1 dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à laide de fantômes voxélisés s....

1

Dosimétrie personnalisée en Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à l’aide radiothérapie interne à l’aide

de fantômes voxélisésde fantômes voxélisés

S. Chiavassa*, M. BardièsS. Chiavassa*, M. Bardiès†,†, M. Zankl M. Zankl‡‡ et I. Aubineau-Lanièce* et I. Aubineau-Lanièce*

* IRSN/DPHD/SDI/LEDI BP.17 F92262 Fontenay-aux-Roses.† INSERM, U463, Institut de biologie, Nantes.‡ GSF - National Research Center for Environment and Health Institute of Radiation Protection. Neuherberg

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

2

• Enjeux de la radiothérapie interneEnjeux de la radiothérapie interne

• Principe d’ŒdipePrincipe d’Œdipe

• Développements spécifiques à la radiothérapie interneDéveloppements spécifiques à la radiothérapie interne

• Comparaison EGS4 / MCNPXComparaison EGS4 / MCNPX

• ConclusionsConclusions

• PerspectivesPerspectives

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne interne

à l’aide de fantômes voxélisésà l’aide de fantômes voxélisés

3

• Radiothérapie Radiothérapie interneinterne

Enjeux de radiothérapie interneEnjeux de radiothérapie interne

Sources non scellées pour Sources non scellées pour délivrer des doses aux tumeurs délivrer des doses aux tumeurs

ou organes cibles par ou organes cibles par l’intermédiaire de vecteursl’intermédiaire de vecteurs

• DosimétrieDosimétrie préventivepréventive

Dose aux cellules tumorales

Dose aux cellules saines

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

4

Formalisme du MIRDFormalisme du MIRD (MIRDOSE, MABDOSE, NUCLIDOSE…)(MIRDOSE, MABDOSE, NUCLIDOSE…)

Fantôme Fantôme MathématiqueMathématique

standardstandard

Enjeux en radiothérapie interneEnjeux en radiothérapie interneMéthode actuelleMéthode actuelle

Adéquat pour le diagnostic Adéquat pour le diagnostic

Insuffisant pour la thérapieInsuffisant pour la thérapie

• Modèle anatomique standard

• Pas de prise en compte des tumeurs

• Estimation dosimétrique par organe

• Activités homogènes au sein des organes.

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

5

Simulations Monte CarloSimulations Monte Carlo ( (MCNP)MCNP)

Enjeux en radiothérapie interne Enjeux en radiothérapie interne Dosimétrie personnaliséeDosimétrie personnalisée

Fantôme voxélisé

propre au patientpropre au patient

Respect de la directive Euratom Respect de la directive Euratom 97/43 pour la thérapie97/43 pour la thérapie

• Anatomie personnalisée

• Prise en compte de la tumeur du patient

• Dosimétrie corps entier à l’échelle tissulaire et dose moyenne aux organes

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

6

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne interne

à l’aide de fantômes voxélisésà l’aide de fantômes voxélisés

• Enjeux de la radiothérapie interne

• Principe d’ŒdipePrincipe d’Œdipe

• Développements spécifiques à la radiothérapie interneDéveloppements spécifiques à la radiothérapie interne

• Comparaison EGS4 / MCNPXComparaison EGS4 / MCNPX

• ConclusionsConclusions

• PerspectivesPerspectives

7

Principe d’Œdipe : Principe d’Œdipe : Outil d’Evaluation de la Dose Interne PErsonnaliséeOutil d’Evaluation de la Dose Interne PErsonnalisée

Fichier d’entrée MCNP

• Géométrie• Source• Tallies Énergie déposée

Dose

Géométrie

ScannerScanner ScintigraphieScintigraphie

Source

Doses aux organesDoses aux organes

Isodoses corps entierIsodoses corps entier

8

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne interne

à l’aide de fantômes voxélisésà l’aide de fantômes voxélisés

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

• Enjeux de la radiothérapie interne

• Principe d’Œdipe

• Développements spécifiques à la radiothérapie interneDéveloppements spécifiques à la radiothérapie interne

