Hadronthérapie : projet ETOILE 1 Marcel Bajard IPNLyon Au nom du groupe ETOILE UCBL/CAL/CLB/UJF/CEA/CNRS-IN2P3 Université Claude Bernard Lyon1 Le projet français d'hadronthérapie ETOILE Des faisceaux d'ions rapides pour le traitement des tumeurs Le cancer en France Les méthodes physiques de thérapies du cancer L'hadronthérapie : principes et résultats cliniques Le projet ETOILE Conférence SFP-Porquerolles, 5 octobre 2003

Hadronthérapie : projet ETOILE 2 Université Claude Bernard Lyon1 Le cancer en France (statistiques 2000) 1 personne sur 3 a eu, a, ou aura un cancer nouveaux cas détectés par an hommes femmes Première cause de décès prématurés (avant 65 ans) décès prématurés = années potentielles hommes femmes

Hadronthérapie : projet ETOILE 3 Université Claude Bernard Lyon1 Le cancer en France (statistiques 2000) Facteurs de risque : tabac, hygiène alimentaire, excès d'alcool De 1978 à L'incidence des cancers a cru de 35 % … - mais le risque de décès a décru de 9 % !!!

Hadronthérapie : projet ETOILE 4 Université Claude Bernard Lyon1 La situation en France par rapport à la moyenne européenne La mortalité prématurée par cancer est 20 % plus élevée ! mais ….. La survie relative à 5 ans est cependant meilleure  Faiblesse de la prévention  Efficacité des dispositifs de soins

Hadronthérapie : projet ETOILE 5 Université Claude Bernard Lyon1 Le cancer en France (statistiques 2000) …...grâce aux traitements par : chirurgie agents physiques ionisants non ionisants traitements médicaux chimio-thérapies hormono-thérapies Taux de survie à 5 ans 40 % : hommes 60 % : femmes 75 % : enfants

Hadronthérapie : projet ETOILE 6 Université Claude Bernard Lyon1 Plan cancer (mars 2003) L’organisation de la lutte contre le cancer ne peut rester absente des préoccupations de l’Europe politique. Un programme ‘l’Europe contre le cancer’ a déjà été conduit dans un cadre communautaire, et le Sixième Programme Cadre de Recherche et Développement (PCRD) actuel a identifié le cancer comme une priorité. La France a la volonté de partager avec les autres nations européennes les objectifs et les actions qu’elle met en œuvre pour lutter contre le cancer.A cette fin, les projets qui contribueront à cette coopération européenne seront encouragés. Plusieurs projets ont déjà été identifiés : plate forme européenne de développement technologique TEP (Projet EUROMEDIM) ; site d’intérêt national d’hadronthérapie par carbone 12 et proton, en lien avec le projet Européen ENLIGHT (projet ETOILE). Ce projet, complémentaire au programme de recherche en protonthérapie mené à Orsay (Propulse), s’inscrira dans une organisation européenne globale, associant les sites de Heidelberg, de Milan et de Vienne, afin de valider les concepts scientifiques et de parvenir à une meilleure rationalité économique du site …..

Hadronthérapie : projet ETOILE 7 Université Claude Bernard Lyon1 Thérapies par agents physiques Méthodes ionisantes curiethérapie implants temporaires (ORL, …) implants permanents (prostate, …) circulation endoscopique de sources très actives (bronches, …) circulation intraveineuse et fixation métabolique (thyroïde, …) radiothérapie hadronthérapie Méthodes non-ionisantes froid cryochirurgie (foie, …) chaud micro-ondes et radiofréquences (foie, …) ultrasons (prostate, …) lumière photochimiothérapie

Hadronthérapie : projet ETOILE 8 Université Claude Bernard Lyon1 8 novembre 1895 : découverte des rayons X par Wilhelm Conrad Röntgen (radio de la main de sa femme) Histoire de la radiothérapie 1896 :première irradiation thérapeutique d’une tumeur de la face Victor Despeigne … à Lyon ! puis 100 ans de progrès : dose et conformation  Production de rayons X par faisceau d’électrons (60-70 Gy)  Radiothérapie conformationnelle (80 Gy)  Radiothérapie à modulation d’intensité (80 Gy, formes concaves) Mais….. facteurs limitants : - tolérance des tissus sains - radiorésistance de certaines tumeurs

Hadronthérapie : projet ETOILE 9 Université Claude Bernard Lyon1 Proposée par Robert Wilson en 1946 Physical Review Radiobiology Découverte du pic d’ionisation en fin de parcours des ions (pic de Bragg) Théorie : Thompson en 1906, Rutherford 1911, Bethe 1937, Niels Bohr 1948 Histoire de l’hadronthérapie  Pénétration des ions en ligne droite  Parcours bien défini  Forte densité d’ionisation au pic de Bragg = effets biologiques spécifiques

