Installations et moyens expérimentaux

L'accélérateur ALPHÉE
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L'accélérateur

ALPHÉE

​ALPHÉE (Accélérateur linéaire pour la production de photons et d'électrons) est un accélérateur linéaire similaire aux appareils de radiothérapie utilisés dans le domaine médical. L'IRSN l'utilise pour effectuer des recherches sur les effets des irradiations sur les tissus sains et leur traitement. Cette installation permet d'irradier des échantillons biologiques : cellules, tissus et animaux.

ALPHÉE

L'accélérateur

ALPHÉE

​ALPHÉE (Accélérateur linéaire pour la production de photons et d'électrons) est un accélérateur linéaire similaire aux appareils de radiothérapie utilisés dans le domaine médical. L'IRSN l'utilise pour effectuer des recherches sur les effets des irradiations sur les tissus sains et leur traitement. Cette installation permet d'irradier des échantillons biologiques : cellules, tissus et animaux.

​Yoann Ristic, technicien au LDRI, s'assure du bon positionnement de l’échantillon sur la table d'irradiation de l'installation ALPHÉE. À droite, bras l’accélérateur qui peut tourner à +/- 180 °. Les lasers servent à effectuer le réglage de l'isocentre. © Francesco Acerbis/IRSN
​Yoann Ristic, technicien au LDRI, s'assure du bon positionnement de l’échantillon sur la table d'irradiation de l'installation ALPHÉE. À droite, bras l’accélérateur qui peut tourner à +/- 180 °. Les lasers servent à effectuer le réglage de l'isocentre. © Francesco Acerbis/IRSN

Contexte et objectif de l'installation

L’une des missions de l’IRSN est d’évaluer les risques associés à l’usage des rayonnements ionisants, et de proposer, en situation d’exposition maitrisée (domaine médical) ou non maitrisée (accident), des solutions appropriées à la maîtrise des conséquences pour l’Homme. L'Institut conduit notamment des programmes de recherche, en partenariat avec des hôpitaux, des universités ou d'autres organismes de recherche français et étrangers, sur les effets de l'utilisation des rayonnements ionisants dans le domaine médical, dont la radiothérapie.

Le plateau technique de la radiothérapie s'est profondément complexifié ces dernières années, avec l'apparition de nouvelles techniques (traitements combinés, nouveau type de rayonnement, augmentation du débit de dose...). En prenant en compte ces évolutions, l’IRSN mène des projets de recherche sur les effets secondaires sur les tissus sains entourant les zones traitées et sur les traitements possibles de ces effets.

L'IRSN s'est doté en 2012 de l'accélérateur ALPHÉE, un appareil de radiothérapie utilisé largement dans les milieux médicaux. Il permet d'irradier une large gamme d'échantillons biologiques : cellules, sang ou tissus animaux (rongeurs, mini-pigs).

​Yoann Ristic positionne le support d’irradiation dans l’installation ALPHÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

Contexte et objectif de l'installation

Contexte et objectif de l
​Yoann Ristic positionne le support d’irradiation dans l’installation ALPHÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

L’une des missions de l’IRSN est d’évaluer les risques associés à l’usage des rayonnements ionisants, et de proposer, en situation d’exposition maitrisée (domaine médical) ou non maitrisée (accident), des solutions appropriées à la maîtrise des conséquences pour l’Homme. L'Institut conduit notamment des programmes de recherche, en partenariat avec des hôpitaux, des universités ou d'autres organismes de recherche français et étrangers, sur les effets de l'utilisation des rayonnements ionisants dans le domaine médical, dont la radiothérapie.

Le plateau technique de la radiothérapie s'est profondément complexifié ces dernières années, avec l'apparition de nouvelles techniques (traitements combinés, nouveau type de rayonnement, augmentation du débit de dose...). En prenant en compte ces évolutions, l’IRSN mène des projets de recherche sur les effets secondaires sur les tissus sains entourant les zones traitées et sur les traitements possibles de ces effets.

L'IRSN s'est doté en 2012 de l'accélérateur ALPHÉE, un appareil de radiothérapie utilisé largement dans les milieux médicaux. Il permet d'irradier une large gamme d'échantillons biologiques : cellules, sang ou tissus animaux (rongeurs, mini-pigs).

Descriptif de l'installation

​Yoann Ristic positionne une maquette (ou fantôme) de petit rongeur sur la table d'irradiation de l'installation ALPHÉE pour effectuer la mesure de référence. Les lasers servent à régler de l'isocentre. © Francesco Acerbis/IRSN

Descriptif de l'installation

Descriptif de l
​Yoann Ristic positionne une maquette (ou fantôme) de petit rongeur sur la table d'irradiation de l'installation ALPHÉE pour effectuer la mesure de référence. Les lasers servent à régler de l'isocentre. © Francesco Acerbis/IRSN

​Les caractéristiques de cet accélérateur correspondent à celles des installations utilisées en radiothérapie conventionnelle. Il peut être utilisé en mode électron ou photon. Pour les électrons, cinq énergies sont possibles (4, 6, 8,10 et 12 MeV) et trois énergies pour les photons (4, 10 et 18 MV), avec des débits de dose allant jusqu’à 6 Gray (Gy) par minute à l’isocentre.