• Comparaison EGS4 / MCNPXComparaison EGS4 / MCNPX

• ConclusionsConclusions

• PerspectivesPerspectives

9

Développements spécifiques à Développements spécifiques à la radiothérapie internela radiothérapie interne

• Dosimétrie corps entier à l’échelle tissulaireDosimétrie corps entier à l’échelle tissulaire

Limitation à 100.000 Limitation à 100.000 cellulescellules

• Optimisation des temps de calculOptimisation des temps de calcul

Temps de calcul importantsTemps de calcul importants

• Segmentation semi-automatique des images CTSegmentation semi-automatique des images CT

• Implémentation des fonctionnalités dans ŒdipeImplémentation des fonctionnalités dans ŒdipeAUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

10

Dosimétrie corps entierDosimétrie corps entier

Limite intrinsèque au code MCNPLimite intrinsèque au code MCNP en programmation classique de 100.000 cellulesen programmation classique de 100.000 cellules

Corps entier et RCorps entier et Rss=qques mm=qques mm qques 10qques 1066 voxels voxels

qques cellules qques 106 voxels

Structures répétéesStructures répétées

Les 4 cellules élémentaires :Les 4 cellules élémentaires :

Air

Tissus Mous

Os

Poumon

??

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

11

Développements spécifiques à Développements spécifiques à la Radiothérapie internela Radiothérapie interne

• Dosimétrie corps entier à l’échelle tissulaire

Limitation à 100.000 cellules

• Optimisation des temps de calculOptimisation des temps de calcul

Temps de calcul importantsTemps de calcul importants

• Segmentation semi-automatique des images CTSegmentation semi-automatique des images CT

• Implémentation des fonctionnalités dans ŒdipeImplémentation des fonctionnalités dans ŒdipeAUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

12

• tally « classique »

• lattice tally

• mesh tally

Optimisation des temps de calcul Optimisation des temps de calcul du code MCNPdu code MCNP

Résultat (tally) = Dose (MeV/g)

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

13

Optimisation des temps de calcul Optimisation des temps de calcul du code MCNPdu code MCNP

Données de l’étude : Données de l’étude :

GéométrieGéométrie : corps entier issu d’images scanner

256 x 256 x 157 voxels

Rs= 0.1875 cm x 0.1875 cm x 0.528001 cm

Nbre de voxels

100.000 400.000 800.000 3.500.000

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

14

Données de l’étude (suite): Données de l’étude (suite):

Source : Source : 131131I homogène dans I homogène dans

les tissus mousles tissus mous

Optimisation des temps de calcul Optimisation des temps de calcul du code MCNPdu code MCNP

%

E (keV)364.489

81.7

10

Paramètre de simulation MCNPParamètre de simulation MCNP

• mode = p (photons)

•Energies

•nps = 1 million d’histoires

• Tally = Dose (MeV/g) dans chaque voxel

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

15

MCNPX2.4 :

Lattice tally

Tally classique

Mesh tally

Optimisation des temps de calcul Optimisation des temps de calcul du code MCNPdu code MCNP

Nombre de voxels

Tem

ps C

PU

(h

eure

s)

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

16

Optimisation des temps de calcul Optimisation des temps de calcul du code MCNPdu code MCNP

Gain d’un facteur > 100

Nombre de voxels

Tem

ps C

PU

(h

eure

s)

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

MCNPX2.4 : Lattice tally Tally classique Mesh tally

MCNPX2.5.d Lattice tally

17

Optimisation des temps de calcul Optimisation des temps de calcul du code MCNPdu code MCNP

Nombre de voxels

Tem

ps C

PU

(h

eure

s)

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

MCNPX2.5.d(lattice tally)

1h30

18

Développements spécifiques à Développements spécifiques à la Radiothérapie internela Radiothérapie interne

• Dosimétrie corps entier à l’échelle tissulaire

Limitation à 100.000 cellules

• Optimisation des temps de calcul

Temps de calcul importants

• Segmentation semi-automatique des images CTSegmentation semi-automatique des images CT

• Implémentation des fonctionnalités dans ŒdipeImplémentation des fonctionnalités dans ŒdipeAUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

