monte-carlo simulation for nuclear medecine in a grid...
Post on 11-Mar-2018
223 Views
Preview:
TRANSCRIPT
�
MonteMonte--Carlo simulation for Carlo simulation for nuclearnuclear medecinemedecine in a in a gridgrid
environmentenvironment
�������������� �����������
������������������
������
�
développer une interface software entre la développer une interface software entre la physique corpusculaire et les sciences de la physique corpusculaire et les sciences de la
vievie
Déploiement d’une grille de calculs
pour la bio-informatique
Simulations Monte-Carlo avec GEANT4 en imagerie
médicale et en curie-/radiothérapie
gestion des flux de données générés par les expériences de génomique
on retrouve les mêmes problèmes en physique des particules, en imagerie médicale
optimiser les performances des détecteurs et des traitements
améliorer la qualité des imagesétudier la faisabilité de nouvelles
solutions technologiques ou médicales
L’équipe PCSVL’équipe PCSVune recherche une recherche
pluridisciplinairepluridisciplinaire
INSERM U494 (Paris)INSERM U494 (Paris)simulation SPECT
IASA AthènesIASA Athènesvalidation de GATE sur
une gamma-caméra petit animal
Centre Jean Perrin Centre Jean Perrin Service de médecine nucléaire
Centre Jean PerrinCentre Jean PerrinDépartement de radiothérapie
Dépôt de dose de plaques ophtalmiques
DataGRIDDataGRID
Collaboration Collaboration OpenGATEOpenGATEdéveloppement d’une plate-forme de simulation Monte-Carlo en médecine nucléaire
BBIOIO--INFORMATIQUEINFORMATIQUEY. Legré
CCURIETHERAPIEURIETHERAPIED. Donnarieix
L. MaigneMMEDECINEEDECINE NNUCLEAIREUCLEAIRE
D. Lazaro
!
GATEGATEa Montea Monte--Carlo simulation platform Carlo simulation platform
for nuclear medicine based on for nuclear medicine based on GEANT4GEANT4
GGeant4 AApplication forTTomographicEEmission
"
TwoTwo imagingimaging modalitiesmodalitiesmorphological imaging (MRI, scanner, X-rays…)
detailed information about the patient anatomy
Functional imaging (nuclear medicine: SPECT, PET, …)
non-invasive method: a radioactive drug is injected to thepatient and naturally evacuated from the organismspatial distribution of the radiopharmaceutical in thebody ���� study of the functional activity of an organ or a specific tissue (e.g tumor)
PET PET � Positron emitters (18FDG ≈ 2 h)
� Resolution down to 2 mm
SPECT SPECT � Single photon emitters (99mTc ≈ 6 h)
� Resolution down to 7 mm
MultimodalityMultimodality� Combined imaging modalities (e.g PET/CT)
� Resolution improved
#
WhyWhy simulations in simulations in NuclearNuclearMedicineMedicine??
