Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Hadronthérapie (protons et ions)  Cancer - hadronthérapie  Contexte  Objectifs  Sujets à privilégier

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Le cancer français vivent avec un cancer 1 français / 3 a eu, a, ou aura un cancer nouveaux cas détectés / an morts / an (2000) 63 % de progression en 20 ans

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Lutte contre le cancer  Chirurgie  Chimiothérapie  Radiothérapie (stat 2002) Environ 60 % des malades Plus d’1/3 des accélérateurs en fonctionnement dans le monde 159 centres de radiothérapie en France métropolitaine (101 établ. privés) 281 accélérateurs de particules en France 3,4 M de séances de radiothérapie en 2002 (3/4 en établ. privés)  Association de traitements Guérison et qualité de vie

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Radiothérapie Comment ça marche ? Les rayonnements ionisants engendrent des dégâts sur l’ADN Les cellules tumorales - se divisent plus vite  sont plus sensibles - ont un système enzymatique de réparation de l’ADN déficient (1) Nombre de cellules saines stable (2) Nombre de cellules cancéreuses en croissance (3) Séance d'irradiation (4) Ies cellules saines restaurent mieux les lésions de leur ADN (5) (5') au terme de l'irradiation, - les cellules cancéreuses sont détruites - les cellules saines sont capables de récupérer jusqu'à la restauration complète du tissu sain

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Hadronthérapie Pourquoi des particules ? Protons et ions (carbone)  Précision balistique  Efficacité  Préserver tissus sains et OAR  Meilleure qualité de vie post traitement Contrôle 4D Précision = 1 mm qq 10 9 pps Standard accélérateurs

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Hadronthérapie Pourquoi du carbone ? Précision balistique Moins de diffusion (X, Y) Problème de fragmentation des ions  « traînée » après le pic de Bragg Efficacité biologique Efficacité biologique des protons = efficacité biologique des X EBR p = 1,03 (même LET) EBR C = 3 – 4 dans le pic de Bragg

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Contexte Japon - 2 centres carbones - NIRS, Chiba (1994) et HIBMC, Hyogo - 4 centres protons - Tsukuba, Wakasa, Kashiwa, Shizuoka 3 ème centre carbone en 2006 (Gunma pref.) EBR x 3  3 fois moins de sessions / patient  Nombre de patients / an x 3 Investissement x 1,5 Carbone uniquement (pas de ROI) Besoin estimé : + de 15 centres 127 M hab)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Contexte Chine, Corée  Wanjie Proton Therapy Center, Zibo, Chine Wanjie Irradiation Co LTD, Premier patient en décembre 2004  China-Japan Friendship Hospital, Beijing, Chine Attente de livraison  Xian, Shanxi Province, Chine, Chang An Group (privé, 2006 ?)  National Cancer Center, Goyang-Si, Corée 2 gantries + 1 H + 2 lignes recherche Protons 230 MeV Solutions industrielles (IBA)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Contexte USA Les pionniers L’idée : RR Wilson, " Radiological Use of Fast Protons ", 1946 Premier patient : Berkeley centres protons ultramodernes  Loma Linda 1990 Premier “hôpital hadronthérapie” patients traités Synchrotron, Design et fabrication Fermilab  Massachusetts General Hospital, Boston, 2001  Indiana University, Bloomington, 2004  Houston, synchrotron Hitachi, 2005 (synchrotron Hitachi)  University of Florida, cyclotron IBA, 2006 (110 M$) + 2 nouveaux centres protons en 2006 (+ 1 carbone (SIEMENS) ?)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Contexte Europe Présent et Futur PROTONS PSIZurichCyclotron supra ACCEL, 2 gantries, Actif Rinecker CenterMunichCyclotron supra ACCEL, 4 gantries Privé, 4000 patients / an “Rinecker #2”EssenDécision imminente ICPOOrsayJouvence CPO CARBONES HICATHeidelberg CNAOPavie MedAustronWiener N.40 % état, recherche " investisseur " ETOILE / CNRHLyon = Centre de Recherche Français en Hadronthérapie ASCLEPIOSCaen = Centre de Recherche en Radiobiologie ? EU ?