Le faisceau de photons est créé à l'aide d'un accélérateur linéaire d'électrons dirigé sur une cible en tungstène. ALPHÉE n'utilise donc pas de source radioactive (technologie d'irradiateur pratiquement disparue des services de radiothérapie à ce jour), ce qui est l'un des avantages majeurs de l'installation.

Positionnement d'un fantôme de rongeur de plus grande taille sur la table de l'irradiateur © Francesco Acerbis/IRSN
Positionnement d'un fantôme de rongeur de plus grande taille sur la table de l'irradiateur © Francesco Acerbis/IRSN

​Les caractéristiques de cet accélérateur correspondent à celles des installations utilisées en radiothérapie conventionnelle. Il peut être utilisé en mode électron ou photon. Pour les électrons, cinq énergies sont possibles (4, 6, 8,10 et 12 MeV) et trois énergies pour les photons (4, 10 et 18 MV), avec des débits de dose allant jusqu’à 6 Gray (Gy) par minute à l’isocentre.

Le faisceau de photons est créé à l'aide d'un accélérateur linéaire d'électrons dirigé sur une cible en tungstène. ALPHÉE n'utilise donc pas de source radioactive (technologie d'irradiateur pratiquement disparue des services de radiothérapie à ce jour), ce qui est l'un des avantages majeurs de l'installation.

Il est en outre possible d'ajuster finement la forme du faisceau, comme durant une radiothérapie, afin de mieux cibler la tumeur cancéreuse et épargner au maximum les organes sains. ALPHÉE permet également de simuler des planifications de traitement à l'aide d'un logiciel classique de planification de radiothérapie. Les physiciens de l'IRSN définissent les références dosimétriques associées à chaque configuration d’irradiation et des protocoles parfaitement reproductibles.

Cet accélérateur est complémentaire des installations SARRP (microirradiateur de basse énergie) et MIRCOM (microfaisceau d’ions), notamment en termes d’énergie et de type de rayonnement utilisés à l'IRSN.

 

Réglage laser en vue de l'irradiation du modèle. Au premier plan, système d'anesthésie par inhalation. © Francesco Acerbis/IRSN
Réglage laser en vue de l'irradiation du modèle. Au premier plan, système d'anesthésie par inhalation. © Francesco Acerbis/IRSN

Il est en outre possible d'ajuster finement la forme du faisceau, comme durant une radiothérapie, afin de mieux cibler la tumeur cancéreuse et épargner au maximum les organes sains. ALPHÉE permet également de simuler des planifications de traitement à l'aide d'un logiciel classique de planification de radiothérapie. Les physiciens de l'IRSN définissent les références dosimétriques associées à chaque configuration d’irradiation et des protocoles parfaitement reproductibles.

Cet accélérateur est complémentaire des installations SARRP (microirradiateur de basse énergie) et MIRCOM (microfaisceau d’ions), notamment en termes d’énergie et de type de rayonnement utilisés à l'IRSN.

 

Recherches associées

L'IRSN utilise l’accélérateur ALPHÉE dans le cadre de plusieurs types de programmes de recherche expérimentale.

En radiobiologie, il contribue au programme ROSIRIS, dont l'objet est de mieux comprendre la relation causale entre les effets précoces et les effets tardifs des rayonnements ionisants sur l'organisme. La nature des dommages cellulaires radio-induits initiaux dépend de la manière dont l’énergie d’une particule ionisante se dépose au sein d’une cellule et donc des caractéristiques physiques de cette particule. Pour analyser ces dommages, l'une des voies de recherche consiste à établir des liens entre la modélisation biophysique des événements précoces radio-induits et leurs conséquences tardives au niveau moléculaire et cellulaire en étudiant la distribution, la signalisation et la réparation des dommages initiaux de l’ADN ainsi que la restauration de l’architecture de la chromatine en fonction du type de rayonnement ionisant.

​Dans la salle de préparation attenante à la salle d'irradiation, Lara Moussa, post-doctorante au SERAMED vérifie le positionnement du modèle sur son support en vue de son irradiation dans l'installation ALPHÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

Recherches associées

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​Dans la salle de préparation attenante à la salle d'irradiation, Lara Moussa, post-doctorante au SERAMED vérifie le positionnement du modèle sur son support en vue de son irradiation dans l'installation ALPHÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

L'IRSN utilise l’accélérateur ALPHÉE dans le cadre de plusieurs types de programmes de recherche expérimentale.

En radiobiologie, il contribue au programme ROSIRIS, dont l'objet est de mieux comprendre la relation causale entre les effets précoces et les effets tardifs des rayonnements ionisants sur l'organisme. La nature des dommages cellulaires radio-induits initiaux dépend de la manière dont l’énergie d’une particule ionisante se dépose au sein d’une cellule et donc des caractéristiques physiques de cette particule. Pour analyser ces dommages, l'une des voies de recherche consiste à établir des liens entre la modélisation biophysique des événements précoces radio-induits et leurs conséquences tardives au niveau moléculaire et cellulaire en étudiant la distribution, la signalisation et la réparation des dommages initiaux de l’ADN ainsi que la restauration de l’architecture de la chromatine en fonction du type de rayonnement ionisant.

