Trois façons de faire de protonthérapie abordable

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BSIP/UIG/Getty

Un proton-thérapie de la machine à la Rinecker Centre de protonthérapie à Munich, en Allemagne.

Si le coût n’est pas un problème, proton thérapie doit être le traitement de choix pour la plupart des patients avec les tumeurs localisées. Les Protons peuvent être ciblés de manière plus précise que X-rays1, de sorte que les tissus autour de la tumeur recevoir de deux à trois fois moins de rayonnement. Cela réduit le risque de causer secondaire tumours2 ou porter atteinte, de globules blancs et le système immunitaire du système3. De fortes doses de protons peut être livré en toute sécurité difficiles à traiter des tumeurs: par exemple, celles qui sont à la base du crâne ou dans le foie. Une telle précision est cruciale lors du traitement des cancers chez les enfants.

Pourtant, la plupart des hôpitaux n’offrent pas de protonthérapie. L’équipement est énorme et coûteux. Logé dans multistorey bâtiments avec des salles de la taille des courts de tennis, un centre de proton avec 2-3 chambres de traitement coûte plus de 100 millions de dollars pour construire. Pour atteindre les tumeurs profondes, les protons doit être accéléré jusqu’à 60% de la vitesse de la lumière (une énergie cinétique de 235 megaelectronvolts; MeV) à l’aide d’un accélérateur de particules, comme un cyclotron ou de rayonnement synchrotron. Rotatif portiques avec des roues de 10 mètres de diamètre et pèse de 100 à 200 tonnes direct les protons au patient à partir d’une gamme d’angles. Le béton des boucliers, des mètres d’épaisseur, sont nécessaires pour bloquer les errants de neutrons.

“Rien de si grand et de si inutile a jamais été découvert en médecine”, a déclaré Amitabh Chandra, directeur de la santé de la politique de recherche à la John F. Kennedy School of government de l’Université Harvard à Cambridge, Massachusetts. Il a comparé la proton-thérapie système de l’Étoile de la Mort de Star Wars.

Néanmoins, il y a maintenant plus de 60 proton-thérapie centres à travers le monde, avec 26 dans les seuls États-unis. Près de la moitié d’entre eux (12) le traitement de leur premier patient dans les trois dernières années. Mais des retards dans la construction et les fermetures sont également fréquents. Les entreprises qui créent les installations et les groupes d’investissement qui en sont les propriétaires sont de plus en plus de mal à faire un profit. La Scripps Proton Therapy Center de San Diego, en Californie, a fait faillite en Mars, trois ans seulement après l’ouverture de ses portes.

Ce qui a mal tourné? À la charge des patients sont élevés, souvent de trois à quatre fois plus que le plus dispendieux de la X-ray traitements. Moins de patients sont traités avec des protons que prévu: les maladies courantes telles que le cancer de la prostate peut être guérie efficacement en utilisant d’autres formes de rayonnement et surgery4. Et aux États-unis, les grandes compagnies d’assurance refusent de protonthérapie, jusqu’à concurrence de 30% des patients5 sur la base qu’il y a trop peu de rigoureusement conçu et réalisé les essais cliniques en fournissant des preuves de meilleurs résultats. Dans notre expérience, cependant, c’est un cercle vicieux: ces essais sont difficiles à réaliser lorsque les patients sont privés de santé privés coverage5.

La solution est de faire de la proton-thérapie installations plus petites et moins chères, avec des coûts de l’ordre de $5 millions à 10 millions de dollars, semblable à haut de gamme de systèmes de radiographie. Une douzaine de ‘miniature’ installations sont en fonctionnement. Nous avons installé un à l’Hôpital Général du Massachusetts à Boston. Maintenant, des universitaires, des chercheurs et les investisseurs ont besoin de faire de proton-thérapie systèmes, même les plus petites et les plus compétitifs de sorte que plus de patients peuvent bénéficier.

Le rétrécissement de l’infrastructure

Proton-thérapie de la technologie est beaucoup plus compact aujourd’hui qu’il y a quelques décennies ago6. Les aimants supraconducteurs peuvent limiter les protons dans des espaces plus réduits. Le poids des accélérateurs a baissé de plusieurs centaines de tonnes à moins de 20, et leur diamètre ont diminué par un facteur de 3 depuis le début des années 1990. Le plus petit thérapeutique de l’accélérateur jusqu’à présent est à moins de 2 mètres de diamètre, sur la même empreinte que d’un lit king-size.