Scannerdesign
Protocoloptimization
Algorithmtesting
Scattercorrection
Quantificationrecovery
Dataanalysis
ImageReconstruction
Simulation
$
TwoTwo approachesapproaches……
General purpose simulation codes (GEANT4, EGS4, MCNP…)���� wide range of physics���� wide community of developers and users���� documentation, maintenance and support���� complexity���� speed
Dedicated simulation codes (PETsim, SimSET, Eidolon,…)���� optimized for nuclear medical imaging applications (geometry,
physics...)���� ease of use and fast development���� maintenance, upgrades
%
GATE: an GATE: an attemptattempt to to mergemergebothboth approachesapproaches
Realistic modelisation of PET/SPECT experiments� modelisation of detectors, sources, patient� movement (detector, patient)� time-dependent processes (radioactive decay, movement
management, biological kinetics)
Ease-of-useFastLong-term availability, support and training
PET/SPECTdedicated tools
GEANT4 corepotentialities
GATEGATE
&
GATE unique GATE unique potentialitiespotentialities taketake advantageadvantage of of GEANT4 GEANT4 toolkittoolkit andand new new developmentsdevelopments
��������������������������������
�� Geometry� script
(detectors, materials, …)
�� Properties
� spectral resolution…
������� ����� ����������� ����� ������ Radioactive decay
�� Digital images � complex emission and absorption cards
�� ��� ��� Physical dynamics : decay
�� Biological dynamics : drug kinetics� Movements
����� ������� ��
�� Detector continuous movement� rotation: SPECT, PET� specific moves
�� Source movement� patient (heart beat…)� external source
'()��*��)+� ,'()��*��)+� ,
�� ��-.���/�����0�����-.���/�����0���
�� �1�������2��3��-/�1�1�������2��3��-/�1
��
GeometryGeometry examplesexamples of GATE of GATE applicationsapplications
Multi-ring PET
D. StrulIPHE Lausanne
Triple-head gamma camera
S. StaelensUni Ghent
��
Validation of GATE Validation of GATE againstagainst experimentexperiment
� Simulation of a small animal imaging gamma camera– CsI(Tl) crystal array coupled to a PSPMT– Small animal imaging (study of new
radiopharmaceuticals)
���������������
�� �
��� �������� ���
��! ��
��"��#�� $������ �$
�������������
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 250
100
200
300
400
500
Pos X 0mm
Entries 18612Mean -0.02972RMS 4.89
Pos X 0mm
Entries 18612Mean -0.02972RMS 4.89
arb
itra
ry c
ou
nts
mm
PSF at 2cm
Experiment
GATE
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
E keV P05Entries 16987Mean 127.4RMS 29.14
E keV P05 E keV P05Entries 16987Mean 127.4RMS 29.14
Energy spectrum at 2cm
arb
itra
ry c
ou
nts
Energy (keV)
Experiment
GATE
��
Les enjeux du déploiement sur Les enjeux du déploiement sur grillegrille
� (���/��������������������/����
� 4���/���������1���/��/1
� 5���������������1�1���/��1�
� (���/��������������.��-��
� ����
� )������/6���/�1�������������1���������/��-���
/����/��/������-7�������1�12�8������-�-/�1�
-���1�9���/�1�����1����/���9��1
�
Les différents niveaux de Les différents niveaux de parallélisationparallélisation
�� �������� ��������������������������������������� �����������������������������������������������������������������������������
�� ������� ������������������������������ ������� ����������������������������������������� ��������������� �������������������� ��������������� ����������� ������������������������������������ ������������������������������������������������������������������������������������� ����� ���������������������� � ������������������������������� � �����������������������������
�� ������ �!���������������������������������� �!�������������������������������������"���������# �����������������������"���������# ������������������������������������������������������������������������
�� ����������� �!��������������� $% & ' (���)������������ �!��������������� $% & ' (���)�������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�!
Les différentes stratégies de Les différentes stratégies de déploiement sur une grilledéploiement sur une grille
� ��1�����:�;��
� *�����/���������1-���������/�1��:��1�<
� )3�����8/�
� *��.��1��6�����1
� *��.��1����1����
� ������/�����3�-����1��//�/�������1��/�1������1�<
� 4���������=�
� 6���������������8���1�-��/��-��//�/�1�����
� >
�"
Sur quelles grilles mettre en Sur quelles grilles mettre en œuvre le déploiement de GATE ?œuvre le déploiement de GATE ?
