Etude des caractéristiques dosimétriques de sources de curiethérapie d iode 125 à l aide de la plate-forme GATE

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1 Etude des caractéristiques dosimétriques de sources de curiethérapie d iode 125 à l aide de la plate-forme GATE Lydia MAIGNE maigne@clermont.in2p3.fr Equipe PCSV 1+2, 1 : Laboratoire de Physique Corpusculaire, 24 avenue des Landais, Aubière cedex 2 : Unité de physique médicale, département de radiothérapie-curiethérapie du Centre Jean Perrin, Clermont-Ferrand. 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

2 Introduction Validation plate-forme GATE pour l étude de sources à basse énergie 3 sources simulées dans un fantôme d eau liquide Source Best Medical modèle 2301 Source Symmetra modèle I25.S06 Source Amersham modèle 6711 Les paramètres étudiés: La constante de débit de dose Fonction de dose radiale g(r) Fonction d anisotropie F(r,q) Traitement de curiethérapie oculaire utilisant source 6711 Etudes dosimétriques dans un milieu voxélisé Calculs sur un environnement de grille 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

3 La plate-forme de simulation MC GATE Messengers pour toutes ces implémentations C++ : L utilisateur ne code qu en lignes de commandes Données en sortie à exploiter (Root.) Processus physiques (e-/e+ et photons) Sources: émission de faisceaux ou désintégrations radioactives Définition des temps et mouvements Définition des matériaux et des géométries (images DICOM) Noyau Geant4 (C++): Geant4 est constitué en 17 catégories. Développées indépendamment et maintenues par des WGs. Interfaces entre les catégories sont maintenues par une architecture globale WG. 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

4 Le spectre de raies de l iode 125 Désintégration de l iode 125 par capture électronique Capture électronique: 125 I e 125 Te e kev (75.7 %) : raie X kev (40.6 %) : raie X kev (20.2 %) : raie X kev (4.39 %) : raie X Désintégration gamma du Te kev (6.68 %) : raie Effet photoélectrique = mode d interaction majoritaire 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

5 Les sources radioactives d iode 125 Modèle 2301 de B.M.I. Modèle Symmetra de UroMed/Bebig Modèle 6711 d'amersham 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

6 Protocole défini par l A.A.P.M TG43 pour le calcul de dose Gr (, q) D( r, q) Sk g( r) F( r, q) Gr ( 0, q0) S K : débit de kerma dans l'air en cgy.cm 2.h -1 : constante de débit de dose (point de référence du T.G. 43 : r=1 cm et q = /2) G(r,q) : facteur géométrique: variation relative de la dose due à la distribution spatiale de la source radioactive. g(r) : fonction de dose radiale : effets d absorption et de diffusion suivant l axe transverse de la source F(r,q) : fonction d'anisotropie: variation de la dose en fonction de l angle polaire q. 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

7 Calcul des dépôts d énergie Y 90 Ring for the physical quantities calculation at point (r,70 ) 70 Y Z r X Radioactive source 125 I brachytherapy simulations r (cm) r (cm) z (cm) 0,1 to 0,9 0,1 0,1 1 and 2 0,2 0,2 3 and 4 0,4 0,4 5 to 10 0,8 0,4 Z Y z r r Y X 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

8 Résultats et comparaisons: calcul d incertitudes Incertitudes statistiques: Pour g(r): < 1,1% Pour F(r,q): < 1,5% pour tous les angles sauf entre 5 et 10 : <2,5% Incertitudes dues aux sections efficaces Geant4: (effet photoélectrique, effet Compton, diffusion Rayleigh, création de paires) Calcul de la différence relative des sections efficaces entre base XCOM du NIST et Geant4 : <2% entre 1eV et 1 MeV Incertitude totale: Pour g(r): <2,3% Pour F(r,q): <3,2% % % % 2 2 tot µ C. S 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

9 La constante de débit de dose : Méthode de calcul Couronne en eau Dr (, q ) 0 0 r 0 =1cm, q 0 = 90 S k Couronne en air S K air (1 cm) K air (5 cm) 5 k r = 5 cm, q = èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