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Contexte protons  Marché en forte croissance  Installations a but lucratif (recherche… de profits)  Constructions “clef en main” ou “semi clef en main” (de 80 à 140 M€) IBA, ACCEL + M&H Zander, Mitsubishi, Hitachi  Techniques bien maîtrisées et optimisées (Relativement : Rinecker = + 2 ans + 30% €)  De 2 à 4 bras isocentriques par installation (~150 tonnes, ~10 M€)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Contexte carbones  Marché naissant avec un fort potentiel - si démonstration des avantages cliniques (statistique) - si réduction du nombre de sessions / patient (expérience japonaise) - si réduction du coût de construction  Pas de constructions “clef en main” - “semi clef en main” Mitsubishi pour Hyogo et le 3ème centre japonais - construction HICAT et CNAO pilotée par les “Labos” (GSI, INFN) - appel d’offre MedAustron pour un industriel investisseur Mais SIEMENS a monté une équipe “carbones” (accord avec GSI et DANFYSIC, pas intéressé par les protons) et IBA se place sur le marché (accord avec CNAO ?)  Techniques bien maîtrisées… synchrotrons “physique nucléaire” … mais un coût de construction à optimiser en particulier pour le bras isocentrique (~600 tonnes, ~20 M€)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Objectifs Du point de vue des installations - Diminuer les coûts (construction et exploitation) - Améliorer la qualité des traitements Du point de vue du CEA - Montrer que le programme de recherche fondamentale du CEA a des retombées directes sur l'amélioration de la qualité de vie des malades - Démontrer et valoriser le savoir-faire  Visibilité et image positive du CEA DANS UN CONTEXTE INDUSTRIEL

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Sujets à privilégier 1/4 #1 Etude d’un bras isocentrique carbones faible coût Référence = gantry HICAT étudiée par GSI : 600 Tonnes, 13 m de diamètre, 18 m de long Coût estimé à 20 M€ (gantry + bâtiment) jugé prohibitif par les industriels OBJECTIF = Carbones au prix des protons ! 150 Tonnes 10 M€ (et réduction du coût des gantries protons)  Effort de R&D conséquent de l’ordre de 1,0 à 1,5 h.ans /2 ans et ~ 3 M€ si prototype aimant à 90° (à confirmer par le Chef de Projet, financé par un projet ?)  Fort RoI en terme d’image et de valorisation du savoir-faire  Pas d’industriel “sur le marché” En partenariat avec un industriel le moment venu

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Gantry carbones HICAT Groupe d’étude SACM-DAPNIA – ETOILE - ASCLEPIOS Priorité #1 : Faisabilité de l’aimant à 90° Priorité #2 : Etude de coût (C= p ?)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Sujets à privilégier 2/4 #2 Management de projet Des projets pas faciles (expérience de Boston, Munich, HICAT, CNAO)  Valorisation du savoir-faire Installations physique nucléaire ou RS  Installations médicales  “ Faible” investissement 1 à 5 h.ans/ans sur 5 ans payés par le projet  Fort retour sur investissement si positions avec forte visibilité Réflexion de fond : Étude d’un projet de 3ème génération (analyse de possibles ruptures technologiques)

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Sujets à privilégier 3/4 #3 Détecteurs Mesures faisceaux protons et ions : position, profils, intensité, énergie Précision, rapidité (feedbacks), fiabilité Assurance qualité “médical” Capteurs et Électronique associée  Valorisation du savoir-faire (  nu)  En partenariat avec un industriel transfert de technologie, royalties  Peu de RoI en terme d’image  Effort de R&D “ajustable”

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Sujets à privilégier 4/4 #4 Étude d’un injecteur carbones faible coût - Injecteur GSI-HICAT (CNAO) sous licence Siemens ou industriels (ACCYS…)   Étude nécessaire si prix prohibitif ou si problèmes techniques (IH-DTL) - Nouvel injecteur (5 MeV/u) étudié et réalisé à NIRS pour le 3ème centre japonais  Collaboration avec NIRS ?  Fort investissement en personnel si maîtrise d’œuvre CEA (au moins 10 h.ans/an / 3 ans) ou management d’une réalisation par un industriel (3 h.ans/an / 3 ans)  RoI limité en terme d’image de marque

Jean-Michel LAGNIEL Hadronthérapie Journée DAPNIA « Accélérateurs » Conclusion hadronthérapie  Bon pour l’image de marque du CEA Un investissement relativement faible pour un retour sur investissement fort  Motivant pour les physiciens  Objectif : G uérir des malades et préserver leur qualité de vie  Intérêt du travail : Nouvelles problématiques Une expérience vers le « clef en main sur spécifications fonctionnelles » (maîtrise d’œuvre industrielle) y compris pour des projets de recherche fondamentale  Au moins 3 sujets porteurs - Bras isocentrique faible coût - Conduite de projet – Expertise - Prospective - Détecteurs