Hadronthérapie : projet ETOILE 10 Université Claude Bernard Lyon1 Radiothérapie (X, , e - ) Hadronthérapie (n, p, ions légers/lourds) Université Claude Bernard Lyon1 Balistique distale (pic de Bragg) Balistique transverse (diffusion multiple) Effet biologique

Hadronthérapie : projet ETOILE 11 Fragmentation Université Claude Bernard Lyon1 Les fragments - modifient le profil du dépôt de dose - permettent in situ l'imagerie TEP de la trace et du parcours des émetteurs β + ( 11 C, 10 C, 15 O, …) Les fragments des noyaux cible (O, C, N, …..) restent dans la trace des noyaux projectiles (C) vont à la vitesse du projectile (parcours spécifique)

Hadronthérapie : projet ETOILE 12 Traces des ions dans l'eau (microdosimétrie) Université Claude Bernard Lyon1 R. Gervais, M. Beuve

Hadronthérapie : projet ETOILE 13 Traces des ions dans l'eau Université Claude Bernard Lyon1 Echelles en nm

Hadronthérapie : projet ETOILE 14 Comment irradier la tumeur ? Université Claude Bernard Lyon1 Modulation de l'énergie et de l'intensité Mode passif : dégradeur Mode actif : balayage pic de Bragg étalé

Hadronthérapie : projet ETOILE 15 Université Claude Bernard Lyon1 Berkeley (p, Ne,..) 2500 patients entre 1954 et 1993 depuis USA : Boston, Loma Linda (p) Japon :Chiba (ions carbone, 1500 patients depuis 1994) Hyogo (ions carbone et protons, 60 patients en 2002, 100 en 2003 Allemagne : GSI/Heidelberg (ions carbone, 180 patients depuis 1997) et maintenant 5 projets en Europe (dont celui de Heidelberg et celui de Pavie en cours de réalisation) Thérapie Faisabilité prouvée

Hadronthérapie : projet ETOILE 16 Université Claude Bernard Lyon1 Les indications potentielles Indications validées des neutrons - glandes salivaires, sarcomes de bas grade Indications pour lesquelles la faisabilité est établie (expériences de Chiba-Japon et de Darmstadt-Allemagne) Liste de tumeurs dans : - tête et cou - poumon - foie - tissus mous - prostate Indications exploratoires Neurochirurgie fonctionnelle

Hadronthérapie : projet ETOILE 17 Adénocarcinome de l’ethmoïde (NIRS Japon)

Hadronthérapie : projet ETOILE 18 Université Claude Bernard Lyon1 Projet ETOILE 1997Ugo Amaldi à Lyon 1999Pré-études( ANVAR, Communauté Urbaine de Lyon) CPER (Région, Ministère de la Recherche) 2002Avant-projet (UCBL, CEA, IN2P3) Lancement du comité médical (50 oncologues) et des groupes de recherches (24 laboratoires) 2003Projet Médical version 1 ETOILE dans le "Plan Cancer" Structuration (GCS ?) de l'Hadronthérapie en France (Ets hospitaliers, Universités, EPST, …)

Hadronthérapie : projet ETOILE 19 Université Claude Bernard Lyon1 Le projet Rhône-Alpes Oncologie et Radiotherapie : JP Gérard (Nice), J Balosso, M Bolla, JY Giraud (Grenoble), P Jalade, P Pommier (Lyon) Physique : J Remillieux, M Beuve, A Demeyer, A Emsallem (Lyon) Accelerateurs et Ingenierie : M Bajard, L Ponce (Lyon), JM De Conto (Grenoble), A Tkatchenko, P Ausset, B Launé (Orsay), JM Lagniel, F Méot (CEA), L Hardy (ESRF) Imagerie : D Sappey-Marinier, B Shariat (Lyon) Management : J Rochat Collaboration Européenne : C Détraz Environ 15 personnes, 3 plein temps, 3 post docs, 3 doctorants

Hadronthérapie : projet ETOILE 20 FRANCE DSM - CEA + IN2P3 (IPNO, LPSC, IPNL) - CNRS Avant Projet Simplifié Centres français d'Hadronthérapie (Orsay, Nice, Orléans) CERNDirection du Transfert de Technologie accélérateur PIMMS, imagerie PET EUROPEAllemagne - Darmstadt (GSI) - Heidelberg Italie - Pavie (CNAO - Fondation TERA) Autriche - Vienne (Med-AUSTRON) Suède - Stockholm (Karolinska) ENLIGHT : "European Network for research in Light Ion for Hadrontherapy" (5 ème PCRDT) Université Claude Bernard Lyon1 Collaborations engagées par UCB Lyon et UJF Grenoble

Hadronthérapie : projet ETOILE 21 Université Claude Bernard Lyon1 Le projet ETOILE : avant-projet technique