10 Résultats et comparaisons: La constante de débit de dose Référence Méthode Milieu Constante de débit de dose (cgy.h-1.u-1) Best Medical modèle 2301 Symmetra modèle I25.S06 GATE Monte Carlo Eau liquide / GATE Monte Carlo Eau liquide / Amersham modèle 6711 GATE Monte Carlo Eau liquide / Best Medical modèle 2301 (Sowards et al., 2002) Symmetra modèle I25.S06 (Hedjärn et al., 2000) Symmetra modèle I25.S06 (Hedjärn et al., 2000) Amersham modèle 6711 (Williamson et al., 1991) C.V TG43 Best model 2301 C.V TG43 Symmetra model I25.S06 Monte Carlo (PTRAN) Eau liquide 1.01 Monte Carlo (MCPT) DLC 99 Eau liquide Monte Carlo (MCPT) DLC 146 Eau liquide 1.01 Monte Carlo (PTRAN) Eau liquide MC + mesures expér MC + mesures expér C.V TG43 modèle 6711 MC + mesures expér èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

11 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source Best Medical modèle 2301: Dans l eau liquide: gr () D( r, q0) G( r0, q0) Dr (, q ) Gr (, q0) èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

12 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source Best Medical modèle 2301: Dans l eau solide: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

13 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source Best Medical modèle 2301: Dans l eau liquide entre 0 et 1 cm: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

14 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source Symmetra I25.S06: Dans l eau liquide: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

15 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source Symmetra I25.S06: Dans l eau solide: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

16 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source Symmetra I25.S06: Dans l eau liquide entre 0 et 1 cm: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

17 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source 6711: Dans l eau liquide: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

18 Résultats et comparaisons: La fonction de dose radiale g(r): Source 6711: Dans l eau liquide entre 0 et 1 cm: 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

19 Résultats et comparaisons: La fonction d anisotropie F(r,q) Source Best Medical modèle 2301 Dr (, q ) Grq0 Fr (, q ) Dr (, q ) 0 (, ) Gr (, q ) 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

20 Résultats et comparaisons: La fonction d anisotropie F(r,q) Source Best Medical modèle èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

21 Résultats et comparaisons: La fonction d anisotropie F(r,q) Source Symmetra I25.S06 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

22 Résultats et comparaisons: La fonction d anisotropie F(r,q) Source Symmetra I25.S06 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

23 Résultats et comparaisons: La fonction d anisotropie F(r,q) Source èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

24 Résultats et comparaisons: La fonction d anisotropie F(r,q) Source èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

25 Traitement de curiethérapie oculaire Applicateur ophtalmique COMS Ø = 14mm 13 sources radioactives modèle 6711 Œil de 24 mm de diamètre en eau liquide Génération de gammas par source Dose déposéee suivant l axe central de l applicateur: Cylindres de récupération en eau: 1mm de rayon 0,4 mm de hauteur z 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

26 Traitement de curiethérapie oculaire 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

27 Traitement de curiethérapie oculaire 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

28 Traitement de curiethérapie oculaire 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

29 Simulations sur fantômes voxélisés (1) n-slices GATE visualization DICOM scanner slices Concatenation Transcription 512 Anonym binary matrix 16 bits encoded 512 Hounsfield units Anatomical composition 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

30 Simulations sur fantômes voxélisés (2) Du nombre Hounsfield à une composition atomique Ref: Schneider & al. Correlation between CT numbers and tissue parameters needed for Monte Carlo simulations of clinical dose distributions, Phys.Med. Biol. 45 (2000) èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

31 Simulations sur fantômes voxélisés (3) 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

32 Parallélisation sur grille de calcul Registration and management of medical images Registration and replication anonym medical images One logical file name corresponding to multiple physical images Automatic adding and suppression of images Jobs submissions and management User secured authentication Splitting of simulations Automatic files creation submitted to the grid Jobs submission Jobs management Automatic data retrieving (spectrum, isodoses ) Internet connexion Working station Starting of the installation at Centre Jean Perrin 21èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

33 Parallélisation sur grille de calcul: nombres pseudo-aléatoires The random numbers generator (RNG) in MC simulations Based on deterministic algorithm Characteristics: (example for HEPJamesRandom: the GATE RNG) Very long period RNG: Creation of 900 million sub-sequences non overlapping with a length of Pre-generation of random numbers The Sequence Splitting Method x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10 x11 x12 x13 x14 x15 Status 1 Status 2 Status 3 status000.rndm status001.rndm status002.rndm Each status file is sent on the grid with a GATE simulation Until now, 1000 status files generated with a length of èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

34 Conclusion GATE sur grille de calcul: le projet EGEE Release publique GATE: Mai 2004 version Users Guide, Installation guide, Reference guide.. Users mailing list Pour plus d information: S. Jan, G. Santin, D. Strul, S. Staelens and Ch. Morel and al."gate: a simulation toolkit for PET and SPECT," Phys. Med. Biol. 49 (2004) èmes Journées des LARD Limoges, Octobre

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