Au premier plan, le système d'anesthésie par inhalation. Au second plan, vue sur l’imageur. © Francesco Acerbis/IRSN
Au premier plan, le système d'anesthésie par inhalation. Au second plan, vue sur l’imageur. © Francesco Acerbis/IRSN

​L'installation ALPHÉE permet aussi de mener des programmes de recherche destinés à développer de nouveaux traitements consécutifs à une irradiation. Y sont étudiés notamment les complications très sévères des radiothérapies, en reproduisant des situations d'irradiation localisée représentatives des protocoles de radiothérapie. Les recherches portent particulièrement sur la rectite radique observée chez certains patients après une radiothérapie d'un cancer de la zone pelvienne (prostate, colon, etc.).

​Réglage du bras d’irradiation de l’installation ALPHÉE, qui permet d'orienter le faisceau selon l'angle adéquat. © Francesco Acerbis/IRSN
​Réglage du bras d’irradiation de l’installation ALPHÉE, qui permet d'orienter le faisceau selon l'angle adéquat. © Francesco Acerbis/IRSN

​L'installation ALPHÉE permet aussi de mener des programmes de recherche destinés à développer de nouveaux traitements consécutifs à une irradiation. Y sont étudiés notamment les complications très sévères des radiothérapies, en reproduisant des situations d'irradiation localisée représentatives des protocoles de radiothérapie. Les recherches portent particulièrement sur la rectite radique observée chez certains patients après une radiothérapie d'un cancer de la zone pelvienne (prostate, colon, etc.).

​Salle de commande de l’accélérateur ALPHÉE. D'ici, les techniciens peuvent contrôler toutes les caractéristiques de l'irradiation et surveiller en temps réel la salle d'irradiation. © Francesco Acerbis/IRSN
​Salle de commande de l’accélérateur ALPHÉE. D'ici, les techniciens peuvent contrôler toutes les caractéristiques de l'irradiation et surveiller en temps réel la salle d'irradiation. © Francesco Acerbis/IRSN
​Panneau signalétique lors d'une phase d'irradiation. © Francesco Acerbis/IRSN
​Panneau signalétique lors d'une phase d'irradiation. © Francesco Acerbis/IRSN

L'installation permet également d'étudier la nécrose locale des tissus irradiés, observées chez les victimes d’accident d’irradiation par une source orpheline. L'objectif est de développer les techniques de chirurgie, de greffe de peau et d’injection de cellules souches qui sont aujourd’hui en passe de devenir des traitements de référence dans la prise en charge des brûlures radiologiques.

Ces expérimentations sont menées conformément aux procédures définies par les règles d’éthique régissant l’expérimentation animale.

​Après l'irradiation, l'épaisse porte blindée en plomb et paraffine est débloquée. © Francesco Acerbis/IRSN
​Après l'irradiation, l'épaisse porte blindée en plomb et paraffine est débloquée. © Francesco Acerbis/IRSN

L'installation permet également d'étudier la nécrose locale des tissus irradiés, observées chez les victimes d’accident d’irradiation par une source orpheline. L'objectif est de développer les techniques de chirurgie, de greffe de peau et d’injection de cellules souches qui sont aujourd’hui en passe de devenir des traitements de référence dans la prise en charge des brûlures radiologiques.

Ces expérimentations sont menées conformément aux procédures définies par les règles d’éthique régissant l’expérimentation animale.

​Dans l’installation ALPHÉE, Yoann Ristic positionne l’incubateur (cube en plexiglas) qui permet de garder les échantillons de cellules à 37 °C. © Francesco Acerbis/IRSN
​Dans l’installation ALPHÉE, Yoann Ristic positionne l’incubateur (cube en plexiglas) qui permet de garder les échantillons de cellules à 37 °C. © Francesco Acerbis/IRSN

Caractéristiques techniques

3 énergies RX : 4, 10 et 18 MV (max 6 Gy/min)

5 énergies électrons : 4,6,8,10 et 12 MeV (max 6 Gy/min)

Champs de rayonnement à 1 m : de 0,5 x 0,5 cm2  à 40 x 40 cm2

Collimateurs diaphragme et multilames intégrés

​Des cellules biologiques ont été installées dans l'installation ALPHÉE en vue d'une irradiation. Le réglage de l'isocentre est effectué grâce à des lasers. © Francesco Acerbis/IRSN
Caractéristiques techniques
​Des cellules biologiques ont été installées dans l'installation ALPHÉE en vue d'une irradiation. Le réglage de l'isocentre est effectué grâce à des lasers. © Francesco Acerbis/IRSN

Caractéristiques techniques

3 énergies RX : 4, 10 et 18 MV (max 6 Gy/min)

5 énergies électrons : 4,6,8,10 et 12 MeV (max 6 Gy/min)

Champs de rayonnement à 1 m : de 0,5 x 0,5 cm2  à 40 x 40 cm2

Collimateurs diaphragme et multilames intégrés