La radiothérapie consiste en l'envoi d'un rayonnement ionisant en direction de la tumeur qui, par l'utilisation d'effets différentiels, vise à entrainer à terme la destruction des cellules touchées tout en préservant les tissus sains avoisinants. La radiothérapie conventionnelle utilise des faisceaux de photons ou d'électrons.

Les protons présentent des propriétés balistiques avantageuses (voir figure ci-bas). Mais pour atteindre la haute précision permise par ces propriétés, leur mise en oeuvre nécessite des technologies lourdes (un accélérateur de particules à protons, une enceinte de radioprotection) et sophistiquées (des systémes de planification du traitement, de conformation du faisceau et de positionnement).

La protonthérapie s'avére pertinente pour les traitements nécessitant une trés grande précision par exemple pour le mélanome de la choroéde ou pour certaines tumeurs intracréniennes. Jusqu'à la fin des années 1980, la protonthérapie était en phase expérimentale. Depuis 1990, plusieurs centres hospitaliers dédiés ont été construits ou sont en projet, principalement au Japon et aux Etats-Unis.

La courbe de débit de dose des protons (bleue) ou Pic de Bragg, réglable en largeur et-ou en profondeur, s'avère plus sélective que celle des photons (orange).

Qu’est-ce que la radiothérapie classique ?
Aujourd’hui, la radiothérapie classique utilise des faisceaux de photons* et/ou d’électrons. En effet, 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 à une certaine profondeur sans trop la dépasser.
Les faisceaux de photons permettent de délivrer 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 ».
L’utilisation de collimateurs*, la multiplication des faisceaux et la modulation de l’énergie du faisceau de photons permettent de réaliser des irradiations extrêmement précises dites conformationnelles avec modulation de l’intensité.
Toutefois la contrepartie à cette augmentation de la précision des photons est l’accroissement de la dose intégrale et donc du volume des tissus sains irradiés à faible dose.
Les propriétés balistiques des protons permettent d’éviter ce paradoxe, ce qui en fait une forme de radiothérapie particulièrement intéressante pour les enfants.