Simulations pour la radiothérapie: problématiques de calcul massif



Yüklə 445 b.
tarix30.12.2018
ölçüsü445 b.


  • Simulations pour la radiothérapie:

  • problématiques de calcul massif

  • Laurent Guigues

    • Creatis-LRMN
    • Workshop 'Traitement intensif de données et Sciences de la Vie'
    • Centre de Calcul de l'IN2P3 - 6 Décembre 2007

Plan

  • La radiothérapie et les simulations Monte Carlo

  • Contexte de nos recherches

  • Problématiques de calcul massif

  • Conclusion et perspectives



La radiothérapie conventionnelle



Proton et hadron-thérapie



Radio vs. hadron-thérapie



Radio vs. hadron-thérapie

  • Dose déposée localement (fort LET : linear energy transfert )

          • => Fort effet biologique (RBE : radiobiological effect)
          • => Mort cellulaire des cellules radiorésistantes
          • (notamment par cassure des deux brins de l’ADN)


Déroulement d'un traitement de radio/hadronthérapie

    • Imagerie (TEP, CT)
    • Planification du traitement
    • Irradiation – Imagerie de contrôle per-op. (imagerie portale...)
    • Imagerie de contrôle post-op.
    • Bouclage sur la planification


Déroulement d'un traitement de radio/hadronthérapie

    • Imagerie (TEP, CT)
    • Planification du traitement :
      • Détourage de la tumeur, des organes à risque
      • Boucle :
        • Paramétrage des faisceaux (position, énergie, ... )
        • Simulation de la dose déposée
      • jusqu'à parvenir à la prescription médicale (dose > x Gy dans la tumeur, < y Gy dans tel organe)


Planification de traitement (PT)



Simulations pour le PT

  • Radiothérapie

    • Seuls des processus électromagnétiques interviennent.
    • Les simulations analytiques (= modéliser l'effet cumulé de tous les dépots par superposition/convolution) sont assez précises et rapides
    • MAIS besoins de simulations de référence par Monte Carlo
  • Proton / hadronthérapie

    • Processus nucléaires (fragmentations)
    • Simulation Monte Carlo requise
      • Difficultés :
        • Temps de calcul !
        • Données / modèles physiques mal connus


Contexte



La hadron. : évolution actuelle

  • Japon : Nouveau centre en projet + extension de celui de Chiba

  • Europe :

    • Heildelberg, Allemagne, décidé en 2002, ouverture en 2007
    • Pavie, Italie, décidé en 2003, ouverture prévue en 2008
    • Vienne, Autriche, décidé en 2007, ouverture prévue en ?
    • Lyon, France, Projet ETOILE décidé en 2007, ouverture prévue en 2012
    • Stockholm, Suède, non encore décidé.
      • Ces 5 projets ont formé le projet européen ENLIGHT (European Network for Light Ion Therapy ) de 2001 à 2006 (5è PCRD) puis ENLIGHT++ (6è PCRD) depuis 2006


Le projet ETOILE

  • Objectifs : http://etoile.in2p3.fr

    • Créer un centre de soins et de recherche clinique, en réseau européen
      • Localisation : Lyon BIOPARC; Ouverture prévue en 2012
    • Développer un programme de recherches, en réseau européen
  • Le projet a été initié en 1997 par l'UCBL, soutenu par la Région, la Communauté urbaine de Lyon et le Ministère de la Recherche qui financent les études et les recherches associées. Il a été inscrit dans le Plan national Cancer (mars 2003).

  • 10 ans après, les deux résultats marquants :

    • La création du centre a été adoptée avec l'accord du ministère de la santé du 13 février 2007
    • Un Programme National de Recherches en Hadronthérapie (PNRH) a été inscrit dans la politique de financement de la recherche de l'INCa


ETOILE : Les recherches

  • Initiées depuis 2 à 5 ans elles mobilisent actuellement 11 laboratoires, dont 9 en Rhône-Alpes, 8 associés au CNRS, au CEA ou à l'INSERM.

  • Elles visent à :

    • mieux connaître les fondements radiobiologiques des mécanismes du traitement
    • développer des outils performants pour la conduite du traitement (imagerie, plan de traitement)
    • développer des modélisations permettant de prévoir l'efficacité du traitement.
  • L'interaction entre le centre de soins et le programme de recherches sera forte : le centre sera un lieu d'expérimentation (avec en particulier un espace "recherches"), et un lieu de rencontre pour les spécialistes concernés.



Autres projets de recherche

  • ANR SimCa2 : Simulations pour le traitement du Cancer par ions Carbone

  • ANR fGATE : Nouvelle version de GATE

    • GATE : Geant4 Application for Tomographic Emission
  • GDR MI2B http://clrwww.in2p3.fr/GDR/rubrique.php3?id_rubrique=1



ThIS

  • ThIS = Therapeutic Irradiation Simulator

    • Voir http://www.creatis.insa-lyon.fr/rio/ThIS


ThIS : navigation optimisée



ThIS + GATE => fGATE

  • Travail commun avec GATE

      • http://opengatecollaboration.healthgrid.org/
    • ANR fGate :
      • Consolidation, accélération, élargissement de Gate
      • Fusion avec ThIS
      • 2 ans environ, 4 ingénieurs/post-doc financés


Temps de calcul (ThIS)

  • Radiothérapie

    • 1 million particules (photon) : 5 heures
    • Il faut ~ 100 millions : 500 h
      • Hadronthérapie Carbone
    • 1 million particules (carbone) : ~ 50 heures !
    • Il faut ??? particules : minimum 5000 h


Calcul distribué (ThIS)

  • L'histoire de chaque particule est indépendante des autres :

    • Si on a M machines, on peut répartir la simu de P particules en M simu de P/M particules


Calcul distribué (ThIS)

  • Contraintes :

      • Indépendance statistique des séquences aléatoires => résolu dans Geant4
      • Multiplie par M l'espace disque pour données de sortie; nécessite une procédure de fusion des données.
  • Problèmes :

      • Le temps d'execution est celui du job le plus lent : infini si un job bloqué !


Calcul distribué (ThIS)

  • Solution en cours de développement :

    • Envoyer M jobs de P particules
    • Chaque job se connecte à un serveur (port 80) pour indiquer régulièrement sa progression
    • Quand le nombre total de particules (P) est atteint : rapatrier les résultats et tuer les jobs.
  • Va être testé sur la grille EGEE



Conclusion

  • Radio et surtout hadronthérapie : forts besoins de temps de calcul pour simulations Monte Carlo

  • Utilisation de cluster ou grille indispensable



Perspectives

  • Les besoins en temps de calcul vont s'accroître avec :

    • La sortie de fGate
    • La simulation “4D” (organes mobiles) : prévu dans fGate, ENLIGHT++
    • Le centre ETOILE



Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©muhaz.org 2017
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə