Stage : Analyse des données de contrôle de dose en ligne durant un traitement en Hadronthérapie à travers la détection de protons secondaires.
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- Jean-Noël Malo
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1 Stage : Analyse des données de contrôle de dose en ligne durant un traitement en Hadronthérapie à travers la détection de protons secondaires. Thèse : Etude du dispositif expérimental pour la mesure des sections efficaces auprès du centre de Hadronthérapie ARCHADE. Directeur : M. Christian FINCK, Chargé de Recherche, IPHC Strasbourg Co-encadrant : M. Marc ROUSSEAU, Maître de Conférences, Université de Strasbourg 1
2 Les chiffres du cancer décès par an nouveaux cas par an Traitements les plus utilisés: Chirurgie ( patients en 2009) Chimiothérapie ( patients) INCA (2010) Radiothérapie ( patients) Chirurgie + Radiothérapie 2
3 Les chiffres du cancer décès par an nouveaux cas par an Traitements les plus utilisés: Chirurgie ( patients en 2009) Chimiothérapie ( patients) INCA (2010) Radiothérapie ( patients) Chirurgie + Radiothérapie Taux de survie à 5 ans inégaux: De 95/88% (F/H) pour la thyroïde à 5% pour le pancréas. 2
4 Les chiffres du cancer décès par an nouveaux cas par an Traitements les plus utilisés: Chirurgie ( patients en 2009) Chimiothérapie ( patients) INCA (2010) Radiothérapie ( patients) Chirurgie + Radiothérapie Taux de survie à 5 ans inégaux: De 95/88% (F/H) pour la thyroïde à 5% pour le pancréas. Les thérapies ciblées (portrait moléculaire de la tumeur) Le système de radiochirurgie robotisée CyberKnife La hadronthérapie (utilisation d ions) 2
5 Cible des rayonnements ionisants Objectif: Dépôt d énergie dans les cellules tumorales Cassures des brins d ADN 3
6 Cible des rayonnements ionisants Objectif: Dépôt d énergie dans les cellules tumorales Cassures des brins d ADN ADN 3
7 Cible des rayonnements ionisants Objectif: Dépôt d énergie dans les cellules tumorales Cassures des brins d ADN Rayonnement ionisant 1- Effet direct ADN 3
8 Cible des rayonnements ionisants Rayonnement ionisant 2- Effet indirect H 2 O Objectif: Dépôt d énergie dans les cellules tumorales Cassures des brins d ADN Rayonnement ionisant 1- Effet direct ADN 3
9 Cible des rayonnements ionisants Rayonnement ionisant 2- Effet indirect H 2 O OH. Objectif: Dépôt d énergie dans les cellules tumorales Cassures des brins d ADN Rayonnement ionisant 1- Effet direct ADN 3
10 Interaction ion-matière Collision avec les électrons de la cible (coulombienne) 4
11 Interaction ion-matière Collision avec les électrons de la cible (coulombienne) Fano (1963) Formule de Bethe-Bloch: Z p : charge du projectile Z t : charge de l atome cible v : vitesse du projectile <I> : énergie d ionisation moyenne 4
12 Interaction ion-matière Collision avec les électrons de la cible (coulombienne) Fano (1963) Formule de Bethe-Bloch: Z p : charge du projectile Z t : charge de l atome cible v : vitesse du projectile <I> : énergie d ionisation moyenne G. Kraft (2000) 4
13 Collisions nucléaires inélastiques 5
14 Collisions nucléaires inélastiques 5
15 Collisions nucléaires inélastiques Fragments secondaires Doses différentes 5
16 Collisions nucléaires inélastiques Fragments secondaires Doses différentes E. Haettner (2006) 5
17 Collisions nucléaires inélastiques Fragments secondaires Doses différentes E. Haettner (2006) D. Schardt (2010) 5
18 Planification de traitement 1. Imagerie délimiter le volume à traiter 6
19 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 6
20 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs 6
21 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié 6
22 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié 6
23 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié 6
24 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié 6
25 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié collisions nucléaires 6
