Aujourd’hui, la radiothérapie classique utilise des faisceaux de photons (particule élémentaire qui constitue, dans la conception actuelle de la lumière, les ondes électromagnétiques, des ondes radio aux rayons gamma et la lumière visible) et/ou d’électrons. La protonthérapie consiste en un faisceau de protons – particules élémentaires portant une charge positive. C’est l’énergie déposée par ces particules qui entraînent la destruction des cellules tumorales.

Les accélérateurs de particules présents dans les appareils de radiothérapie classique génèrent un faisceau d’électrons. Ces particules chargées sont soit directement utilisées pour traiter le patient, soit dirigées vers une cible qui va créer un faisceau de photons qui est ensuite dirigé vers le patient.

Les électrons sont habituellement utilisés pour les irradiations superficielles, de quelques centimètres de profondeur. Leurs propriétés physiques leur permettent de déposer leur énergie plus profondément. Les faisceaux de photons délivrent une dose homogène plus en profondeur. Toutefois ce dépôt d’énergie n’est pas strictement localisé. Il y a une petite dispersion latérale le long du parcours, liée à la pénombre du faisceau, et une forte dispersion avant et après le « maximum du dépôt de dose ».

Même si la radiothérapie classique a connu des améliorations importantes et nombreuses, notamment en raison du développement de la radiothérapie conformationnelle, elle n’atteint pas la précision balistique des faisceaux de protons. Une seule raison à cela : les propriétés physiques spécifiques de ces particules.

D’une part, les protons vont traverser la matière pour déposer quasiment toute leur énergie à une profondeur donnée, puis s’arrêter net. L’énergie initiale des protons détermine la profondeur atteinte.

D’autre part, les protons se dispersent peu le long de cette trajectoire. Résultat : les régions adjacentes aux faisceaux subissent très peu de dommages collatéraux. Le dépôt d’énergie spécifique et localisé des protons offre aussi la possibilité d’augmenter la dose reçue par la tumeur sans trop accroître celle déposée dans les tissus sains avoisinants.

Avec la protonthérapie, les radiothérapeutes disposent d’un rayonnement à la balistique ultra-précise, fort utile quand il s’agit de traiter des tumeurs à proximité d’organes sensibles et tout particulièrement chez les enfants.