En Australie, des métrologistes s'allient pour créer un nouvel instrument de radiothérapie

Les rayonnements sont de l'énergie sous forme d'ondes ou de flux de particules se déplaçant dans l'espace ou la matière. Il est souvent associé à l'énergie atomique et à l'énergie nucléaire, alors qu'il existe en fait de nombreuses formes de rayonnement dans notre environnement quotidien. Ainsi, nous utilisons ou ressentons constamment des rayonnements non ionisants lorsque l'on écoute la radio dans la voiture en revenant chez soi du travail, lorsque l'on prend son téléphone cellulaire pour appeler une connaissance, lorsque l'on commande l'ouverture de la porte du garage, dans l'allée, ou encore lorsque l'on se laisse baigner par le soleil qui pénètre par les fenêtres de la maison. Les rayonnements ionisants se distinguent de ceux qui ne le sont pas parce qu'en plus de transmettre de l'énergie, ils peuvent modifier la matière à l'échelle de l'atome.

On appelle « radiothérapie » l'usage des rayonnements ionisants pour combattre le cancer. Cette forme de traitement existe depuis la découverte, à la fin du 19e siècle, des rayons X et de la radioactivité. En radiothérapie, l'oncologiste prescrit une série de traitements en vertu desquels la tumeur de son patient recevra une dose précise de rayonnements. La dose absorbée correspond à la quantité d'énergie rayonnante qui pénètre dans l'organe ou le tissu. Dans les centres anticancéreux, le physicien médical se sert d'instruments étalonnés pour établir la dose de rayonnements qui sera administrée au malade et la comparer à un étalon primaire, c'est-à-dire à une valeur précise représentant diverses quantités comme la masse, la longueur ou le temps, en métrologie. Les experts recourent à l'eau à la place des tissus mous pour effectuer leurs mesures. C'est donc la dose absorbée par l'eau qui fait office d'étalon primaire en radiothérapie, partout dans le monde.

En 2021, des spécialistes du Centre de recherche en métrologie du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) ont entrepris la construction du nouveau calorimètre à eau qui établirait l'étalon primaire pour l'Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency (ARPANSA), laboratoire qui veille au calibrage des appareils de radiothérapie dans les centres anticancéreux d'Australie et de Nouvelle-Zélande. Comme l'ARPANSA souhaitait mettre au point rapidement un nouvel étalon, le laboratoire a demandé au CNRC de l'aider à fabriquer un calorimètre à eau. Le modèle retenu s'inspirait de l'étalon employé au CNRC.

Dispositif complexe, le calorimètre doit fonctionner à la température de 4 °C pour mesurer avec précision les infimes élévations de température attribuables à l'interaction entre le faisceau de rayonnements ionisants et l'eau. Lors d'un traitement typique de radiothérapie, l'élévation de la température ne dépasse pas un millième de degré. Pour déceler des variations inférieures à un microdegré, on a donc besoin d'un système d'une extrême sensibilité. Au cœur du calorimètre se trouve un contenant en verre empli d'eau ultrapure, saturée d'hydrogène, un milieu très bien contrôlé dans lequel la dose absorbée peut être mesurée avec précision.

Le calorimètre commandé au CNRC a été achevé en juillet 2022, puis expédié à l'ARPANSA. En septembre, Claudiu Cojocaru et Malcolm McEwen, tous deux chercheurs au CNRC, ont ensuite pris l'avion pour l'Australie, afin de procéder aux essais finaux et de dispenser la formation requise au personnel de l'ARPANSA, qui se servira de l'instrument.

L'étalon primaire a été installé sans difficulté sur le trajet emprunté par le faisceau de l'accélérateur linéaire (LINAC) au laboratoire d'étalonnage dosimétrique de l'ARPANSA. Cet accélérateur est identique à ceux utilisés dans les centres anticancéreux canadiens et australiens, ce qui signifie que les mesures prises avec l'étalon peuvent être appliquées directement dans les cliniques d'oncologie.

La série de mesures obtenue était cohérente avec les données recueillies au CNRC pendant la mise en service de l'appareil. Dorénavant, les employés de l'ARPANSA pourront donc continuer leurs investigations avec l'étalon primaire et en utiliser les résultats pour satisfaire les besoins de ceux qui reçoivent des rayonnements ionisants dans leur lutte contre le cancer, en Australie.