Hadronthérapie : projet ETOILE 22 Cahier des charges fonctionnelles Université Claude Bernard Lyon1 Traiter des tumeurs profondes Optimiser la machine pour les ions carbone tout en ayant la possibilité d'accélérer d'autres types d'ions Obtenir un dépôt aussi homogène que possible de la dose dans le volume cible Régler le point d’impact du faisceau de façon aussi précise et reproductible que possible Repositionner et repérer (le patient et la tumeur) Mesurer en ligne et de différentes manières les doses déposées Prévoir une irradiation conformationnelle dont la qualité et la continuité soient assurées

Hadronthérapie : projet ETOILE 23 Scénario basé sur un synchrotron Université Claude Bernard Lyon1  Adaptation pour du C à 400 MeV/A (B   6,35 T x m)  Souplesse en énergie (distribution active de la dose)  Flexibilité du cycle (tumeurs mobiles et/ou non connexes)  Commutation rapide des espèces d'ions  Fonctionnement en impulsions indépendantes (chargement, accélération, déversement)  Fiabilité élevée

Hadronthérapie : projet ETOILE 24  ETOILE: sources + linac + synchrotron + distribution

Hadronthérapie : projet ETOILE 25  Synchrotron: énergie, intensité Profondeur : 2-27 cm  énergie (80  400  MeV/amu pour les ions carbone)  Dimensions machine (diamètre 24m) Débit de dose: ~2 j oules/min/litre  Intensité 4 x 10 8 C +6 / déversement 1 x p / déversement Rasterscanning  Balayage  Contrôle de dose en temps réel (Doc. GSI)

Hadronthérapie : projet ETOILE 26  Flexibilité Homogenéité de la dose  Modulation en énergie  Modulation en intensité Contrôle de l'irradiation  Coupes avec des formes complexes  Tumeurs mobiles (Doc. GSI)

Hadronthérapie : projet ETOILE 27  Qualité-Fiabilité  Flux de patients Temps d'indisponibilité 3 % Temps de réparation 1 heure 1000 par an 3 salles de traitement séances

Hadronthérapie : projet ETOILE 28 Bâtiments (niveau traitement) Université Claude Bernard Lyon1

Hadronthérapie : projet ETOILE 29 Bâtiments (niveau services) Université Claude Bernard Lyon1

Hadronthérapie : projet ETOILE 30 Université Claude Bernard Lyon1 Système de contrôle de la machine CONCERNE :sources aux salles de traitement REGLE ET SURVEILLE LES PARAMETRES, GERE LES SECURITES réalise la fonction essentielle de modulation, impulsion par impulsion, des paramètres permettant de régler l’énergie, le diamètre du faisceau et l’intensité au niveau du patient. INTERFACEles équipements niveau haut : interface opérateur, gestion des bases de données ou archivage niveau bas : bus de terrain, instrumentation, alimentations, vide, etc, … CORRESPOND avec le système de contrôle du traitement en temps réel

Hadronthérapie : projet ETOILE 31 Université Claude Bernard Lyon1 Système de contrôle de l'irradiation SELECTIONdu planning de traitement à partir de la BASE DE DONNEES du patient REQUETEauprès du système de commande et contrôle de l’accélérateur en vue d’obtenir les CARACTERISTIQUES du faisceau correspondant à ce planning de traitement REGLAGEet contrôle des aimants de balayage CONTRÔLEet maîtrise de l’intensité et de la position du faisceau, donc la dose déposée DETECTION des mouvements, synchronisation respiratoire ARRET/MARCHEdu faisceau en fonction de l’avancement du traitement INTERFACAGEavec les opérateurs médicaux ARCHIVAGEde toutes les informations utiles concernant le traitement Réalise le plan de traitement donc :

Hadronthérapie : projet ETOILE 32 Qualification de la machine Université Claude Bernard Lyon1 Assurance-qualité du faisceau délivré SANS NOUVELLES PHASES de REGLAGES Garantir : l'intensité et de l'énergie de déversement à déversement la dose déposée dans le volume cible la fiabilité des étalonnages et de la calibration des détecteurs le contrôle de dose en temps réel au niveau du patient Chambres d'ionisation, chambres à fils TEP : traces TEP : dosimétrie (fragments émetteurs  + produits : 11 C de période 20,4 mn, 10 C de période 19 s, …) "en" ou "hors ligne"

Hadronthérapie : projet ETOILE 33 Salle de traitement (doc GSI)

Hadronthérapie : projet ETOILE 34 Salle de traitement (doc HIMAC)

