Dosimtrie personnalise en radiothrapie interne laide de fantmes

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à l’aide de fantômes voxélisés S. Chiavassa*, M. Bardiès†, M. Zankl‡ et I. Aubineau-Lanièce* IRSN/DPHD/SDI/LEDI BP. 17 F 92262 Fontenay-aux-Roses. † INSERM, U 463, Institut de biologie, Nantes. ‡ GSF - National Research Center for Environment and Health Institute of Radiation Protection. Neuherberg * 1 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à l’aide de fantômes voxélisés • Enjeux de la radiothérapie interne • Principe d’Œdipe • Développements spécifiques à la radiothérapie interne • Comparaison EGS 4 / MCNPX • Conclusions • Perspectives 2 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Enjeux de radiothérapie interne • Radiothérapie interne Sources non scellées pour délivrer des doses aux tumeurs ou organes cibles par l’intermédiaire de vecteurs • Dosimétrie préventive Dose aux cellules saines Dose aux cellules tumorales 3 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Enjeux en radiothérapie interne Méthode actuelle Formalisme du MIRD (MIRDOSE, MABDOSE, NUCLIDOSE…) Fantôme Mathématique standard • Modèle anatomique standard • Pas de prise en compte des tumeurs • Estimation dosimétrique par organe • Activités homogènes au sein des organes. Adéquat pour le diagnostic Insuffisant pour la thérapie 4 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Enjeux en radiothérapie interne Dosimétrie personnalisée Simulations Monte Carlo (MCNP) • Anatomie personnalisée Fantôme voxélisé propre au patient • Prise en compte de la tumeur du patient • Dosimétrie corps entier à l’échelle tissulaire et dose moyenne aux organes Respect de la directive Euratom 97/43 pour la thérapie 5 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à l’aide de fantômes voxélisés • Enjeux de la radiothérapie interne • Principe d’Œdipe • Développements spécifiques à la radiothérapie interne • Comparaison EGS 4 / MCNPX • Conclusions • Perspectives 6 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Principe d’Œdipe : Outil d’Evaluation de la Dose Interne PErsonnalisée Géométrie Source Scintigraphie Scanner Fichier d’entrée MCNP • Géométrie • Source • Tallies Énergie déposée Doses aux organes Isodoses corps entier 7

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à l’aide de fantômes voxélisés • Enjeux de la radiothérapie interne • Principe d’Œdipe • Développements spécifiques à la radiothérapie interne • Comparaison EGS 4 / MCNPX • Conclusions • Perspectives 8 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Développements spécifiques à la 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 Œdipe 9 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie corps entier Limite intrinsèque au code MCNP en programmation classique de 100. 000 cellules qques 106 voxels Corps entier et Rs=qques mm ? Structures répétées Les 4 cellules élémentaires : Air Tissus Mous Os Poumon qques cellules qques 106 voxels 10 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Développements spécifiques à la 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 Œdipe 11 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Optimisation des temps de calcul du code MCNP Résultat (tally) = Dose (Me. V/g) • tally « classique » • lattice tally • mesh tally 12 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Optimisation des temps de calcul du code MCNP Données de l’étude : Géométrie : corps entier issu d’images scanner ü 256 x 157 voxels ü Rs= 0. 1875 cm x 0. 528001 cm 100. 000 400. 000 800. 000 3. 500. 000 Nbre de voxels 13 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Optimisation des temps de calcul du code MCNP Données de l’étude (suite): Source : 131 I homogène dans les tissus mous Paramètre de simulation MCNP • mode = p (photons) % • Energies 81. 7 • nps = 1 million d’histoires • Tally = Dose (Me. V/g) dans chaque voxel 10 E (ke. V) 364. 489 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003 14

Temps CPU (heures) Optimisation des temps de calcul du code MCNPX 2. 4 : Lattice tally Tally classique Mesh tally Nombre de voxels 15 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Temps CPU (heures) Optimisation des temps de calcul du code MCNPX 2. 4 : Lattice tally Tally classique Mesh tally MCNPX 2. 5. d Lattice tally Gain d’un facteur > 100 Nombre de voxels 16 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Optimisation des temps de calcul du code MCNP Temps CPU (heures) 1 h 30 MCNPX 2. 5. d (lattice tally) Nombre de voxels 17 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Développements spécifiques à la 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 Œdipe 18 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Segmentation semiautomatique (CT) Échelle de Hounsfield Os Images CT Tissus mous Fantômes segmentés automatiquement Poumons Air 19 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Développements spécifiques à la 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 Œdipe 20 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Implémentation des nouvelles fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE) • Outil de segmentation semi-automatique (CT) 21 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Implémentation des nouvelles fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE) • Outil de segmentation semi-automatique (CT) • Écriture automatique des fichiers d’entrée • Convivialité - Lecture (20 mns -> 1 mn) - Zoom • Histogramme Dose Volume 22 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Implémentation des nouvelles fonctionnalités dans Œdipe (PV-WAVE) • Outil de segmentation semi-automatique (CT) • Écriture automatique des fichiers d’entrée • Convivialité - Lecture (20 mns -> 1 mn) - Zoom • Histogramme Dose Volume • Compatibilité PC/Unix • Visualisation 3 D 23 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Dosimétrie personnalisée en radiothérapie interne à l’aide de fantômes voxélisés • Enjeux de la radiothérapie interne • Principe d’Œdipe • Développements spécifiques à la radiothérapie interne • Comparaison EGS 4 / MCNPX • Conclusions • Perspectives 24 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Comparaison EGS 4 / MCNPX Données de l’étude • Géométrie : Fantôme de zubal (tête et torse) : 128 x 236 voxels Résolution spatiale : 0. 375 x 0. 4 cm • Source : Iode 131 électrons et photons : Foie = 6. 734 E+06 KBq. h Reins = 3. 3004 E+06 KBq. h Tumeur (thyroïde) = 4. 699 E+06 KBq. h Corps entier = 1. 3875 E+08 Kbq. h • Résultats : Doses absorbées au foie, reins, thyroïde et corps entier (en m. Gy/k. Bq/h) Erreur relative < 10 % 25 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Comparaison EGS 4 / MCNPX Résultats Source = foie Source = reins Source = thyroïde EGS 4 MCNPX 2. 5 d 26 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Conclusions • Limite de 100. 000 voxels dépassée : Ø modélisation d’un corps entier réalisée • Optimisation de la méthode de calcul : Ø 1 h 30 de calcul par million de particules suivies • Outil de segmentation semi-automatique réalisé • Fonctionnalités implémentées dans Œdipe • Validation du logiciel Œdipe : Ø comparaison EGS 4 / MCNPX 27 AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003

Perspectives • Optimisation du fichier d’entrée Ø Création d’un fichier unique • Validation d’Œdipe Ø Oedipe / mesures TLD sur fantômes physiques Ø Comparaison Œdipe / MIRD • Participation à la dosimétrie lors d’essais cliniques sur patients AUSSOIS : JOURNÉES JEUNES CHERCHEURS - 2003 28