���������������� �
�� ������������� ����������� ���
���� ���
�������������
�#
LLE E PPROJET ROJET DataGRIDDataGRID
�� ����% ������% �� ����!��& �'����! �&(������!��& �'����! �&(�� ������(�)����� �������* !+ ���,!���% �����)�� ���+��!� ���������!������������(���&�! ���� ���� �����������-�.!��"�$��.!������&� ���!���/��0�� +�������������� �/�1�������#
�� ����/���������/�����22�34/��5�/�6� �5/����/������34/��5�/�6� �5/����/�����
�� 7/8�� ���������! ���7/8�� ���������! ���22 �! (��9�� ��������"3::;�! (��9�� ��������"3::;223::<#3::<#
�� �0'����-��& ����&�!=�0'����-��& ����&�!=2 �(+���&&� �!��� �����> � ��0��(��! ��,�!����% ��1� �
2 �(&��$� ���������0��� )�� �����(������
2 +����� ���������&������ ������! ���--( ������(� ���� ���! �
�$
Groupe de travail biomédical Groupe de travail biomédical (WP10) (WP10)
�� �&(��-������������0�����������,�� ��� ���� (�����������������&(��-������������0�����������,�� ��� ���� (�����������������(��� �.!��&�! �!����+� ����� ������ ��� �������� �0!(�(��� �.!��&�! �!����+� ����� ������ ��� �������� �0!(
�� �����-�� ������&&����������0��� (��������&� �����������������-�� ������&&����������0��� (��������&� �����������������(&��$� ��! ���������(&��$� ��! ��������0������0�� ����������% ������% ��
�� � �+����&�! ������&����� �9� �+����&�! ������&����� �92 �(+���&&�� ����������� �������������!������,����$���&� �����
��-� � ����������������&�$�������
2 �(&����� ���������&&����������&� �����0����������/�����0��2
��-� � ��������/�������-� � ��������/?
�%
EEXECUTION D’XECUTION D’UNUN JOB SUR LA GRILLEJOB SUR LA GRILLE
��� ������ ���
��������������������������������
��������������
�� ���� !��� �� ���� !���"�#��#��������� ����"�#��#��������� ����
��!� ��������!� ������
���$���$
��������������
��������������
DataJob
SandboxRésultat
JDL
RSLRésultat
����� ��� �%� ����� ��� �%�
Informations
�&
Status of WP10 applicationsStatus of WP10 applications
������0������1� �&'����������(����'��)*+�'����� �,
� ��� �&!� � ��� �(���� ����� ��)-+-� ���,
� �������������������(�.��� ').+/� �����,
� ������!� ������0�#�� ���(����)�+�����&��,
� �� ��������'(������ ����1 ����+������).+"��2,
� ��������������.��&���(-� �����%�1��/��)�+/3���1�+/� ����4,
� ������ ����� ���������� ����( ���+����� )�+5� � �,
�������/��������� /����������������(����*��)6+�������������,
� /���������������������������(����*��)"+/��������,
� /����� ��&�������'�������7�'��8)�+/�����1*+*0��,
� ��������������!� �!� ��*7����*#����������9(��*������#� �����)�+/�����,
����������������'�
����������������������
��������������� � ��� �����
��
GLOPGLOP
���������������1����1���
��������������?@1?@1A����A����
��8����8��
��-/��������6�����//��/���/��
���0���1���5�61
� 4�9��1���������
���-������1���.��/���9��1
� ��1�������;��
�6�--/�������11������0�9��1
����/�7���/��)�3����2��,
��/��)��!� ����2��,
�����:)������!� ����2��7����� ���3�����,
���)�&'��2���� �������� �,
�;��/�3�������� )��� ����������� �,
��������
��
CalendriersCalendriers……
� �������B��������!C� ��1������������/�D��2����;�//�10���������/���1
� � E5�B��� ����#C� ��8������ �F������1�����//��=�/6�'?B 4���C2�/6�(��4B57/�����/�1�����C������� 5�
� )3���1�������/����//�����/��= /6�;�/��������/�����.��/����
� ��/�����������-/������������4?)� ��1��//����������4?)�1����1��:��1�� E5�����������B������� C
� ��/���������6�����--/����������������.��-���B*�8������ C
� ��-/��������1����//��B4;�/�(�-���� C
� � E5
� �������
� ������<
top related