Hadronthérapie : projet ETOILE 35 Site de référence : Hôpital du Vinatier Université Claude Bernard Lyon m 2 Proche : De plusieurs hôpitaux D'installations d'imagerie médicale Des neurosciences D'un centre TEP De recherches en oncologie médicale D'accès facile depuis : L'aéroport St Exupéry Le centre ville Hôpitaux Neurologique et Cardiologique Futur Hôpital Mère- Enfant CERMEP Hôpital départemental du Vinatier Hôpital de la Croix-Rousse CIRC Hôpital E. Herriot Centre L. Bérard Futur Hôpital privé J.Mermoz Hôpitaux Lyon-Sud ETOILE BRON

Hadronthérapie : projet ETOILE 36 Etude d'impact (site de référence) environnement (routier, industriel, populations) études du sol et du sous-sol (composition, nappe phréatique) climatologie, vents radioprotection (avec CEA Saclay) rayonnement neutronique confinement statique et dynamique accès sûreté impact sur l'environnement

Hadronthérapie : projet ETOILE 37 Personnels et coûts d'exploitation Université Claude Bernard Lyon1 Equipe médicale Total ETP (58) Médecins12 Phys. médicaux9 Dosimetristes4 Manipulateurs19 Surveillantes1 Brancardiers2 Infirmières3 Accueil3 Admin.5 Scenario de fonctionnement 5 jours travaillés par semaine 44 semaines par an pour le traitement 10 jours fermés pour vacances (fixes ou mobiles) 30 jours pour la maintenance et les tests machine 1 jour = 14 heures (2 shifts) 11 heures : traitement (8 h à 19 h) 30 mn par séance (14520 séances/an/3 salles) 2 heures : réglages et calibration (6 h à 8 h) 1 heure : vérifications après traitements (19 h à 20 h) Coût du fonctionnement technique : 2,81 M€ Coût des salaires des personnels techniques et médicaux : 4,47 M€ Equipe technique : 7 ingénieurs et 9 techniciens (minimum)

Hadronthérapie : projet ETOILE 38 Coûts estimés Investissement 80 M€2 salles de traitement avec faisceau horizontal 1 salle de traitement avec faisceau vertical 88 M€2 salles de traitement avec faisceau horizontal 1 salle de traitement avec Gantry Frais de premier établissement : 13 à 26 M€ Fonctionnement 10 à 15 M€ (1000 patients par an, recherche)  Coût du traitement environ € Université Claude Bernard Lyon1

Hadronthérapie : projet ETOILE 39 Coûts estimés (détails) nov Université Claude Bernard Lyon1 DescriptionInvestissement en M€ (hors taxes prix novembre 2001) scénario sans tête rotative isocentrique Production des ions, accélérateurs, lignes de faisceau et commande-contrôle 28,21 Bâtiment et infrastructures (dont maîtrise d'oeuvre) 23,20 Equipements des salles 8,23 Coût du personnel de réalisation 15,00 Aléas 7% 5,22 Coût Total (M€) 79.86

Hadronthérapie : projet ETOILE 40 Planning de réalisation sur 6 ans (avec gantry) Année 1: Contrat pour le management du projet du bâtiment + études Année 2: Commandes du bâtiment et des infractructures Année 3: Commandes des principaux équipements (haute technologie) Année 4: Commandes du système de contrôle+une partie des équipements médicaux Année 5: Equipements médicaux Année 6: tests (période pré clinique) + autorisations administratives

Hadronthérapie : projet ETOILE 41 RECHERCHE ENLIGHT 5ème PCRDT Clinique - Épidémiologie et recrutement WP 1 - Essais cliniques WP 2 Radiobiologie - Modélisation des interactions ions légers/matière vivante WP 4 - Mesures de tolérance et de sensibilité tissulaires WP4 - Mécanismes de radiorésistance WP4 Imagerie et conduite du traitement - Suivi des tumeurs d’organes en mouvement WP Imagerie TEP en ligne WP 5 - Planimétrie de traitement WP Dosimétrie et contrôle qualité WP 3.2 Économie - Économie de la santé WP 6 Recherches et Formation associées à ETOILE FORMATION : création d'un Master de " Physique Médicale", UCBLyon, UJFGrenoble en 2004

Hadronthérapie : projet ETOILE 42 Et maintenant ? Université Claude Bernard Lyon Rapport du comité médical Projet médical en cours Expertise des projets HICAT et PIMMS/TERA extraction évolutivité personnels de réalisation coûts

Hadronthérapie : projet ETOILE 43 Et maintenant ? Université Claude Bernard Lyon1 Etudes complémentaires à l'APS du projet ETOILE gantry bâtiment salle de radiobiologie Épidémiologie-Indications potentielles Contacts européens pour le recrutement des patients

Hadronthérapie : projet ETOILE 44 Et maintenant ? Université Claude Bernard Lyon1 Recherches de financements pour l'investissement (par exemple 1/3 Etat, 1/3 Collectivités Territoriales, 1/3 emprunts) Etudes pour la création d'un Groupement de Coopération Sanitaire (GCS) en France décision de construction ?