Pourtant, combiné avec le portique et les autres équipements nécessaires, même la plus compacte des systèmes de vente occupe aujourd’hui une couple de centaines de mètres carrés. C’est beaucoup plus que le traitement conventionnel chambre de 50 mètres carrés. La plupart des hôpitaux manque de l’argent et de l’espace pour construire un bâtiment spécial pour la protonthérapie.

Nous avons pu tester la façon dont les systèmes les plus petits peuvent être pressés dans les bâtiments hospitaliers, de travailler avec le proton fournisseur de technologie ProTom International à Wakefield, dans le Massachusetts, et les ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge. Obtenir un accélérateur et le portique en deux sous-rayons X des chambres dans notre centre de Boston hôpital a coûté environ 30 millions de dollars, soit moins d’un tiers du coût d’un centre consacré, mais encore environ cinq fois plus que d’un haut de gamme X-ray unité.

À la fois l’équipement et de l’étiquette de prix nécessité de réduire davantage si la protonthérapie est de remplacer les radiographies. Le montage de l’installation dans une pièce, c’est l’objectif. Cela permettrait aux hôpitaux de simplement remplacer les appareils à rayons X avec les protons des unités, sans les travaux de construction. Obtenir, il sera techniquement difficile, même avec les progrès rapides de magnets6.

Source: les niveaux de Dose à partir de la Fig. 1a, A. J. Lomax et coll. Radiother Oncol. 51, 257-271 (1999)

Portiques pourriez avoir besoin d’avoir une plus petite gamme de mouvement ou d’être abandonné altogether7. Déplacer le patient par rapport à la poutre est plus facile: fixe poutres et une présidence tournante ont été utilisés en protonthérapie, avant les années 1990. Mais il est difficile de positionner le patient avec précision et de façon répétée.

Trois tendances qui ont émergé au cours des trois dernières années sont prometteuses. Étroit “crayon de poutres que la peinture de la dose de rayonnement précisément sur une tumeur de réduire la nécessité de traiter les patients sous de nombreux angles (voir les avantages Cliniques’). Rapide des méthodes d’imagerie peut détecter de minuscules changements dans la position du patient, de sorte que le faisceau peut être changé. Et avancé ‘soft robotics construit malléable à l’aide de matériaux extérieurs va bientôt permettre à des patients d’être positionné rapidement et confortablement à l’aide des mains robotiques.

Poussant abordable proton du progrès technique nécessitera des efforts combinés de l’appareil compagnies, capital-risqueurs, des universitaires et des professionnels de la santé. Mais ces groupes de travail en silos. La plupart du développement de la technologie est laissée à l’industrie. Les hôpitaux acheter “sur étagère” et de ne pas rechercher activement la contribution de chercheurs. Seuls quelques laboratoires de recherche nationaux dans les différents pays qui travaillent sur les technologies liées à la protonthérapie. Il y a des plans pour un médical de la recherche en ligne de faisceau au CERN, l’Europe de particules-laboratoire de physique près de Genève, en Suisse. Mais, dans l’ensemble, il y a eu peu de travail dans les universités avec pour objectif d’améliorer l’accessibilité et l’utilité clinique de la proton-thérapie systèmes.

Utilité clinique

Bien que l’utilisation de la protonthérapie est en croissance, l’écart entre le nombre de patients recevant le traitement et ceux qui pourraient potentiellement bénéficier à partir, il est toujours important (voir la section “besoins non Satisfaits’)8. La principale raison est le coût; la disponibilité est un autre obstacle, comme un manque de connaissance de la thérapie, les avantages et les difficultés d’orientation des patients.

Comme la technologie s’améliore, le nombre de patients qui pourraient tirer bénéfice clinique de protonthérapie d’augmenter, trop. La thérapie n’est pas comme une pilule: sa réussite dépend de la façon dont il est livré. Il a plus de place pour de l’amélioration que d’autres, plus établi des traitements de radiothérapie, comme la radiographie. Le développement de la protonthérapie physique des avantages, notamment sa capacité à se concentrer et ainsi abaisser le débordement de rayonnement — il le meilleur traitement pour la plupart des patients qui ont besoin d’une radiothérapie. Dans certains cas, il peut surpasser la chirurgie.

