies thérapeutiques et des projets de recherche de pointe.

Nous avons également plusieurs projets en cours avec le département de bio-ingénierie de l'École polytechnique de Milan, en particulier dans le domaine des systèmes robotiques pour le positionnement des patients et la vérification de l'installation dans la salle de traitement, ainsi que des systèmes de vérification en ligne de la fixation du regard du patient lors des traitements oculaires.

Enfin, je voudrais mentionner le projet sur la caractérisation radiobiologique de nos faisceaux d'ions carbone, qui implique l'Unité de Physique Médicale et le groupe de recherche sur les simulations avec la méthode de Monte Carlo, le Département Médical, le NIRS de Chiba et l'Université de Bergen (Norvège).