19

Segmentation semi-Segmentation semi- automatique (CT)automatique (CT)

Images CTImages CT Fantômes segmentés automatiquement

Échelle de Hounsfield

OsOs

Tissus Tissus mousmous

PoumonsPoumons

Air

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

20

Développements spécifiques à Développements spécifiques à la Radiothérapie internela Radiothérapie interne

• Dosimétrie corps entier à l’échelle tissulaire

Limitation à 100.000 cellules

• Optimisation des temps de calcul

Temps de calcul importants

• Segmentation semi-automatique des images CT

• Implémentation des fonctionnalités dans ŒdipeImplémentation des fonctionnalités dans ŒdipeAUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

21

Implémentation des nouvelles Implémentation des nouvelles fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE)fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE)

• Outil de segmentation semi-automatique (CT)

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

22

Implémentation des nouvelles Implémentation des nouvelles fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE)fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE)

• Écriture automatique des fichiers d’entrée

• Outil de segmentation semi-automatique (CT)

• Convivialité

- Lecture (20mns -> 1mn)

- Zoom

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

• Histogramme Dose Volume

23

Implémentation des nouvelles Implémentation des nouvelles fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE)fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE)

• Écriture automatique des fichiers d’entrée

• Outil de segmentation semi-automatique (CT)

• Convivialité

- Lecture (20mns -> 1mn)

- Zoom

• Compatibilité PC/Unix

• Visualisation 3D

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

• Histogramme Dose Volume

24

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne interne

à l’aide de fantômes voxélisésà l’aide de fantômes voxélisés

• Enjeux de la radiothérapie interne

• Principe d’Œdipe

• Développements spécifiques à la radiothérapie interne

• Comparaison EGS4 / MCNPXComparaison EGS4 / MCNPX

• ConclusionsConclusions

• PerspectivesPerspectives

25

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Comparaison EGS4 / MCNPXComparaison EGS4 / MCNPXDonnées de l’étudeDonnées de l’étude

• Géométrie :Géométrie : Fantôme de zubal (tête et torse) : 128 x 128 x 236 voxelsRésolution spatiale : 0.375 x 0.375 x 0.4 cm

• Source :Source : Iode 131 électrons et photons :

Foie = 6.734E+06 KBq.hReins = 3.3004E+06 KBq.hTumeur (thyroïde) = 4.699E+06 KBq.hCorps entier = 1.3875E+08 Kbq.h

• Résultats : Résultats : Doses absorbées au foie, reins, thyroïde et corps entier (en mGy/kBq/h)Erreur relative < 10 %

26

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Comparaison EGS4 / MCNPXComparaison EGS4 / MCNPXRésultatsRésultats

EGS4

MCNPX2.5d

Source = thyroïdeSource = foie

Source = reins

27

ConclusionsConclusions

• Limite de 100.000 voxels dépassée : Limite de 100.000 voxels dépassée :

modélisation d’un corps entier réaliséemodélisation d’un corps entier réalisée

• Optimisation de la méthode de calcul : Optimisation de la méthode de calcul :

1h30 de calcul par million de particules suivies1h30 de calcul par million de particules suivies

• Outil de segmentation semi-automatique réaliséOutil de segmentation semi-automatique réalisé

• Fonctionnalités implémentées dans ŒdipeFonctionnalités implémentées dans Œdipe

• Validation du logiciel Œdipe : Validation du logiciel Œdipe :

comparaison EGS4 / MCNPXcomparaison EGS4 / MCNPX

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

28

PerspectivesPerspectives

• Optimisation du fichier d’entréeOptimisation du fichier d’entrée

Création d’un fichier uniqueCréation d’un fichier unique

• Validation d’ŒdipeValidation d’Œdipe

Oedipe / mesures TLD sur fantômes Oedipe / mesures TLD sur fantômes physiquesphysiques

Comparaison Œdipe / MIRDComparaison Œdipe / MIRD

• Participation à la dosimétrie lors d’essais Participation à la dosimétrie lors d’essais cliniques sur patientscliniques sur patients

AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003