L’affûtage de la tache du faisceau de protons, il en donne la précision d’un scalpel. Contrairement aux rayons X, rapide des protons entrant dans le patient sont ralentis, car ils interagissent avec les tissus de l’organisme. La plupart de l’énergie du faisceau est déposé sur un point (appelé pic de Bragg). La vitesse du proton, ou de son énergie cinétique, détermine la profondeur à laquelle le spot atteint en dessous de la peau. Les Protons à des énergies de l’ordre de 50 MeV pénétrer à une profondeur de quelques centimètres; ceux à plus de 200 MeV atteindre 30 cm. Les incertitudes dans ce ralentissement du processus peut avoir des conséquences sur la dose spot hits de la tumeur comme prévu, ou de dépassements dans les organes sains.

Sources: http://ptcog.ch (barres pleines); Ref. 8 et M.-L. Yap et coll. J. Glob. Oncol. 2, 207-215; 2016 (éclos bars).

De meilleures méthodes d’imagerie sont nécessaires afin de localiser et de guider le proton spot. Sa position est actuellement connue dans seulement 0,5 cm. Ceci est similaire aux rayons X, mais brouille la dose de rayonnement, la rendant impossible à arrêter le faisceau précisément en face de l’essentiel des structures telles que la moelle épinière. L’amélioration de l’exactitude et de la précision de centimètres à quelques millimètres est nécessaire. C’est un défi particulier lors du ciblage de déplacement de tumeurs, tels que ceux du poumon et du foie. Plus de précision signifie que la plus petite des marges doivent être irradiés autour des tumeurs — dépassement est la façon standard de gérer les incertitudes. Cela aurait pour effet de transformer les traitements pour le cancer du poumon, par exemple, dans lequel la protonthérapie n’a pas encore de montrer un substantiel avantage physique sur les radiographies.

Plusieurs méthodes de mesure de la gamme du proton spot ont été explored9. Lorsque les protons interagissent avec les noyaux des atomes, ils émettent des rayons γ qui peuvent être suivis. Les ondes sonores sont également émis lorsque les tissus d’élargir et de contrat car ils sont chauffés par des impulsions de protons. Ces techniques ont atteint une précision de quelques millimètres dans les paramètres expérimentaux, mais n’ont pas encore de la précision millimétrique requises pour l’utilisation dans les patients. Les obstacles techniques sont surmontables, mais nécessitent plus d’efforts concertés, à la fois public et privé.

Politique de soins de santé

Le coût élevé de la protonthérapie signifie que la plupart des pays et les assureurs de limiter son utilisation. De l’angleterre et de plusieurs pays Européens, dont le Danemark et les pays-bas, offre de protonthérapie uniquement pour les types de cancer pour lesquels la réduction des effets secondaires à long terme est pensé pour être les plus grands, tels que les tumeurs de la base du crâne (chordome et le chondrosarcome), les yeux (mélanome) et de nombreuses tumeurs chez les enfants. En 2014, l’American Society for Therapeutic Radiation Oncology (ASTRO) a publié une liste de diagnostics que ses experts ont recommandé les assureurs doivent couvrir.

Mais les individus et les tumeurs varient. Les sarcomes, par exemple, se produire dans de nombreuses formes différentes et des sites. Le bénéfice du traitement de proton dépend de la taille de la tumeur, de la forme et de la proximité des organes. Les gens avec le cancer du sein ne sont pas sur l’ASTRO liste. Mais ceux d’une tumeur sur leur côté gauche de la poitrine pourrait en bénéficier en raison de proton thérapie peut aider à épargner le cœur de rayonnement damage3.

Les pays-bas a fait un pas dans la bonne direction, à l’aide des plans individuels de traitement et un modèle biologique de complications dans les tissus normaux pour sélectionner les patients susceptibles de bénéficier le plus de la protonthérapie. Mais les probabilités de côté les effets prédits par des modèles dose–réponse sont incertaines. Les modèles ne considérer que les complications graves, telles que la cécité, qui sont rares. Ils ne considèrent pas la plus commune des aspects comme une réduction du score de QI chez les enfants, par exemple.

Brian Vineux

Compact proton-thérapie systèmes, comme celle de l’Hôpital Général du Massachusetts à Boston, d’éliminer la nécessité pour abriter les équipements dans les grands, bâtiment dédié.

Aux États-unis, plusieurs hôpitaux ont essayé de récupérer les coûts de tels centres en se concentrant sur la commune et facile à traiter les tumeurs comme le cancer de la prostate. Les assureurs sont réticents à couvrir un tel traitement, mais beaucoup d’hommes riches paient pour eux-mêmes. Donc, le plus commun de cancer traités avec des protons est celle dans laquelle il fait le moins de différence clinique.

