Logiciels de simulation

Les évolutions récentes des techniques du traitement en radiothérapie, comme l’arcthérapie dynamique, nécessitent une précision élevée dans les différentes étapes du plan de traitement des patients, notamment lors du calcul prévisionnel de la distribution de dose. Actuellement, les TPS (Treatment Planning System) donnent des résultats satisfaisants. Néanmoins, dans le cadre d’une amélioration de la précision et dans certaines situations où la précision du TPS n’est pas suffisante, l’utilisation des méthodes Monte-Carlo, qui reproduisent toute la physique de l’interaction des rayonnements avec la matière, peut être envisagée.

Des outils de simulation basés sur la méthode Monte-Carlo

Les simulations Monte-Carlo représentent aujourd’hui une alternative et un outil performant pour modéliser la réponse en dose, calculer les corrections nécessaires aux applications dosimétriques ou bien encore déterminer des grandeurs physiques difficilement accessibles par la mesure. L’utilisation de ces méthodes pour des géométries complexes ou des images de haute résolution nécessite cependant des temps de calcul très longs, rendant jusqu’à aujourd’hui ces méthodes difficilement utilisables en situation clinique.

L’équipe de R&D, présente à DOSEO, développe des méthodes de modélisation des systèmes physiques complexes employés dans le domaine de la radiothérapie et de l’imagerie médicale. Pour cela, elle s’appuie sur une solide compétence à la fois dans le développement et l’utilisation de codes de simulation Monte-Carlo de l’interaction rayonnement-matière et dans les techniques de détection permettant de valider expérimentalement les modèles conçus.

L’expertise de l’équipe est basée principalement sur le développement et l’optimisation du code Monte-Carlo PENELOPE. Au travers de différents projets de recherche, de nouvelles fonctionnalités ont été introduites dans le code, notamment différentes stratégies d’accélération permettant des calculs précis et rapides.

L‘équipe dispose aujourd’hui d’une plateforme spécifique de simulation pour l’ensemble des traitements de radiothérapie..

Quelques axes thématiques

• Développement de codes Monte-Carlo pour les modalités innovantes de traitement du cancer : protonthérapie, arcthérapie dynamique, stéréotaxie, …,…
• Développement de nouveaux outils logiciels dédiés au contrôle qualité et à la sécurisation des traitements en radiothérapie : contrôle qualité des TPS, dosimétrie in vivo,
• Développement de nouveaux outils logiciels d’estimation et d’optimisation de la dose délivrée en imagerie par rayons X (radiologie interventionnelle, radiologie conventionnelle, tomodensitométrie, imagerie conique embarquée)

Exemples d’applications en radiothérapie

La simulation permet diverses applications en radiothérapie :

• Calcul dosimétrique prévisionnel pour les modalités innovantes de traitement du cancer : radiothérapie par modulation d’intensité, protonthérapie…
• Contrôle qualité et sécurisation des traitements : contrôle des TPS, contrôle de la dosimétrie patient par imagerie portale
• Estimation des doses délivrées hors champ
• Estimation et optimisation des doses délivrées par l’imagerie de positionnement
• Aide à la conception de nouveaux équipements
• Compréhension des phénomènes physiques liés à la destruction de cellules tumorales en présence de nanoparticules soumises à un flux de rayons X

Exemples d’applications en radiologie

La simulation permet diverses applications en radiologie :

• Développement d’un simulateur pour le calcul de la dose aux organes délivrée au patient et de la dose au praticien en radiologie interventionnelle
• Développement de logiciel pour une optimisation dose/qualité image en imagerie CT.

 

Vidéo : On a perdu la dose hors-champ !