26 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié collisions nucléaires utilisation de modèles nucléaires 6
27 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié collisions nucléaires utilisation de modèles nucléaires connaissance des sections efficaces 6
28 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié collisions nucléaires utilisation de modèles nucléaires connaissance des sections efficaces expériences au Ganil, GSI, HIT, CNAO, ARCHADE campagnes de mesures de ces sections efficaces de fragmentation 6
29 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation Stage utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié collisions nucléaires utilisation de modèles nucléaires connaissance des sections efficaces expériences au Ganil, GSI, HIT, CNAO, ARCHADE campagnes de mesures de ces sections efficaces de fragmentation 6
30 1. Imagerie délimiter le volume à traiter Planification de traitement 2. Logiciel de planification élaboration du plan de traitement 3. Contrôle de l irradiation Stage utilisation de détecteurs calcul de la dose à déposer processus physiques processus biologiques 4. Corrections comparaison entre les traitements délivré et planifié collisions nucléaires utilisation de modèles nucléaires connaissance des sections efficaces Thèse expériences au Ganil, GSI, HIT, CNAO, ARCHADE campagnes de mesures de ces sections efficaces de fragmentation 6
31 Stage Analyse des données de contrôle de dose en ligne durant un traitement en Hadronthérapie à travers la détection de protons secondaires. Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 7
32 Principe Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 8
33 Corrélation entre deux processus Principe Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 8
34 Corrélation entre deux processus Principe Ionisation Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 8
35 Corrélation entre deux processus Principe Ionisation Cible 12 C Pic de Bragg Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 8
36 Corrélation entre deux processus Principe Interactions nucléaires Ionisation Cible 12 C Pic de Bragg Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 8
37 Corrélation entre deux processus Principe Interactions nucléaires Ionisation 12 C Cible Proton Detector 12 C Cible Distribution du point de production : vertex Pic de Bragg Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 8
38 Dispositif expérimental (HIT) Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne
39 Résultats Stage : se familiariser avec les méthodes de détection de particules dans le cadre de la hadronthérapie. But : trouver une méthode qui permet de remonter à la différence en position du pic de Bragg en partant des distributions de vertex. Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne
40 Thèse Etude du dispositif expérimental pour la mesure des sections efficaces auprès du centre de hadronthérapie ARCHADE. Regina Rescigno Contrôle de dose en ligne 11
41 Dispositif expérimental E600 Objectif : mesures de sections efficaces doublement différentielles pour les réactions C+C, C+H, C+Ti, C+O à 95 MeV/n. J. Dudouet GANIL, Caen -cible de carbone de 250 μm -intensité de faisceau de pps -5 télescopes ΔE-ΔE-E de 4 à 56 -dispositif de contrôle faisceau 12
42 Dispositif expérimental E600 Objectif : mesures de sections efficaces doublement différentielles pour les réactions C+C, C+H, C+Ti, C+O à 95 MeV/n. J. Dudouet GANIL, Caen 150 μm 1000 μm 10 cm -cible de carbone de 250 μm -intensité de faisceau de pps -5 télescopes ΔE-ΔE-E de 4 à 56 -dispositif de contrôle faisceau 12
43 Dispositif expérimental FIRST Objectif : mesures de sections efficaces différentielles pour la réaction C+C à 400 MeV/n. FIRST NIM (2012) GSI, Darmstadt 13
44 Dispositif expérimental FIRST Objectif : mesures de sections efficaces différentielles pour la réaction C+C à 400 MeV/n. FIRST NIM (2012) GSI, Darmstadt -Cible de graphite de 8 mm -Mesures angulaires de 0 à 40 13
