La thérapie hadronique, une technique de radiothérapie de pointe, utilise des faisceaux de protons ou d’ions pour cibler les cellules tumorales tout en épargnant les tissus sains environnants des rayonnements indésirables. Pour obtenir des résultats optimaux, elle nécessite des systèmes complexes appelés portiques qui tournent autour du patient, portant des aimants qui guident les faisceaux hadronique avec précision sur les tumeurs. Cependant, ces machines sont généralement massives et coûteuses, ce qui limite la diffusion de cette technique de traitement.
Exploitant son expertise en matière d’aimants supraconducteurs, une équipe du CERN a développé un nouveau portique supraconducteur et léger, GaToroid, qui promet d’être beaucoup plus compact que les machines actuelles tout en étant aussi précis. Contrairement aux portiques rotatifs traditionnels, GaToroid pourrait délivrer des faisceaux de particules depuis différentes directions sans qu’il soit nécessaire de déplacer le patient ou les aimants. Il exploite des bobines supraconductrices compactes, situées à différents angles autour du patient, pour créer un champ magnétique toroïdal à l’état stationnaire qui peut diriger des faisceaux de particules sur une tumeur, depuis n’importe quelle direction, épargnant au patient tout champ magnétique parasite.
L’utilisation de supraconducteurs confère à la conception de GaToroid sa compacité unique, avec un diamètre de cinq mètres et un poids estimé à environ 12 tonnes pour les faisceaux de protons. Cela représente une réduction de poids substantielle par rapport aux portiques traditionnels pour les applications protoniques, qui peuvent peser jusqu’à 270 tonnes.
En 2023, l’équipe a construit et testé un aimant démonstrateur constitué d’une bobine pour la version protonique de GaToroid, réduite au tiers de sa taille réelle. L’objectif de ce démonstrateur était de prouver la résistance mécanique de la structure et de vérifier la qualité du champ. Le supraconducteur choisi était le niobium-titane, le même matériau utilisé pour les câbles des aimants du LHC. « Les tests que nous avons effectués avec notre démonstrateur GaToroid ont été très réussis, montrant d’excellentes performances et démontrant que cette technologie d’aimant est prête pour ce type d’application », déclare Luca Bottura, responsable du projet.
L’équipe a effectué plusieurs tests sur l’aimant et a collecté des mesures précises du profil du champ magnétique. « L’aimant a généré un champ qui correspond à celui prévu avec une erreur inférieure à 1 %, et il n’a montré aucun signe de dégradation mécanique à la suite des essais de mise sous tension », explique Gianluca Vernassa, qui a effectué les calculs mécaniques et électromagnétiques sur l’aimant du démonstrateur.
Cette conception innovante a déjà suscité un grand intérêt au sein de la communauté de la thérapie par particules en Europe. Notamment, PARTREC a exprimé son intérêt pour une collaboration avec l’équipe afin d’explorer comment GaToroid pourrait être adapté pour la thérapie FLASH.
Contrairement à la radiothérapie traditionnelle, où les doses de traitement sont délivrées séquentiellement depuis différentes directions avec de longues pauses pour ajuster le portique rotatif, la radiothérapie FLASH délivre la dose entière depuis toutes les directions simultanément en moins de 100 millisecondes. Alors que les portiques rotatifs conventionnels ne peuvent pas fonctionner dans ce mode en raison de leurs limitations inhérentes, le système GaToroid, avec sa structure fixe et sa capacité à délivrer des faisceaux sous plusieurs angles sans ajustements mécaniques, serait parfaitement adapté à ce type de traitement. Cela fait de GaToroid une technologie potentielle pour l’utilisation d’hadrons en radiothérapie FLASH, ce qui n’était pas possible avec les systèmes existants.
Suite au succès du démonstrateur, plusieurs conceptions GaToroid adaptées à la thérapie FLASH ont été proposées par l’équipe. Il s’agit notamment d’une conception conceptuelle pour des électrons à très haute énergie (VHEE) et d’un système à base de protons pour lequel une proposition a déjà été élaborée en collaboration avec PARTREC. L’équipe travaille activement sur ces développements et prévoit de nouveaux résultats en 2025.
Perspectives :
La conception unique de GaToroid pourrait révolutionner la thérapie anticancéreuse en la rendant plus abordable et accessible aux patients. Son format compact et son poids réduit facilitent son installation dans les hôpitaux. En outre, sa capacité à délivrer des faisceaux de particules depuis différentes directions simultanément pourrait permettre des traitements plus efficaces et plus rapides, réduisant ainsi la charge pour les patients.
Mots-clés : thérapie hadronique, GaToroid, radiothérapie FLASH, aimants supraconducteurs, CERN