Parce qu’il y a relativement peu de tels centres, les patients doivent être référés à d’autres hôpitaux. Mais de nombreux oncologues sont pas au courant de ce que la thérapie peut le faire, et local, les médecins privés et les hôpitaux de la peur de perdre des revenus, si leurs patients sont traités par ailleurs. Les Patients, aussi, sont loin d’être disposé à voyager sur de longues distances, parfois entre les pays. En conséquence, trop peu de patients sont référés.

La suède s’est améliorée ces de la logistique. Depuis 2015, son proton centre d’Uppsala a été géré comme une installation commune pour tous les grands hôpitaux dans le pays. Les médecins et le personnel à la les hôpitaux traitants sont impliqués dans la planification et dans le traitement de leurs patients, à Uppsala, et l’adoption s’est améliorée. Cette approche centralisée pourrait ne pas fonctionner aussi bien dans un grand pays. Les États-unis devront faire face à son premier test en 2019, lorsqu’un proton centre ouvrira ses portes à Manhattan, qui seront partagés entre un consortium d’hôpitaux.

Une plus grande utilisation soulève un autre problème. Le personnel spécialisé nécessaires sont à court d’approvisionnement. Une solution est de rendre le flux de travail de protonthérapie similaire à celle de la radiographie conventionnelle de la thérapie. Une autre est de s’appuyer davantage sur l’automatisation, en particulier pour les systèmes qui guide le traitement des planificateurs sur la base de connaissances commun d’experts.

Prochaines étapes

Des partenariats sont nécessaires pour faire de la proton-thérapie plus pratique de la technologie utile. Les hôpitaux se doivent de partager des connaissances sur le traitement et l’interaction avec les patients ainsi que l’utilisation des systèmes de traitement. Appliquer des physiciens et des ingénieurs dans les académies et au niveau national et international, les laboratoires devraient travailler avec les physiciens médicaux sur l’amélioration de la poutres, de l’imagerie et de la robotique. Par exemple, une CERN société spin-off appelé ADAM (Application de Détecteurs et Accélérateurs pour la Médecine), basé à Genève, est en travaillant avec ses parents institution au Royaume-Uni sur un linéaire de la mini-accélérateur de médecine. National de la physique et de sociétés d’ingénierie et les organismes de financement devraient coordonner certaines de ces recherches et de faire connaître les besoins et les progrès.

Comme les coûts de l’automne, les frais pour la proton thérapie devrait être abaissé au niveau des complexes de X-ray-thérapie dans les cinq à dix prochaines années. Les compagnies d’assurance doivent se déplacer pour le “prix de référence” modèle, qui établit un niveau commun de paiement pour les différents traitements qui ont les mêmes prévu outcomes10. Cela aidera à construire les éléments de preuve au profit de la protonthérapie (ou son absence) dans de nouvelles applications cliniques. La Clinique Mayo de Rochester, au Minnesota, qui a déjà conclu de tels accords avec des assureurs. La collaboration entre les hôpitaux et les soins de santé des bailleurs de fonds sur une plus large échelle sont needed5.

Pour obtenir le roulement de boule, ces idées pourraient être discutées lors de la prochaine Particules de Thérapie de Groupe coopératif de la réunion en Mai 2018. Les Européens et les sociétés d’Amérique pour la radio-oncologie doivent être impliqués. Des colloques ou satellite ateliers devraient être organisés pour discuter les questions techniques lors des réunions de la Société Américaine de Physique et de Physique pour la Santé en Europe.

Nom du Journal:
La Nature
Volume:
549,
Pages:
451-453
Date de parution:
(28 septembre 2017)
DOI:
doi:10.1038/549451a

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Références

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  3. Durante, M., Orecchia, R. & Loeffler, J. S. Nature Rév., Clin. Oncol. 14, 483-495 (2017).

  4. Verma, V., Mishra, M. V. Et Mehta, M. P. Le Cancer 122, 1483-1501 (2016).

  5. Shah, A., Ricci, K. I. & Efstathiou, J. A. Lancet Oncol. 17, 559-561 (2016).

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  7. Yan, S. et coll. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 95, 224-233 (2016).

  8. Glimelius, B. et al. Acta Oncol. 44, 836-849 (2005).

  9. Polf, J. C. & Parodi, K. La Physique D’Aujourd’Hui 68, 28-33 (2015).

  10. Bekelman, J. E. & Hahn, S. M. J. Clin. Oncol. 32, 1540-1542 (2014).