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La physique et la lutte contre le cancer

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De nos jours, diagnostiquer un cancer n'est plus perçu autant comme un arrêt de mort que ce l'était naguère. En effet, au fil des ans, divers traitements ont permis aux cancéreux de vivre plus longtemps et de mener une existence plus productive.

Un de ces traitements est sans doute la radiothérapie, où l'on combat les tissus cancéreux au moyen de rayonnements ionisants. Avant d'y recourir cependant, le médecin doit établir la bonne dose de rayonnement – ce qui n'est pas une mince affaire.

L'équilibre délicat entre action et protection

Transfert de la technologie aux centres de radiothérapie

Le CNRC a entrepris l'exploitation commerciale sous licence du système de calcul de la dose de rayonnement en 2000. Pour cela, il s'est associé à MDS Nordion, entreprise canadienne spécialisée en radiothérapie et en diverses méthodes de diagnostic et de traitement du cancer. La technologie a reçu l'aval de Santé Canada et de la Food and Drug Administration américaine. Des cliniques de traitement du cancer du monde entier y recourent depuis 2002.

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Le médecin veille à appliquer la dose de rayonnement juste durant le traitement – un rayonnement assez fort pour tuer les cellules cancéreuses mais pas trop pour qu'il mette la vie du malade en danger en détruisant les tissus sains. Déterminer la dose appropriée suppose des calculs aussi minutieux que complexes reposant, entre autres, sur l'anatomie du malade, la taille et la profondeur des tumeurs, les propriétés du faisceau de rayons ionisants et la dose que peut tolérer l'organisme.

Depuis des années, les physiciens médicaux recourent à des modèles simplifiés de l'interaction entre rayonnements et matière pour calculer la dose utile de rayonnement. S'ils sont souvent adéquats, ces modèles induisent parfois des erreurs appréciables, selon les circonstances. La situation a changé du tout au tout quand des physiciens de l'Institut des étalons nationaux de mesure du CNRC ont conçu un logiciel articulé sur la technique de Monte Carlo qui permet aux cliniques de radiothérapie de calculer la dose exacte de rayonnement en l'espace de quelques minutes, peu importe la complexité géométrique du problème.

Des calculs plus faciles

La technique de Monte Carlo fait appel à des méthodes statistiques pour suivre le trajet de chaque particule ionisante, de son origine à son absorption par le matériau visé. Le CNRC emploie et perfectionne cette technique depuis 1980 et reste un chef de file dans le domaine. Iwan Kawarakow, un chercheur du CNRC, a créé spécifiquement un logiciel qui optimise le calcul de la dose de rayonnement pour les patients. Bien qu'elle s'appuie elle aussi sur la technique de Monte Carlo, cette nouvelle méthode est cent fois plus rapide que celles reposant sur les codes plus anciens de Monte Carlo.

Il aura fallu des années pour perfectionner les calculs et préciser les étapes mathématiques qui ont permis d'accélérer la détermination de la dose, mais le CNRC y est finalement parvenu. Le nouveau logiciel s'intègre aisément aux systèmes sophistiqués dont les médecins se servent déjà pour planifier leurs traitements après avoir cartographié l'anatomie du malade, examiné les tumeurs et décidé de la manière dont on les soignera. Le nouveau logiciel du CNRC les aide à prévoir avec précision les rayons qui irradieront la tumeur et les tissus sains.

Vue en coupe d'un plan de traitement, par un faisceau d'électrons, d'une paroi thoracique.
Vue en coupe d'un plan de traitement, par un faisceau d'électrons, d'une paroi thoracique.

Les travaux de recherche du CNRC ont concouru à améliorer la radiothérapie, procurant aux cancérologues un moyen aussi rapide que précis pour venir en aide à leurs patients. Le CNRC continue d'accueillir des physiciens médicaux de partout pour leur montrer comment calculer la dose de rayonnement dans ses cours de formation.