45 Comparaisons distributions angulaires E600 14
46 Comparaisons distributions angulaires E600 hydrogène (Z=1) hélium (Z=2) lithium (Z=3) expérience simulation BIC simulation QMD béryllium (Z=4) bore (Z=5) 14
47 Comparaisons distributions angulaires FIRST 15
48 Comparaisons distributions angulaires FIRST hydrogène (Z=1) hélium (Z=2) lithium (Z=3) simulation BIC simulation QMD expérience béryllium (Z=4) bore (Z=5) 15
49 Comparaisons distributions angulaires FIRST hydrogène (Z=1) hélium (Z=2) lithium (Z=3) simulation BIC simulation QMD expérience béryllium (Z=4) bore (Z=5) Modèles reproduisent mal les données, nécessité de continuer les campagnes de mesures. 15
50 ARCHADE (Advanced Resource Centre for HADrontherapy in Europe) Jean Colin Archade 16
51 ARCHADE (Advanced Resource Centre for HADrontherapy in Europe) Centre de traitement en protonthérapie et recherche en hadronthérapie Jean Colin Archade 16
52 Situation Jean Colin Archade 17
53 Salles Text Jean Colin Archade 18
54 Salles Mesure Text Jean Colin Archade 18
55 Dispositif expérimental aimant ALADIN trace globale reconstruite détecteur de vertex murs temps de vol moniteur faisceau Calorimètr e KENTROS Thèse : Etude d un dispositif à la FIRST à l aide de simulation GEANT4 ; système de trajectographie + temps de vol. Montage de prototypes + test sous faisceau. But : Avoir un dispositif opérationnel pour le démarrage de la salle de physique d ARCHADE ( 2018). 19
56 20
57 Pic de Bragg étalé tumeur en volume Pic de Bragg étalé (Spread Out Bragg Peak) modulation passive du faisceau modulation active du faisceau 21
58 Dépôt de dose Notion de dose : -9 canaux d entrée pour les photons -2 canaux pour les ions carbone hadronthérapie carbone photon IMRT gradient de dose plus grand pour les ions carbone Tronc cérébral hadronthérapie carbone protonthérapie 22
59 Situation au plan européen et mondial Les autres projets en discussion : États-Unis, Corée du Sud, Taiwan, Malaisie, Arabie Saoudite, Russie, Afrique du Sud, Australie En France, projet Archade
60 Coûts des traitements anticancéreux Euros Coût radiothérapie 3D (85% de la RTF) Coût pharmaceutique 6 mois de FOLIFOX ou FORFIRI Radiothérapie par IMRT pour tumeurs ORL ou prostate Traitement complet par MABTHERA Coût moyen du traitement par AVASTIN durant 6 mois Coût moyen du traitement du cancer du sein Coût moyen du traitement du cancer En France 1 an de traitement par HERCEPTINE Hadronthérapie par protons Hadronthérapie par ions carbone ETOILE 1 à 5% de la RTF Intensification chimiothérapique avec autogreffe de CSP 1 ans de traitement par thérapie ciblée 2 ans de traitement par GLIVEC
61 Place de l hadronthérapie 10% des patients à traiter par radiothérapie devraient recevoir une hadronthérapie proton ou carbone, soit patients / an 0.6% des radiothérapies sont réalisées actuellement par protons Un traitement d hadronthérapie coûte en moyenne 5 à 10 fois plus cher qu une radiothérapie conventionnelle mais le coût complet d un patient supporté par l assurance maladie est équivalent pour des indications bien sélectionnées 58 25
62 effet indirect rayonnement ionisant 60 26
63 Le faisceau C 6+ de la source au patient Synchrotron Spécificités du faisceau C 6+ en sortie de chaque équipement Énergie MeV/µ Imax ma Accélérateur linéaire LINAC Source ,16 Linac 7 0,15 Synchrotron 420 0,15 Salle : traitement 120 à 400 0,002 2 na Pavie 61 27
64 dispersion du parcours des protons et ions carbone 64 28
65 dispersion du parcours des protons et ions carbone D. Schardt (2008) 64 28
66 diffusion latérale du faisceau dans l eau collisions nucléaires élastiques 65 29
67 diffusion latérale du faisceau dans l eau collisions nucléaires élastiques Le Foulher (2010) 65 29
68 Planning Jean Colin Archade 30
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